JPH10101302A - 一酸化炭素濃度低減装置および一酸化炭素濃度低減方法 - Google Patents

一酸化炭素濃度低減装置および一酸化炭素濃度低減方法

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JPH10101302A
JPH10101302A JP8274113A JP27411396A JPH10101302A JP H10101302 A JPH10101302 A JP H10101302A JP 8274113 A JP8274113 A JP 8274113A JP 27411396 A JP27411396 A JP 27411396A JP H10101302 A JPH10101302 A JP H10101302A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒の一酸化炭素選択酸化活性が充分となる
温度範囲において進行する逆シフト反応に起因して生成
される一酸化炭素を低減し、一酸化炭素濃度が極めて低
い水素リッチガスを提供する。 【解決手段】 燃料電池システム１０における燃料改質
装置３０は、改質部３２とＣＯ選択酸化部３４とを接続
する改質ガス供給路３６にガス流量センサ３７を備え
る。制御部７０は、ガス流量センサ３７からの検出信号
に基づいてＣＯ選択酸化部３４が備える３つのバルブに
駆動信号を出力する。ＣＯ選択酸化部３４は、一酸化炭
素選択酸化触媒を充填した３つの反応室を有し、前記３
つのバルブの開閉状態を切り替えることによって、ＣＯ
選択酸化部３４に供給された改質ガスが通過する反応室
の数を増減する。これにより、ＣＯ選択酸化部３４に供
給される改質ガス量に応じて一酸化炭素選択酸化触媒の
量を増減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一酸化炭素を含有
する水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低減する一酸
化炭素濃度低減装置および一酸化炭素濃度低減方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような一酸化炭素濃度低減装
置としては、アルミナなどの担体上に担持されたＡｕ／
Ｆｅ2Ｏ3からなる触媒を備える装置が提案されている
（例えば、特開平７−１８５３０３，特開平７−１９６
３０２号公報等）。この装置に水素リッチガスと所定量
の酸素とを導入すると、Ａｕ／Ｆｅ2Ｏ3からなる触媒
が、水素の酸化反応に優先して一酸化炭素の酸化反応を
促進し、水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低下させ
ることができる。
【０００３】このような一酸化炭素濃度低減装置は、例
えば固体高分子型燃料電池やりん酸型燃料電池等を備え
る燃料電池システムにおいて用いられる。以下に、これ
らの燃料電池で起こる電気化学反応を示す。
【０００４】 Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１） ２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（２） Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
【０００５】（１）式は燃料電池のアノードにおける反
応を示し、（２）式は燃料電池のカソードにおける反応
を示し、（３）式は電池全体で行なわれる反応を示す。
ここに示すように、燃料電池の電池反応を進行させるた
めには、その陰極側に水素を含有する燃料ガスを供給
し、その陽極側に酸素を含有する酸化ガスを供給する必
要がある。このとき、これらのガス中に一酸化炭素が混
在していると、混在する一酸化炭素が燃料電池に備えら
れた白金触媒に吸着して触媒としての機能を低下させて
しまう。酸化ガスとしては通常は空気等を用いるため触
媒機能を低下させる量の一酸化炭素が混在しているおそ
れはないが、燃料ガスには少量の一酸化炭素が混在して
しまうため、陰極側で進行する水素の分解反応が阻害さ
れて燃料電池の性能が低下してしまうおそれがある。
【０００６】このように燃料ガスに一酸化炭素が混合し
てしまうのは、燃料ガスを炭化水素の改質によって生成
することに起因する。上記燃料電池を備えるシステム
は、通常は所定の燃料改質装置を備え、この燃料改質装
置で炭化水素を改質して水素リッチな燃料ガスを生成し
て燃料電池の陰極側に供給している。このような改質反
応の例として、以下にメタノールを水蒸気改質する反応
を示す。
【０００７】 ＣＨ3ＯＨ → ＣＯ＋２Ｈ2 …（４） ＣＯ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋Ｈ2 …（５） ＣＨ3ＯＨ ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋３Ｈ2 …（６）
【０００８】メタノールの水蒸気改質反応は、（４）式
に示すメタノールの分解反応と、（５）式に示す一酸化
炭素の変成反応とが同時に進行し、全体として（６）式
の反応が起こって二酸化炭素を含有する水素リッチガス
が生成される。これらの反応が完全におこなわれるなら
ば最終的に一酸化炭素が生じることはないが、実際の燃
料改質装置においては、上記（５）式の反応を完全に行
なわせることは困難であるため、燃料改質装置で改質さ
れた燃料ガス中には副生成物としての一酸化炭素が微量
に含まれる。
【０００９】従って、燃料電池に燃料ガスを供給する際
には、上記一酸化炭素濃度低減装置によって燃料ガス中
の一酸化炭素濃度の低減が図られていた。一酸化炭素濃
度低減装置内で進行する一酸化炭素の酸化反応を以下の
（７）式に示す。なお、燃料電池に供給される燃料ガス
中に許容される一酸化炭素濃度は、りん酸型燃料電池の
場合は数％程度以下であり、固体高分子型燃料電池の場
合には数ｐｐｍ程度以下である。
【００１０】 ＣＯ＋（１／２）Ｏ2 → ＣＯ2 …（７）
【００１１】このような一酸化炭素の酸化反応を促進す
る上記Ａｕ／Ｆｅ2Ｏ3触媒を用いた一酸化炭素濃度の低
減反応においては、充分な一酸化炭素濃度低減活性を示
す有効な温度範囲が狭い範囲内（６０〜８０℃）に限ら
れているという問題があった。上記した有効な温度範囲
よりも低い温度では、触媒の酸化活性が低いために一酸
化炭素の酸化反応が進み難く、一酸化炭素濃度が充分に
低減されなくなる。また、上記有効な温度範囲よりも高
い温度では、燃料ガス中に混在する微量の一酸化炭素の
選択的な酸化が行なわれ難くなる。すなわち、豊富に存
在する水素が酸化されてしまい、一酸化炭素の酸化反応
が充分に行なわれなくなってしまう。
【００１２】そのため充分に一酸化炭素の濃度を低減す
るためには、一酸化炭素濃度低減反応に供する改質ガス
量に応じて一酸化炭素濃度低減装置の内部温度を制御す
ることによって、一酸化炭素濃度低減反応を上記有効な
温度範囲内で進行させる必要があった。なお、上記Ａｕ
／Ｆｅ2Ｏ3以外にも、白金 ，パラジウム，ロジウム等
の貴金属触媒が一酸化炭素濃度低減触媒として知られて
いるが、これらはＡｕ／Ｆｅ2Ｏ3触媒よりもさらに有効
な温度範囲が広い。例えば、一酸化炭素濃度を低減した
改質ガスの供給を受ける燃料電池を車両駆動用の電源と
して用いる場合などは、負荷の変動が激しく、負荷の変
動に伴って一酸化炭素濃度低減装置で処理すべき改質ガ
ス量も大きく増減することになるが、上記したような、
高い活性を示す有効な温度範囲が広い一酸化炭素濃度低
減触媒を用いるならば、一酸化炭素濃度低減装置内の温
度を制御して、触媒が高い活性を示す温度範囲内で一酸
化炭素濃度低減反応を行なうことがより容易となる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一酸化
炭素濃度低減装置内部の温度を、触媒が高い活性を示す
温度範囲内に保っていても、一酸化炭素濃度が充分に低
減されない場合があった。このことは、上記一酸化炭素
濃度低減触媒が、一酸化炭素の生成反応を進行させる活
性をも有していることに起因している。すなわち、上記
一酸化炭素濃度低減装置では、（７）式に示した一酸化
炭素の酸化反応のほかに、既述した（５）式に示す一酸
化炭素の変成反応（以下、シフト反応と呼ぶ）および
（５）式の逆反応（以下、逆シフト反応と呼ぶ）が起こ
り、この逆シフト反応によって一酸化炭素の生成が行な
われてしまう。（５）式に示した一酸化炭素の変成反応
の逆反応を以下の（８）式に示す。ここで、（５）式の
シフト反応は発熱反応であり、（８）式の逆シフト反応
は吸熱反応である。
【００１４】 Ｈ2＋ＣＯ2 → Ｈ2Ｏ＋ＣＯ …（８）
【００１５】この（５）式および（８）式に示す反応は
可逆反応であって、反応物および生成物を構成するいず
れかの物質の濃度や周囲の温度などが変化して平衡が移
動すると、（５）式と（８）式に示すいずれかの反応が
活発化する。通常、既述した一酸化炭素選択酸化触媒の
一酸化炭素選択酸化活性が充分となる温度範囲（例えば
白金触媒では１００〜１６０℃）では、吸熱反応である
（８）式の逆シフト反応が進行して一酸化炭素が生成さ
れてしまう。
【００１６】ここで、（７）式に示す一酸化炭素の酸化
反応が充分に進行している場合には、（７）式の一酸化
炭素の酸化反応に比べれば（８）式の逆シフト反応は僅
かにしか進行しないため、改質ガス中の一酸化炭素濃度
は充分に低減される。ところが、一酸化炭素濃度低減装
置に供給された改質ガスが、一酸化炭素選択酸化触媒の
表面を通過して排出される際に、排出されるよりも早く
一酸化炭素の酸化反応が終了してしまった場合には、酸
化反応が終了した後排出されるまでの間は（８）式の逆
シフト反応のみが進行することになり、このようにして
生成された一酸化炭素の量は、一酸化炭素濃度を数ｐｐ
ｍ程度に低減することが要求される場合には無視しがた
いものとなってしまう。通常、一酸化炭素の酸化反応に
用いる酸素は、一酸化炭素濃度低減装置に供給される改
質ガス量に応じた量が予め改質ガスに導入されるため、
一酸化炭素の酸化反応が終了してしまった時点では酸素
は使い果たされており、一酸化炭素の酸化反応の終了後
に進行した逆シフト反応で生成された一酸化炭素が再び
（７）式の酸化反応によって消費されることはなく、一
酸化炭素濃度低減装置からは、上記逆シフト反応で生成
された一酸化炭素を含んだ改質ガスが燃料電池に対して
供給されてしまう。
【００１７】このように、従来の一酸化炭素濃度低減装
置は、その内部温度を一酸化炭素酸化活性が高い温度範
囲に保った場合であっても、上記逆シフト反応によって
生成された一酸化炭素のために一酸化炭素濃度の低減が
不十分となることがあった。特に、燃料電池に接続した
負荷量が変動して一酸化炭素濃度低減装置での処理量が
変動する場合には、一酸化炭素濃度低減装置での空間速
度が変化することによって上記逆シフト反応の弊害が大
きくなってしまう場合がある。ここで空間速度とは、単
位触媒体積当たりの供給ガス体積を単位時間当たりで表
わしたものであり、単位ｈ-1で表わす。上記負荷が小さ
くなるのに伴って一酸化炭素濃度低減装置での処理量が
減少し空間速度が小さくなると、一酸化炭素酸化反応に
供される改質ガス量に比べて触媒量が過剰となり、既述
したように早くに一酸化炭素酸化反応が終了してしまっ
て逆シフト反応によって生成される一酸化炭素量が増加
してしまう。もとより、負荷が大きくなって一酸化炭素
濃度低減装置での空間速度が大きくなると、触媒の処理
能力に比べて供給される改質ガス量が過剰量となるた
め、一酸化炭素の選択酸化反応が充分に行なわれる前に
改質ガスが一酸化炭素濃度低減装置から排出されてしま
い、酸化されずに残留する一酸化炭素を含む改質ガスが
燃料電池に供給されることになってしまう。
【００１８】本発明の一酸化炭素濃度低減装置および一
酸化炭素濃度低減方法は、こうした問題を解決し、触媒
の一酸化炭素選択酸化活性が充分となる温度範囲におい
て進行する逆シフト反応に起因して生成される一酸化炭
素を低減し、一酸化炭素濃度が極めて低い水素リッチガ
スを安定して提供することを目的としてなされ、次の構
成を採った。
【００１９】
【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の一酸化炭素濃度低減装置は、一酸化炭素を
含有する水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低減する
一酸化炭素濃度低減装置であって、前記水素リッチガス
に、一酸化炭素を酸化するための酸素を含有する酸化ガ
スを導入する酸化ガス導入手段と、一酸化炭素選択酸化
触媒を有する一酸化炭素選択酸化反応部とを、前記酸化
ガスが導入された前記水素リッチガスが前記一酸化炭素
選択酸化触媒の表面を通過するように接続してなり、前
記一酸化炭素選択酸化反応部は、前記水素リッチガス中
の一酸化炭素量に基づいて、該水素リッチガス中の一酸
化炭素の選択酸化反応に関わる前記一酸化炭素選択酸化
触媒の量を増減する触媒量制御手段を備えたことを要旨
とする。
【００２０】以上のように構成された本発明の一酸化炭
素濃度低減装置は、酸化ガス導入手段が、一酸化炭素を
含有する水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するため
の酸化ガスを導入する。この酸化ガスを導入した水素リ
ッチガスは、一酸化炭素選択酸化反応部が有する一酸化
炭素選択酸化触媒の表面を通過する。ここで、一酸化炭
素選択酸化反応部では、触媒量制御手段によって、前記
水素リッチガス中の一酸化炭素の選択酸化反応に関わる
前記一酸化炭素選択酸化触媒の量が、前記水素リッチガ
ス中の一酸化炭素量に基づいて増減される。
【００２１】このような一酸化炭素濃度低減装置によれ
ば、水素リッチガス中の一酸化炭素の選択酸化反応に関
わる前記一酸化炭素選択酸化触媒の量は、前記水素リッ
チガス中の一酸化炭素量に応じた量に制御されるため、
一酸化炭素選択酸化反応部における水素リッチガスの空
間速度は、水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を充分に
低減可能な適切な大きさとなり、水素リッチガス中の一
酸化炭素濃度を充分に低減することができる。すなわ
ち、空間速度が小さすぎるため、一酸化炭素選択酸化反
応部内で一酸化炭素選択酸化反応が早くに終了し、逆シ
フト反応のために水素リッチガス中の一酸化炭素濃度が
上昇してしまうことがない。また、空間速度が大きすぎ
るため、一酸化炭素選択酸化反応部内での一酸化炭素選
択酸化反応が不足して、非所望量の一酸化炭素が酸化さ
れることなく水素リッチガス中に残留してしまうことが
ない。
【００２２】本発明の第１の一酸化炭素濃度低減装置に
おいて、前記一酸化炭素選択酸化反応部は、前記一酸化
炭素選択酸化触媒を備える２以上の分割された一酸化炭
素選択酸化部からなり、前記触媒量制御手段は、前記各
分割された一酸化炭素選択酸化部への前記水素リッチガ
スの導入部および／または一酸化炭素濃度が低減された
水素リッチガスが排出される前記各分割された一酸化炭
素選択酸化部の出口部の開閉状態を制御することによっ
て、前記水素リッチガス中の一酸化炭素量に基づいた所
定の数の前記一酸化炭素選択酸化部にのみ前記水素リッ
チガスを供給する構成も好適である。
【００２３】このような一酸化炭素濃度低減装置では、
前記水素リッチガス中の一酸化炭素の選択酸化反応に関
わる前記一酸化炭素選択酸化触媒の量を増減する際、前
記触媒量制御手段は、前記一酸化炭素選択酸化反応部を
構成する２以上の分割された一酸化炭素選択酸化部への
前記水素リッチガスの導入部および／または一酸化炭素
濃度が低減された水素リッチガスが排出される前記各分
割された一酸化炭素選択酸化部の出口部の開閉状態を制
御することによって、前記水素リッチガス中の一酸化炭
素量に基づいた所定の数の前記一酸化炭素選択酸化部に
のみ前記水素リッチガスを供給する。したがって、前記
一酸化炭素選択酸化部への前記水素リッチガスの導入部
および／または前記各分割された一酸化炭素選択酸化部
の出口部の開閉状態を制御するという簡単な構成によっ
て、容易に触媒量を制御することができる。
【００２４】また、本発明の第１の一酸化炭素濃度低減
装置において、前記一酸化炭素選択酸化反応部は、前記
一酸化炭素選択酸化触媒の働きで一酸化炭素濃度が低減
された水素リッチガスを外部に排出するためのガス排出
口を、前記水素リッチガスの通過方向に沿って複数配設
してなり、前記触媒量制御手段は、前記ガス排出口を切
り替えることによって、前記一酸化炭素選択酸化反応部
において前記水素リッチガスの一酸化炭素濃度を低減す
るために利用される前記一酸化炭素選択酸化触媒の領域
を増減する構成も好適である。
【００２５】このような一酸化炭素濃度低減装置では、
前記水素リッチガス中の一酸化炭素の選択酸化反応に関
わる前記一酸化炭素選択酸化触媒の量を増減する際、前
記一酸化炭素選択酸化反応部が前記水素リッチガスの通
過方向に沿って複数配設したガス排出口を切り替えるこ
とによって、一酸化炭素濃度の低減のために利用される
一酸化炭素選択酸化触媒の領域を増減する。従って、ガ
ス排出口を切り替えるという簡単な構成によって、容易
に触媒量を制御することができる。
【００２６】本発明の第２の一酸化炭素濃度低減装置
は、一酸化炭素を含有する水素リッチガス中の一酸化炭
素濃度を低減する一酸化炭素濃度低減装置であって、前
記水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するための酸素
を含有する酸化ガスを導入する酸化ガス導入手段と、温
度に依存する一酸化炭素選択酸化活性を有する一酸化炭
素選択酸化触媒を備えた一酸化炭素選択酸化反応部と
を、前記酸化ガスが導入された前記水素リッチガスが前
記一酸化炭素選択酸化触媒の表面を通過するように接続
してなり、前記一酸化炭素選択酸化触媒の温度を制御す
ることによって、前記一酸化炭素選択酸化触媒表面を通
過する水素リッチガスにおいて進行する一酸化炭素選択
酸化反応を、前記一酸化炭素選択酸化反応部の出口部に
おいて終了する状態に近づける触媒活性制御手段を備え
たことを要旨とする。
【００２７】以上のように構成された本発明の第２の一
酸化炭素濃度低減装置は、酸化ガス導入手段が、一酸化
炭素を含有する水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化す
るための酸素を含有する酸化ガスを導入する。この酸化
ガスを導入した水素リッチガスは、一酸化炭素選択酸化
反応部が有する一酸化炭素選択酸化触媒の表面を通過す
る。このとき、触媒活性制御手段は、前記一酸化炭素選
択酸化触媒の温度を制御して、前記一酸化炭素選択酸化
触媒表面を通過する水素リッチガスにおいて進行する一
酸化炭素選択酸化反応を、前記一酸化炭素選択酸化反応
部の出口部において終了する状態に近づける。
【００２８】このような一酸化炭素濃度低減装置によれ
ば、前記一酸化炭素選択酸化触媒表面を通過する水素リ
ッチガスにおいて進行する一酸化炭素選択酸化反応が、
前記一酸化炭素選択酸化反応部の出口部において終了す
る状態に近づけられるため、一酸化炭素選択酸化反応が
早く終了して逆シフト反応によって水素リッチガス中の
一酸化炭素濃度が上昇してしまったり、一酸化炭素選択
酸化反応が不足することによって、非所望量の一酸化炭
素が酸化されずに水素リッチガス中に残留してしまうこ
とがない。
【００２９】本発明の第２の一酸化炭素濃度低減装置に
おいて、前記触媒活性制御手段は、前記水素リッチガス
中の一酸化炭素量に基づいて、該水素リッチガスが前記
一酸化炭素選択酸化触媒の表面を通過し終わった時点で
一酸化炭素の選択酸化反応が完了となる条件としての前
記一酸化炭素選択酸化触媒の温度を予測する酸化反応温
度予測手段と、前記一酸化炭素選択酸化触媒の温度を昇
降することによって、該一酸化炭素選択酸化触媒の温度
を前記酸化反応温度予測手段によって予測された温度に
近づける触媒温度制御手段とからなる構成も好適であ
る。
【００３０】このような構成の一酸化炭素濃度低減装置
では、酸化反応温度予測手段が、前記水素リッチガス中
の一酸化炭素量に基づいて、該水素リッチガスが前記一
酸化炭素選択酸化触媒の表面を通過し終わった時点で一
酸化炭素の選択酸化反応が完了となる条件としての一酸
化炭素選択酸化触媒の温度を予測する。また、触媒温度
制御手段が、前記一酸化炭素選択酸化触媒の温度を昇降
することによって、該一酸化炭素選択酸化触媒の温度を
前記酸化反応温度予測手段によって予測された温度に近
づける。したがって、前記水素リッチガス中の一酸化炭
素量が変動する場合にも、変動した一酸化炭素量に従っ
て前記一酸化炭素選択酸化触媒温度が制御され、水素リ
ッチガスが前記一酸化炭素選択酸化触媒の表面を通過し
終わった時点で一酸化炭素の選択酸化反応が完了となる
状態を保つことができる。
【００３１】また、本発明の第２の一酸化炭素濃度低減
装置において、前記触媒活性制御手段は、前記一酸化炭
素選択酸化反応部の内部において、前記水素リッチガス
の通過方向に沿って配設された複数の一酸化炭素濃度セ
ンサと、該複数の一酸化炭素濃度センサが検出した前記
一酸化炭素選択酸化反応部内部における前記水素リッチ
ガス中の一酸化炭素濃度の変化の状態に基づいて、前記
一酸化炭素選択酸化触媒の温度を昇降する触媒温度制御
手段とからなることとしてもよい。
【００３２】このような構成の一酸化炭素濃度低減装置
では、前記一酸化炭素選択酸化反応部の内部において、
前記水素リッチガスの通過方向に沿って配設された複数
の一酸化炭素濃度センサが、前記一酸化炭素選択酸化反
応部内部における前記水素リッチガス中の一酸化炭素濃
度の変化の状態を検出する。また、触媒温度制御手段
が、この検出結果に基づいて、前記一酸化炭素選択酸化
触媒の温度を昇降する。したがって、一酸化炭素選択酸
化触媒表面を通過した後の水素リッチガスにおいて、一
酸化炭素濃度の低減状態が不十分である場合に、一酸化
炭素選択酸化反応が不足しているのか、過剰の逆シフト
反応が進行しているのかを容易に判断することができ、
一酸化炭素選択酸化触媒において適切な温度制御を行な
ことができる。
【００３３】本発明の第３の一酸化炭素濃度低減装置
は、一酸化炭素を含有する水素リッチガス中の一酸化炭
素濃度を低減する一酸化炭素濃度低減装置であって、前
記水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するための酸素
を含有する酸化ガスを導入する酸化ガス導入手段と、一
酸化炭素選択酸化触媒を有する一酸化炭素選択酸化反応
部とを、前記酸化ガスが導入された前記水素リッチガス
が前記一酸化炭素選択酸化触媒の表面を通過するように
接続してなり、一酸化炭素をメタン化するメタン化触媒
を有し、前記一酸化炭素選択反応部において一酸化炭素
が選択的に酸化された前記水素リッチガスの供給を受
け、前記メタン化触媒の表面に該供給された水素リッチ
ガスを通過させるメタン化反応部を備えることを要旨と
する。
【００３４】以上のように構成された本発明の第３の一
酸化炭素濃度低減装置は、酸化ガス導入手段が、一酸化
炭素を含有する水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化す
るための酸素を含有する酸化ガスを導入する。この酸化
ガスを導入した水素リッチガスは、一酸化炭素選択酸化
反応部が有する一酸化炭素選択酸化触媒の表面を通過す
る。一酸化炭素選択酸化触媒の表面を通過した水素リッ
チガスは、さらに、メタン化部が有するメタン化触媒の
表面を通過する。
【００３５】このような一酸化炭素濃度低減装置によれ
ば、一酸化炭素を含有する水素リッチガスは、一酸化炭
素選択酸化反応に供された後、さらに、一酸化炭素のメ
タン化反応に供される。したがって、一酸化炭素選択酸
化反応部における一酸化炭素濃度の低減状態が不十分で
あった場合にも、酸化されずに残った一酸化炭素はメタ
ン化することができ、水素リッチガスの一酸化炭素濃度
を充分に低減することが可能となる。
【００３６】本発明の第４の一酸化炭素濃度低減装置
は、一酸化炭素を含有する水素リッチガス中の一酸化炭
素濃度を低減する一酸化炭素濃度低減装置であって、前
記水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するための酸素
を含有する酸化ガスを導入する酸化ガス導入手段と、一
酸化炭素選択酸化触媒を有する一酸化炭素選択酸化反応
部とを、前記酸化ガスが導入された前記水素リッチガス
が前記一酸化炭素選択酸化触媒の表面を通過するように
接続してなり、前記一酸化炭素選択酸化反応部は、一酸
化炭素選択酸化活性と共に、一酸化炭素をメタン化する
メタン化活性を備えることを要旨とする。
【００３７】以上のように構成された本発明の第４の一
酸化炭素濃度低減装置は、酸化ガス導入手段が、一酸化
炭素を含有する水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化す
るための酸素を含有する酸化ガスを導入する。この酸化
ガスを導入した水素リッチガスは、一酸化炭素選択酸化
触媒を有する一酸化炭素選択酸化反応部であって、一酸
化炭素選択酸化活性と共に一酸化炭素をメタン化するメ
タン化活性を備える一酸化炭素選択酸化反応部内を通過
する。
【００３８】このような一酸化炭素濃度低減装置によれ
ば、水素リッチガスに含有される一酸化炭素は、一酸化
炭素選択酸化反応に加えて、メタン化反応によっても消
費されることができる。さらに、一酸化炭素選択酸化反
応部内において、一酸化炭素選択酸化反応が早くに終了
し、逆シフト反応によって一酸化炭素が生成されてしま
う場合にも、生成された一酸化炭素はメタン化反応に供
されるため、一酸化炭素濃度が極めて低い水素リッチガ
スを得ることができる。なお、一酸化炭素選択酸化反応
部が備える一酸化炭素選択酸化活性およびメタン化活性
は、同一の触媒が両方の活性を有していてもよいし、異
なる触媒がそれぞれいずれかの活性を有していてもよ
い。
【００３９】本発明の第５の一酸化炭素濃度低減装置
は、一酸化炭素を含有する水素リッチガス中の一酸化炭
素濃度を低減する一酸化炭素濃度低減装置であって、前
記水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するための酸素
を含有する酸化ガスを、前記水素リッチガス量に応じて
導入する酸化ガス導入手段と、一酸化炭素選択酸化触媒
を有する一酸化炭素選択酸化反応部とを、前記酸化ガス
が導入された前記水素リッチガスが前記一酸化炭素選択
酸化触媒の表面を通過するように接続してなり、前記酸
化ガス導入手段は、前記一酸化炭素選択酸化触媒の量お
よび温度と、前記一酸化炭素選択酸化反応部における前
記水素リッチガスの空間速度とに関する情報に基づい
て、前記水素リッチガスが当初より含有する一酸化炭素
に加えて、前記一酸化炭素選択酸化反応部内において二
次的に生成される一酸化炭素をも酸化可能とする酸化ガ
ス量を算出する酸化ガス量算出手段と、該酸化ガス量算
出手段が算出した酸化ガス量に基づいて、前記水素リッ
チガスに導入する酸化ガス量を決定する導入ガス量決定
手段とを備えたことを要旨とする。
【００４０】以上のように構成された本発明の第５の一
酸化炭素濃度低減装置は、酸化ガス導入手段が、一酸化
炭素を含有する水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化す
るための酸素を含有する酸化ガスを導入する。このと
き、酸化ガス導入手段を構成する酸化ガス量算出手段
が、前記一酸化炭素選択酸化触媒の量および温度と、前
記一酸化炭素選択酸化反応部における前記水素リッチガ
スの空間速度とに関する情報に基づいて、前記水素リッ
チガスが当初より含有する一酸化炭素に加えて、前記一
酸化炭素選択酸化反応部内において二次的に生成される
一酸化炭素をも酸化可能とする酸化ガス量を算出する。
またこのとき、酸化ガス量導入手段を構成する導入ガス
量決定手段が、前記酸化ガス量算出手段が算出した酸化
ガス量に基づいて、前記水素リッチガスに導入する酸化
ガス量を決定する。このように酸化ガスが導入された水
素リッチガスは、一酸化炭素選択酸化反応部が有する一
酸化炭素選択酸化触媒の表面を通過する。
【００４１】このような一酸化炭素濃度低減装置によれ
ば、水素リッチガス量の供給量が減少し、一酸化炭素選
択酸化反応部における空間速度が小さくなった場合に
も、逆シフト反応のために一酸化炭素濃度が上昇してし
まうのを抑え、充分に一酸化炭素濃度が低減された水素
リッチガスを得ることが可能となる。
【００４２】本発明の第１の一酸化炭素濃度低減方法
は、一酸化炭素を含有する水素リッチガス中の一酸化炭
素濃度を低減する一酸化炭素濃度低減方法であって、前
記水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するための酸素
を含有する酸化ガスを導入し、一酸化炭素を選択的に酸
化する活性を有する一酸化炭素選択酸化触媒の表面に、
前記酸化ガスが導入された前記水素リッチガスを通過さ
せる際に、前記水素リッチガス中の一酸化炭素量に基づ
いて、該水素リッチガス中の一酸化炭素濃度の低減反応
に関わる前記一酸化炭素選択酸化触媒の量を増減するこ
とを要旨とする。
【００４３】以上のように構成された本発明の第１の一
酸化炭素濃度低減方法によれば、水素リッチガス中の一
酸化炭素の選択酸化反応に関わる前記一酸化炭素選択酸
化触媒の量は、前記水素リッチガス中の一酸化炭素量に
応じた量に制御されるため、一酸化炭素選択酸化反応部
における水素リッチガスの空間速度は、水素リッチガス
中の一酸化炭素濃度を充分に低減可能な適切な大きさと
なり、水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を充分に低減
することができる。すなわち、空間速度が小さすぎるた
め、一酸化炭素選択酸化反応部内で一酸化炭素選択酸化
反応が早くに終了し、逆シフト反応のために水素リッチ
ガス中の一酸化炭素濃度が上昇してしまうことがない。
また、空間速度が大きすぎるため、一酸化炭素選択酸化
反応部内での一酸化炭素選択酸化反応が不足して、非所
望量の一酸化炭素が酸化されることなく水素リッチガス
中に残留してしまうことがない。
【００４４】本発明の第２の一酸化炭素濃度低減方法
は、一酸化炭素を含有する水素リッチガス中の一酸化炭
素濃度を低減する一酸化炭素濃度低減方法であって、前
記水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するための酸素
を含有する酸化ガスを導入し、一酸化炭素を選択的に酸
化する活性であって温度に依存する活性を有する一酸化
炭素選択酸化触媒の表面に、前記酸化ガスが導入された
前記水素リッチガスを通過させる際に、前記一酸化炭素
選択酸化触媒の温度を制御することによって、前記水素
リッチガスが前記一酸化炭素選択酸化触媒を通過し終わ
るときに、前記水素リッチガスにおいて進行する一酸化
炭素選択酸化反応の状態を、反応終了の状態に近づける
ことを要旨とする。
【００４５】以上のように構成された本発明の第２の一
酸化炭素濃度低減方法によれば、前記一酸化炭素選択酸
化触媒の温度を制御することによって、前記一酸化炭素
選択酸化触媒表面を通過する水素リッチガスにおいて進
行する一酸化炭素選択酸化反応が、前記一酸化炭素選択
酸化反応部の出口部において終了する状態に近づけられ
るため、一酸化炭素選択酸化反応が早く終了して逆シフ
ト反応によって水素リッチガス中の一酸化炭素濃度が上
昇してしまったり、一酸化炭素選択酸化反応が不足する
ことによって、非所望量の一酸化炭素が酸化されずに水
素リッチガス中に残留してしまうことがない。
【００４６】本発明の第３の一酸化炭素濃度低減方法
は、一酸化炭素を含有する水素リッチガス中の一酸化炭
素濃度を低減する一酸化炭素濃度低減方法であって、前
記水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するための酸素
を含有する酸化ガスを導入し、一酸化炭素を選択的に酸
化する活性を有する一酸化炭素選択酸化触媒の表面に、
前記酸化ガスが導入された前記水素リッチガスを通過さ
せると共に、一酸化炭素をメタン化する活性を有するメ
タン化触媒の表面に、前記一酸化炭素選択触媒によって
一酸化炭素が選択的に酸化された前記水素リッチガスを
通過させることを要旨とする。
【００４７】以上のように構成された本発明の第３の一
酸化炭素濃度低減方法によれば、一酸化炭素を含有する
水素リッチガスは、一酸化炭素選択酸化反応に供された
後、さらに、一酸化炭素のメタン化反応に供される。し
たがって、一酸化炭素選択酸化反応部における一酸化炭
素濃度の低減状態が不十分であった場合にも、酸化され
ずに残った一酸化炭素はメタン化することができ、水素
リッチガスの一酸化炭素濃度を充分に低減することが可
能となる。
【００４８】本発明の第４の一酸化炭素濃度低減方法
は、一酸化炭素を含有する水素リッチガス中の一酸化炭
素濃度を低減する一酸化炭素濃度低減方法であって、前
記水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するための酸素
を含有する酸化ガスを導入し、一酸化炭素を選択的に酸
化する一酸化炭素選択酸化活性と、一酸化炭素をメタン
化するメタン化活性とが混在する触媒部の表面に、前記
酸化ガスが導入された前記水素リッチガスを通過させる
ことを要旨とする。
【００４９】以上のように構成された本発明の第４の一
酸化炭素濃度低減方法によれば、水素リッチガスに含有
される一酸化炭素は、一酸化炭素選択酸化反応に加え
て、メタン化反応によっても消費されることができる。
さらに、一酸化炭素選択酸化反応部内において、一酸化
炭素選択酸化反応が早くに終了し、逆シフト反応によっ
て一酸化炭素が生成されてしまう場合にも、生成された
一酸化炭素はメタン化反応に供されるため、一酸化炭素
濃度が極めて低い水素リッチガスを得ることができる。
【００５０】本発明の第５の一酸化炭素濃度低減方法
は、一酸化炭素を含有する水素リッチガス中の一酸化炭
素濃度を低減する一酸化炭素濃度低減方法であって、前
記水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するための酸素
を含有する酸化ガスを、前記水素リッチガス量に応じて
導入し、一酸化炭素を選択的に酸化する活性を有する一
酸化炭素選択酸化触媒の表面に、前記酸化ガスが導入さ
れた前記水素リッチガスを通過させる際に、前記一酸化
炭素選択酸化触媒の量および温度と、前記一酸化炭素選
択酸化触媒表面を通過するときの前記水素リッチガスの
空間速度とに関する情報に基づいて、前記水素リッチガ
スが当初より含有する一酸化炭素に加えて、前記一酸化
炭素選択酸化触媒の下で二次的に生成される一酸化炭素
をも酸化可能とする酸化ガス量を算出し、該算出した酸
化ガス量に基づいて、前記水素リッチガスに導入する酸
化ガス量を決定することを要旨とする。
【００５１】以上のように構成された本発明の第５の一
酸化炭素濃度低減方法によれば、水素リッチガス量の供
給量が減少し、一酸化炭素選択酸化反応部における空間
速度が小さくなった場合にも、逆シフト反応のために一
酸化炭素濃度が上昇してしまうのを抑え、充分に一酸化
炭素濃度が低減された水素リッチガスを得ることが可能
となる。
【００５２】
【発明の他の態様】本発明は、以下に示す他の態様をと
ることも可能である。すなわち、本発明の他の態様とし
ては、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガ
スとの供給を受けて起電力を得る燃料電池を備えた燃料
電池システムであって、所定の炭化水素を改質して、一
酸化炭素を含有する水素リッチガスを生成する燃料改質
装置と、本発明の一酸化炭素濃度低減装置とを備えた燃
料電池システムとすることができる。
【００５３】以上のように構成された燃料電池システム
では、燃料改質装置において所定の炭化水素を改質して
一酸化炭素を含有する水素リッチガスを生成し、一酸化
炭素濃度低減装置にこの水素リッチガスを通過させる。
一酸化炭素濃度低減装置は、前記水素リッチガスに酸素
を含有する酸化ガスを導入し、この水素リッチガスを一
酸化炭素選択酸化反応部に通過させることにより、前記
酸化ガス中の酸素を用いて前記水素リッチガス中の一酸
化炭素を該水素リッチガス中の水素に優先して酸化す
る。前記水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低減して
得られた燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとの供給
を受けて、燃料電池は起電力を得る。
【００５４】このような燃料電池システムによれば、燃
料電池に接続した負荷の大きさが変動して、前記燃料改
質装置および前記一酸化炭素濃度低減装置における処理
量が変動した場合にも、充分に一酸化炭素濃度が低減さ
れた燃料ガスを燃料電池に供給することができる。
【００５５】
【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、以下本発明の実施の形態を
実施例に基づき説明する。図１は、本発明の好適な一実
施例である燃料電池システム１０の構成の概略を表わす
ブロック図である。図１に示すように、燃料電池システ
ム１０は、メタノールタンク１２と、水タンク１４と、
燃料改質装置３０と、燃料電池２０とを主な構成要素と
して備える。
【００５６】メタノールタンク１２はメタノールを、水
タンク１４は水を貯蔵しており、原燃料供給路１７を介
して燃料改質装置３０にメタノールと水とを供給する。
燃料改質装置３０は、供給されたメタノールおよび水か
ら水素を含有する燃料ガスを生成する。燃料電池２０
は、燃料改質装置３０が生成する燃料ガスと酸素を含有
する酸化ガスとの供給を受けて電気化学反応を行ない、
起電力を得る。
【００５７】ここで、燃料電池２０は、固体高分子型燃
料電池であり、単セル２８を複数積層したスタック構造
を備えている。図２は、単セル２８の構成を模式的に表
わす断面図である。単セル２８は、電解質膜２１と、ア
ノード２２と、カソード２３と、セパレータ２４，２５
とから構成されている。
【００５８】アノード２２およびカソード２３は、電解
質膜２１を両側から挟んでサンドイッチ構造を成すガス
拡散電極である。セパレータ２４，２５は、このサンド
イッチ構造をさらに両側から挟みつつ、アノード２２お
よびカソード２３との間に、燃料ガス及び酸化ガスの流
路を形成する。アノード２２とセパレータ２４との間に
は燃料ガス流路２４Ｐが形成されており、カソード２３
とセパレータ２５との間には酸化ガス流路２５Ｐが形成
されている。
【００５９】ここで、電解質膜２１は、固体高分子材
料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン導電
性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性
を示す。本実施例では、ナフィオン膜（デュポン社製）
を使用した。電解質膜２１の表面には、触媒としての白
金または白金と他の金属からなる合金が塗布されてい
る。触媒を塗布する方法としては、白金または白金と他
の金属からなる合金を担持したカーボン粉を作製し、こ
の触媒を担持したカーボン粉を適当な有機溶剤に分散さ
せ、電解質溶液（例えば、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ社、Ｎａｆｉｏｎ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を適量添
加してペースト化し、電解質膜２１上にスクリーン印刷
するという方法をとった。あるいは、上記触媒を担持し
たカーボン粉を含有するペーストを膜形成してシートを
作製し、このシートを電解質膜２１上にプレスする構成
も好適である。
【００６０】アノード２２およびカソード２３は、共に
炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形
成されている。なお、本実施例では、アノード２２およ
びカソード２３をカーボンクロスにより形成したが、炭
素繊維からなるカーボンペーパまたはカーボンフエルト
により形成する構成も好適である。
【００６１】セパレータ２４，２５は、ガス不透過の導
電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とし
た緻密質カーボンにより形成されている。セパレータ２
４，２５はその表面に、所定の形状のリブ部を形成して
おり、既述したように、セパレータ２４はアノード２２
の表面とで燃料ガス流路２４Ｐを形成し、セパレータ２
５はカソード２３の表面とで酸化ガス流路２５Ｐを形成
する。ここで、各セパレータの表面に形成されたリブ部
の形状は、ガス流路を形成してガス拡散電極に対して燃
料ガスまたは酸化ガスを供給可能であればよい。本実施
例では、平行に形成された複数の溝状にリブ部を形成し
た。なお、ここではセパレータ２４とセパレータ２５と
を分けて記述したが、実際の燃料電池２０では両面にリ
ブ部を形成したセパレータを用い、隣合う単セル２８が
セパレータを共有する構成とした。
【００６２】以上、燃料電池２０の基本構造である単セ
ル２８の構成について説明した。実際に燃料電池２０と
して組み立てるときには、アノード２２、電解質膜２
１、カソード２３からなる構成の間にセパレータを配置
して単セル２８を複数組積層し（本実施例では１００
組）、その両端に緻密質カーボンや銅板などにより構成
される集電板を配置することによってスタック構造を構
成する。
【００６３】なお、図１では燃料電池２０のアノード側
に供給される燃料ガスの供給系統だけを記載したが、カ
ソード側には図示しない酸化ガス供給装置が接続されて
おり、この酸化ガス供給装置によって加圧空気が供給さ
れている。また、燃料電池２０には、図示しない燃料ガ
ス排出装置および酸化ガス排出装置が接続されており、
各電極での電気化学反応に供された後の燃料排ガスおよ
び酸化排ガスが燃料電池２０の外部に排出される。
【００６４】次に、燃料改質装置３０について説明す
る。燃料改質装置３０は、改質部３２と、ＣＯ選択酸化
部３４と、ガス流量センサ３７と、一酸化炭素センサ４
０と、ブロワ３８と、制御部７０とを主な構成要素とす
る。改質部３２は、メタノールと水との供給を受けて水
素リッチな改質ガスを生成する。ＣＯ選択酸化部３４
は、この改質ガス中の一酸化炭素を酸化して改質ガス中
の一酸化炭素濃度を低減し、一酸化炭素濃度が所定量以
下の燃料ガスにする。ガス流量センサ３７および一酸化
炭素センサ４０は、改質部３２で生成された改質ガスを
ＣＯ選択酸化部３４に供給する改質ガス供給路３６に設
けられており、それぞれ、改質ガス流量および改質ガス
中の一酸化炭素濃度を検出する。ブロワ３８は、改質ガ
ス供給路３６においてガス流量センサ３７および一酸化
炭素センサ４０よりも下流側に接続された導入管３９を
介して、改質ガス供給路３６に酸素を含有する酸化ガス
（本実施例では空気）を導入する。制御部７０は、燃料
改質装置３０の各部の運転状態を制御する。以下に、こ
れら燃料改質装置３０を構成する各部についてさらに詳
しく説明する。
【００６５】改質部３２は、メタノールタンク１２から
はメタノールの、水タンク１４からは水の供給を受け
て、既述した（４）式および（５）式に示す反応によっ
て、水素と二酸化炭素とを含有する改質ガスを生成す
る。ここで、改質部３２にメタノールおよび水を供給す
る原燃料供給路１７は、所定の位置で分岐して第１分岐
路１６を形成している。この第１分岐路１６は、ＣＯ選
択酸化部３４の内部に配管しており、ＣＯ選択酸化部３
４の外周部を、メタノールと水とからなる原燃料が循環
可能な構成となっている。ＣＯ選択酸化部３４内部に配
管する第１分岐路１６は、そのさらに下流の部位におい
て再び原燃料供給路１７に合流する。後述するように、
ＣＯ選択酸化部３４内部は所定の高温に達しているた
め、このような構成とすることによって、改質部３２に
供給するのに先立ってメタノールおよび水を昇温するこ
とができる。原燃料供給路１７および第１分岐路１６に
はそれぞれバルブ１７Ｂ，１６Ｂが設けられており、こ
れらのバルブは制御部７０に接続されている。制御部７
０は、これらのバルブに駆動信号を出力してその開放状
態を制御することによって、それぞれの流路を通過する
原燃料の流量を調節している。
【００６６】既述したように、（５）式に示す一酸化炭
素の変成反応は実際には完全に行なわれることが困難で
あるため、改質部３２において生成された改質ガス中に
は副生成物としての一酸化炭素が所定量混在することに
なる。改質ガス中の一酸化炭素濃度は、改質部３２に充
填される触媒の種類、改質部３２の運転温度、改質部３
２に供給されるメタノールおよび水の単位触媒体積当た
りの供給流量（空間速度）などによって決まる。本実施
例では、改質部３２に充填する触媒として、Ｃｕ−Ｚｎ
触媒を用いた。
【００６７】このＣｕ−Ｚｎ触媒は、共沈法によって製
造される酸化金属からなる触媒で、直径１／８インチの
タブレットに成形したものである。改質部３２には、こ
のＣｕ−Ｚｎ触媒が充填されている。原燃料供給路１７
を介して改質部３２に供給されたメタノールおよび水
は、改質部３２の上流に設けられた図示しない蒸発器に
よる加熱によって気化され、改質部３２内部に導入され
る。既述したように、本実施例では、原燃料供給路１７
を介して供給されるメタノールおよび水はＣＯ選択酸化
部３４を経由することによって昇温される構成となって
いるめ、上記蒸発器においてメタノールおよび水を気化
するために要する熱量を削減することが可能である。メ
タノールおよび水からなる混合気体は、改質部３２内部
に導入されて上記改質触媒と接触し、この改質触媒表面
では改質反応が進行する。改質反応の進行に伴って水素
と二酸化炭素が生成され、水素リッチな改質ガスが改質
ガス供給路３６に排出される。
【００６８】なお、改質部３２で行なわれる改質反応は
全体として吸熱反応であることから（（６）式の反
応）、反応に必要な熱量を得るために改質部３２は図示
しない燃焼部を備えている。この燃焼部は、燃焼のため
の燃料として、メタノールタンク１２からメタノールの
供給を受けると共に、燃料電池２０において電池反応に
供された後に排出された燃料排ガスの供給を受けてい
る。燃焼部に供給されるメタノール量および燃料排ガス
量を制御することによって、改質部３２の運転温度は２
２０℃〜３００℃の範囲に制御される。ここで、改質部
３２は所定の導電ラインによって制御部７０に接続され
ており、制御部７０によって、燃焼部へのメタノールお
よび燃料排ガスの供給量や改質部３２へのメタノールお
よび水の供給量が制御されている。
【００６９】ＣＯ選択酸化部３４は、改質部３２で生成
された改質ガスと酸化ガスとの供給を受け、改質ガス中
の一酸化炭素を水素に優先して酸化することによって、
改質ガスの一酸化炭素濃度を低減して燃料ガスとする。
この燃料ガスは、燃料ガス供給路１８を介して燃料電池
２０に供給される。すなわち、ＣＯ選択酸化部３４は、
燃料改質装置３０における一酸化炭素濃度低減部として
働く。ＣＯ選択酸化部３４には、ＣＯ選択酸化触媒であ
る白金触媒を担持したアルミナペレットが充填されてい
る。このＣＯ選択酸化部３４に改質ガスを通過させて得
られる燃料ガス中の一酸化炭素濃度は、ＣＯ選択酸化部
３４の運転温度、供給される改質ガス中の一酸化炭素濃
度、ＣＯ選択酸化部３４へ供給される改質ガスの単位触
媒体積当たりの流量（空間速度）などによって定まる。
このＣＯ選択酸化部３４の構成は本発明の要部に対応す
るものであり、詳しい説明は後述する。
【００７０】なお、ＣＯ選択酸化部３４には、ＣＯ選択
酸化部３４の内部温度を測定するための温度センサ３５
が備えられている。この温度センサ３５は熱電対によっ
て形成されており、上記ＣＯ選択酸化触媒に接触して設
けられている。温度センサ３５は、制御部７０と接続し
ており、ＣＯ選択酸化部３４の内部温度に関する情報を
制御部７０に入力する構成となっている。制御部７０
は、この情報を基に既述したようにバルブ１６Ｂ，１７
Ｂの開放状態を調節し、ＣＯ選択酸化部３４の外周部を
循環することでＣＯ選択酸化部３４を冷却する原燃料の
量を制御している。このように、循環する原燃料の量を
調節することによって、ＣＯ選択酸化部３４の内部温度
は所定の温度に制御される。
【００７１】一酸化炭素センサ４０は、ＣＯ選択酸化部
３４に供給される改質ガス中の一酸化炭素濃度を検出す
るセンサであるが、その構造の概略を図３に示す。図示
するように、一酸化炭素センサ４０は、電解質膜４１
と、２枚の電極４２，４４と、金属板４６，４８と、２
個のホルダ５０，５２と、絶縁性部材５４とを備える。
電解質膜４１は、フッ素系樹脂などの固体項分子材料に
より形成されたプロトン導電性の膜体である。電極４
２，４４は、白金または白金と他の金属からなる合金の
触媒が練り込められたカーボンクロスから形成され、触
媒が練り込められた面で電解質膜４１を挟持してサンド
イッチ構造を成す。金属板４６，４８は、メッシュ状の
金属板であって、このサンドイッチ構造を両側から挟む
ことによってサンドイッチ構造の撓みを防いでいる。ホ
ルダ５０，５２は、電気伝導性に優れた材料によって形
成されており、上記サンドイッチ構造および金属板４
６，４８を保持している。絶縁性部材５４は、上記ホル
ダ５０，５２を電気的に絶縁状態で連結する。以下、さ
らに詳しく一酸化炭素センサ４０の構成について説明す
る。
【００７２】ホルダ５０，５２は、円柱の内部にフラン
ジ５０ａ，５２ａを持つ形状で、そのフランジ５０ａ，
５２ａで電解質膜４１、電極４２，４４および金属板４
６，４８を挟持する。ホルダ５２の電解質膜４１側に
は、Ｏリング５６が設けられており、一方の電極側の雰
囲気が他方の電極側に漏れるのを防止している。ホルダ
５０，５２の外周には、ネジ５０ｂ，５２ｂが切られて
おり、これらネジ５０ｂ，５２ｂと絶縁性部材５４の内
側に切られた２つのネジ５４ａ，５４ｂとを互いに螺合
することにより、両ホルダ５０，５２は、その間の電極
４２，電解質膜４１および電極４４を挟持した状態で連
結される。
【００７３】また、一酸化炭素センサ４０は、一方のホ
ルダ５０にネジ合いにて連結することにより改質ガスを
電極４２に導くガス流入通路５８を形成する通路部材５
７を備えている。この通路部材５７は、絶縁性の材料か
ら形成されており、改質ガス供給路３６に形成された取
り付け口３６ａに螺合されている。なお、他方のホルダ
５２には、特別なガス通路は接続されておらず、電極４
４は大気に開放された状態となっている。
【００７４】さらに、この一酸化炭素センサ４０は、両
ホルダ５０，５２に設けられた検出端子５０Ｔ，５２Ｔ
に電気的に接続され、電極４２，４４間に生じる起電力
を測定する電気回路６０を備えている。この電気回路６
０は、電圧計６２と負荷電流調整用の抵抗器６４とから
構成されており、この電圧計６２は制御部７０に接続さ
れている。なお、改質ガスが供給される電極４２側のホ
ルダ５０の検出端子５０Ｔはマイナス極、大気に連通す
る電極４４側のホルダ５２の検出端子５２Ｔはプラス極
となるように電圧計６２が接続されている。
【００７５】この一酸化炭素センサ４０では、電極４２
側に改質ガスが供給されると、電解質膜４１を介して電
極４２，４４間に起電力が生じ、この起電力を電気回路
６０の電圧計６２を用いて検出している。ここで、電解
質膜４１と電極４２，４４とからなる構造は固体高分子
型燃料電池を構成する単セル２８と同様の構造であり、
このような構造に一酸化炭素を含有する改質ガスを供給
すると、一酸化炭素による触媒の被毒を受けてその起電
力は低下する。この起電力の低下は一酸化炭素濃度が高
いほど大きくなる。したがって、一酸化炭素濃度と電圧
計６２の測定値との関係を予め調べておくことにより、
改質ガス中の一酸化炭素濃度を測定することができる。
【００７６】さらに、改質ガス供給路３６には、上記一
酸化炭素センサ４０の他にガス流量センサ３７が設けら
れており、改質ガス供給路３６を介してＣＯ選択酸化部
３４に供給される改質ガスの流量を測定している。本実
施例では、ガス流量センサ３７としてドップラー式のセ
ンサを用いた。ガス流量センサ３７および上記一酸化炭
素センサ４０は制御部７０と接続しており、検知したガ
ス流量および一酸化炭素濃度に関する情報を制御部７０
に入力する。
【００７７】また、既述したように、燃料改質装置３０
はブロワ３８を備えており、改質ガス供給路３６におい
て一酸化炭素センサ４０およびガス流量センサ３７の下
流側に接続された導入管３９を介して、改質ガス供給路
３６を通過する改質ガスに酸素を含有する酸化ガス（本
実施例では空気）を導入する。このブロワ３８もまた制
御部７０と接続しており、制御部７０から入力される駆
動信号に従って駆動される。このとき制御部７０は、ガ
ス流量センサ３７および一酸化炭素センサ４０から入力
された情報を基に、ＣＯ選択酸化部３４に供給される改
質ガス中の一酸化炭素を酸化するのに要する酸化ガス量
を求め、この結果を基にブロワ３８を駆動する。これに
よって改質ガスは、一酸化炭素の酸化に必要な量の酸素
を予め加えられてＣＯ選択酸化部３４に供給されること
となる。ここで、導入される酸化ガス量は、酸素と一酸
化炭素とのモル比［Ｏ2 ］／［ＣＯ］に基づいて制御さ
れている。基準となる酸素と一酸化炭素のモル比
［Ｏ2 ］／［ＣＯ］の値は、実験的に好ましい値として
求めた。
【００７８】一酸化炭素の酸化反応が理想的に行なわれ
るときに要する酸素量によればこのモル比は値０．５と
なるが、一酸化炭素濃度低減器内で充分に一酸化炭素の
酸化反応を行なわせるためにはこれ以上の酸素を加える
必要がある。しかし、酸素量が多すぎると水素の酸化が
進行してしまい、また、酸素量を増やすために加える空
気量を増すことによって燃料ガス中の水素分圧が低下し
てしまうという問題を生じる。そこで、空気量を増やす
ことによる弊害が許容できる範囲内で、充分に一酸化炭
素の酸化が行なわれる酸素量を実験的に求めた。本実施
例のＣＯ選択酸化部３４と同様の構成のＣＯ選択酸化装
置に、モデルガス（Ｈ2 ＝７５％、ＣＯ2 ＝２４．５
％、ＣＯ＝０．５％）を空間速度５０００ｈ-1にて供給
する際、導入する酸素量を変えて実験を行なったとこ
ろ、上記モル比が値２〜３が好ましいという結果が得ら
れ、本実施例では酸素と一酸化炭素のモル比として値３
を採用した。
【００７９】制御部７０は、マイクロコンピュータを中
心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定
された制御プログラムに従って所定の演算などを実行す
るＣＰＵ７２と、ＣＰＵ７２で各種演算処理を実行する
のに必要な制御プログラムや制御データなどが予め格納
されたＲＯＭ７４と、同じくＣＰＵ７２で各種演算処理
を実行するのに必要な各種データが一時的に読み書きさ
れるＲＡＭ７６と、一酸化炭素センサ４０の電圧計６２
からの信号やガス流量センサ３７など各種センサからの
検出信号を入力すると共にＣＰＵ７２での演算結果に応
じて改質部３２、ＣＯ選択酸化部３４、ブロワ３８およ
び一酸化炭素センサ４０などに駆動信号を出力する入出
力ポート７８などを備える。
【００８０】次に、本発明の要部に対応するＣＯ選択酸
化部３４の構成について説明する。図４は、本実施例の
燃料電池システム１０が備えるＣＯ選択酸化部３４の構
成の概略を表わす説明図である。ＣＯ選択酸化部３４
は、第１反応室８０，第２反応室８１，第３反応室８２
を備えている。これらの各反応室は、その内部に、既述
したＣＯ選択酸化触媒、すなわち白金を坦持したアルミ
ナペレットを充填しており、原燃料供給路１６側から、
第１反応室８０，第２反応室８１，第３反応室８２の順
で直列に接続されている。第１反応室８０と第２反応室
８１との間は第１接続路３６Ａで接続されており、第２
反応室８１と第３反応室８２との間は第２接続路３６Ｂ
で接続されている。上流側の反応室において一酸化炭素
選択酸化反応に供された改質ガスは、これらの各接続路
を介して下流側の反応室に供給可能となっている。
【００８１】ＣＯ選択酸化部３４で一酸化炭素濃度が低
減された改質ガスは、燃料ガスとして燃料ガス供給路１
８を介して燃料電池２０に供給されるが、燃料ガス供給
路１８には、改質ガス排出路８０Ａ，８１Ａ，８２Ａが
接続しており、上記各反応室から排出された改質ガスを
燃料ガス供給路１８に供給可能となっている。改質ガス
排出路８０Ａは第１接続路３６Ａと燃料ガス供給路１８
とを接続しており、この改質ガス排出路８０Ａを経由す
ることによって、第１反応室８０で一酸化炭素濃度が低
減された改質ガスを、第２反応室８１および第３反応室
８２を介することなく直接燃料ガス供給路１８に供給す
ることが可能となる。同様に、改質ガス排出路８１Ａは
第２接続路３６Ｂと燃料ガス供給路１８とを接続してお
り、この改質ガス排出路８１Ａを経由することによっ
て、第１反応室８０および第２反応室８１で一酸化炭素
濃度が低減された改質ガスを、第３反応室８２を介する
ことなく直接燃料ガス供給路１８に供給することが可能
となる。改質ガス排出路８２Ａは第３反応室８２と燃料
ガス供給路１８とを接続しており、この改質ガス排出路
８２Ａを経由することによって、第１反応室８０ないし
第３反応室８２で一酸化炭素濃度が低減された改質ガス
が燃料ガス供給路１８に供給される。
【００８２】改質ガス排出路８０Ａ，８１Ａ，８２Ａに
は、それぞれバルブ８０Ｂ，８１Ｂ，８２Ｂが設けられ
ている。これらのバルブの開閉状態を制御することによ
って、改質ガスの一酸化炭素濃度の低減反応に関わる反
応室の数を増減することができる。すなわち、バルブ８
０Ｂのみを開状態とするならば、第１反応室８０のみが
改質ガスの一酸化炭素濃度低減に用いられることにな
り、バルブ８１Ｂのみを開状態とするならば、第１反応
室８０および第２反応室８１が一酸化炭素濃度低減反応
に用いられ、バルブ８２Ｂのみを開状態とするならば、
すべての反応室が一酸化炭素濃度低減反応に用いられる
ことになる。ここで、バルブ８０Ｂ，８１Ｂ，８２Ｂは
制御部７０に接続されており、制御部７０からの駆動信
号によって開閉される。
【００８３】以上、燃料電池システム１０を構成する各
部について説明したが、次に、こうして構成された燃料
電池システム１０のＣＯ選択酸化部３４において行なわ
れる一酸化炭素選択酸化触媒量の制御について説明す
る。ＣＯ選択酸化部３４では、供給される改質ガス流量
に従って上記バルブ８０Ｂ，８１Ｂ，８２Ｂの開閉状態
を切り替えることによって、一酸化炭素濃度低減反応に
関わる反応室数を増減し、一酸化炭素濃度低減反応に関
わる触媒量を制御している。まず最初に、改質ガス流量
と一酸化炭素濃度低減触媒の量との関係について説明す
る。
【００８４】図５は、上記実施例と同様の一酸化炭素濃
度低減触媒を単一の反応室に充填したＣＯ選択酸化装置
において、一酸化炭素を含有する水素リッチガスが供給
される入り口部から、一酸化炭素濃度低減反応が行なわ
れた後に排出される出口部にわたって、ガス中の一酸化
炭素濃度をガスの流れる方向に沿って表わす説明図であ
る。ここでは、このＣＯ選択酸化装置に供給されるガス
流量を３段階に変化させた場合について表わしている。
図５に示すように、ＣＯ選択酸化装置に供給されたガス
中の一酸化炭素濃度は、一酸化炭素選択酸化触媒の働き
によって次第に低下するが、一酸化炭素の酸化反応が終
了した後は、再び一酸化炭素濃度が上昇する。このよう
な一酸化炭素濃度の上昇は、既述した（８）式に示す逆
シフト反応によって一酸化炭素の生成が行なわれること
によっている。ここで、ＣＯ選択酸化装置に供給される
ガス量が多いほど一酸化炭素の酸化反応が終了する位置
が出口よりとなり、ガス量が少ないほど一酸化炭素の酸
化反応が終了する位置が入り口よりとなる。これは、既
述したように、ガス量が少ないほど空間速度が小さくな
り、一酸化炭素の酸化反応が早く終了してしまうことに
よる。このように、一酸化炭素の酸化反応が早く終了す
るほどその後の逆シフト反応で生成される一酸化炭素量
が増えてしまい、結果的には充分に一酸化炭素濃度の低
減が行なわれないことになってしまう。
【００８５】これに対して本実施例では、触媒量制御手
段を設けており、図６に示すように、ＣＯ選択酸化部３
４が備える反応室数に合わせてＣＯ選択酸化部３４にお
いて処理可能な改質ガス量の全範囲を３つの領域（レン
ジ１ないしレンジ３）に分割し、供給される改質ガス量
に応じて一酸化炭素選択酸化反応に用いる反応室数を増
減する構成となっている。供給される改質ガス量がレン
ジ１に属するときは第１反応室８０を、供給される改質
ガス量がレンジ２に属するときは第１反応室８０および
第２反応室８１を、供給される改質ガス量がレンジ３に
属するときは第１反応室８０ないし第３反応室８２を使
用する。
【００８６】燃料改質装置３０の運転が開始されると、
制御部７０において、図７に示す触媒量制御処理ルーチ
ンが所定時間ごとに実行され、一酸化炭素濃度低減反応
に関わる触媒量が供給される改質ガス量に適したものと
なるように制御される。ここでは、本ルーチンは、１０
０ｍｓｅｃごとに実行することとした。
【００８７】本ルーチンが実行されると、ＣＰＵ７２
は、まず、ガス流量センサ３７により検出される改質ガ
ス流量を読み込む（ステップＳ１００）。次に、読み込
んだガス流量に対応するレンジを算出する（ステップＳ
１１０）。ＲＯＭ７４には予め、図６に示したのと同様
のガス流量とレンジとの対応が記憶させてあり、読み込
んだガス流量に対応するレンジが決定される。
【００８８】レンジが決定されると、次に、このレンジ
に応じて使用する反応室が決定される（ステップＳ１２
０）。この決定した反応室に対して改質ガスを供給する
ため、反応室の下流に設けられた既述したバルブに駆動
信号を出力して開閉状態を制御し（ステップＳ１３
０）、本ルーチンを終了する。
【００８９】従って、ガス流量が少ない場合には、一酸
化炭素の酸化反応が終了した時点で、逆シフト反応が進
行してしまう前に 改質ガスを装置から排出することに
よって、充分に一酸化炭素濃度を低減した燃料ガスを得
ることが可能となる。本実施例のＣＯ選択酸化部３４で
は、既述したように、一酸化炭素選択酸化触媒を備える
領域を３つの反応室に分け、供給される改質ガスの流量
に応じて使用する反応室の数を増減する構成としている
ため、ガス流量が少ないときには使用する反応室数を減
らして一酸化炭素酸化触媒の量を減らし、一酸化炭素の
酸化反応の終了後に逆シフト反応が進行してしまう前
に、通過させた改質ガスを燃料ガスとしてＣＯ選択酸化
部３４から取り出すことが可能となっている。もとよ
り、ガス流量が多いときには使用する反応室の数を増や
し、充分な触媒量を確保する構成となっている。
【００９０】以上説明した本実施例の燃料電池システム
１０が備えるＣＯ選択酸化部３４によれば、より最適条
件に近い空間速度で一酸化炭素の選択酸化反応を行なう
ことができるため、充分に一酸化炭素濃度を低減した燃
料ガスを得ることができる。すなわち、供給される改質
ガス流量に応じて使用する反応室数（使用する触媒量）
を選定するため、用いる触媒量が最適条件よりも過剰と
なる場合であっても、逆シフト反応で生じる一酸化炭素
は許容可能な微量に留まるため、逆シフト反応によって
燃料ガス中の一酸化炭素濃度が上昇してしまうのを抑え
ることができる。さらに、用いる触媒量が最適条件より
も不足する場合であっても、酸化されずに残留する一酸
化炭素は許容可能な微量となる。
【００９１】さらに、上記実施例では、ＣＯ選択酸化部
３４内に設けた各反応室を直列に接続することとした
が、例えば、各反応室を並列に接続するなど他の形態に
よって各反応室を接続することとしてもかまわない。ま
た、本実施例では、ＣＯ選択酸化部３４は３つの反応室
を備える構成としたが、この反応室の数は、２もしくは
４以上としてもかまわない。さらに、本実施例では、ガ
ス流量センサ３７が直接検知した改質ガス流量に基づい
て使用する反応室数を決定する構成としたが、改質ガス
流量に間接的に基づいて反応室数を決定することとして
もよい。例えば、改質ガス流量を入力する代わりに、メ
タノールタンク１２から燃料改質装置３０に供給される
メタノール供給量を入力して使用する反応室数を決定す
るなど、改質ガス流量に応じて増減する改質ガス量以外
の値に基づいて反応室数を決定することができる。
【００９２】本実施例のＣＯ選択酸化部３４は、一酸化
炭素選択酸化触媒を備える領域を３つの独立した反応室
に分離することによって触媒量を増減可能な構成とした
が、反応室は一体として形成し、この反応室から燃料ガ
スを取り出すガス排出口を、改質ガスの通過方向に沿っ
て複数設ける構成としてもよい。以下に、このような構
成を第２実施例として示す。図８は、第２実施例のＣＯ
選択酸化部３４Ａの構成を表わす説明図である。このＣ
Ｏ選択酸化部３４Ａは、第１実施例の燃料電池システム
１０と同様の構成を有する燃料電池システム１０Ａに備
えられており、燃料電池システムに関する詳しい説明は
省略する。
【００９３】第２実施例のＣＯ選択酸化部３４Ａは、図
８に示すように、一酸化炭素選択酸化触媒を充填した反
応室８３を備え、改質ガス供給路３６を介して改質部３
２から改質ガスの供給を受ける。反応室８３で一酸化炭
素濃度が低減された燃料ガスは、燃料ガス供給路１８を
介して燃料電池２０に供給される。なお、反応室８３に
充填された一酸化炭素選択酸化触媒は、第１実施例と同
様に、アルミナペレットに坦持された白金触媒である。
【００９４】このＣＯ選択酸化部３４Ａは、反応室８３
と燃料ガス供給路１８とを接続する構造として、改質ガ
ス排出路８３Ａ，８４Ａ，８５Ａを備えている。改質ガ
ス排出路８３Ａは反応室８３の内部の入り口側約３分の
１の位置に、改質ガス排出路８４Ａは反応室８３の内部
の入り口側約３分の２の位置に、改質ガス排出路８４Ａ
は反応室８３の出口部に、それぞれ一端を開口してお
り、各改質ガス排出路の他端は燃料ガス供給路１８に開
口している。この改質ガス排出路８３Ａ，８４Ａ，８５
Ａはそれぞれバルブ８３Ｂ，８４Ｂ，８５Ｂを備えてお
り、これらの各バルブは制御部７０から入力される駆動
信号によって開閉される。
【００９５】このとき、各バルブの内、常に一つのバル
ブだけが開状態となるように制御される。すなわち、バ
ルブ８３Ｂが開状態となったときには、反応室８３の前
方３分の１の領域に充填された触媒の表面を通過した改
質ガスが、反応室８３内をそれ以上進行することなく取
り出され、燃料ガスとして燃料電池２０に供給される。
バルブ８４Ｂが開状態となったときには、反応室８３の
前方３分の２の領域に充填された触媒の表面を通過した
改質ガスが、また、バルブ８５Ｂが開状態となったとき
には、反応室８３に充填された触媒全部の表面を通過し
た改質ガスが、燃料ガスとして燃料電池２０に供給され
る。
【００９６】このようなＣＯ選択酸化部３４Ａを備える
第２実施例の燃料電池システムでは、その制御部７０
が、第１実施例と同様に、ガス流量センサ３７が検知し
た改質ガスの流量に基づいて、図７と同様の触媒量制御
処理ルーチンを実行する。ここでは、入力した改質ガス
流量がレンジ１の時にはバルブ８３Ｂを、改質ガス流量
がレンジ２の時にはバルブ８４Ｂを、レンジ３の時には
バルブ８５Ｂを開状態とすることによって、改質ガス流
量に応じて触媒量の調節を行なう。
【００９７】以上のように構成された第２実施例のＣＯ
選択酸化部３４Ａによれば、第１実施例と同様に、より
最適条件に近い空間速度で一酸化炭素の選択酸化反応を
行なうことができるため、充分に一酸化炭素濃度を低減
した燃料ガスを得ることができる。すなわち、供給され
る改質ガス流量に応じて使用する反応室内の領域（使用
する触媒量）を増減するため、用いる触媒量が最適条件
よりも過剰となる場合であっても、逆シフト反応で生じ
る一酸化炭素を許容可能な微量に抑えることができる。
さらに、用いる触媒量が最適条件よりも不足する場合で
あっても、酸化されずに残留する一酸化炭素は許容可能
な微量となる。また、第２実施例のＣＯ選択酸化部３４
Ａでは、反応室８３から燃料ガス供給路１８に燃料ガス
を取り出す取り出し口を３カ所設ける構成としたが、こ
の取り出し口の数は、２あるいは４カ所以上設けること
としてもよく、ＣＯ選択酸化部３４Ａに供給される改質
ガス量は、第１実施例と同様に、他の値から間接的に判
断することとしてもよい。
【００９８】上記第１および第２実施例では、ＣＯ選択
酸化部３４が備える反応室は一酸化炭素選択酸化触媒を
坦持するペレットを充填しており、供給される改質ガス
は内部で拡散してしまうため、反応室を分割して燃料ガ
スの出口部を切り替えることによって触媒量を増減する
構成としたが、ハニカムチューブなどによって反応室を
形成することで、入り口部の切り替えによって触媒量を
増減することが可能となる。すなわち、反応室をハニカ
ムチューブによって形成することで一酸化炭素選択酸化
触媒を有する領域を改質ガスの通過方向と平行に分割
し、改質ガスを供給するハニカムチューブのセルの数を
増減することによって触媒量を増減することができる。
このような例として、以下に、第３実施例のＣＯ選択酸
化部３４Ｂを示す。図９は、第３実施例のＣＯ選択酸化
部３４Ｂの構成を表わす説明図である。第３実施例のＣ
Ｏ選択酸化部３４Ｂは、ハニカムチューブによって形成
された反応室８６の入り口側に、可動式マスク８７を備
えている。なお、ＣＯ選択酸化部３４Ｂを備える燃料電
池システムは、ＣＯ選択酸化部３４Ｂを除いては第１実
施例の燃料電池システム１０と共通する構造を備えてい
るため、詳しい説明は省略する。
【００９９】ＣＯ選択酸化部３４Ｂの反応室８６を構成
するハニカムチューブは、そのセル内の表面に一酸化炭
素選択酸化触媒である白金触媒が坦持されており、この
ハニカムチューブに改質ガスを導入してハニカムチュー
ブ上の白金触媒表面を通過させることによって、改質ガ
ス中の一酸化炭素濃度が低減可能となっている。反応室
８６の入り口部に設けられた可動式マスク８７は、図１
０に示す羽根車型のマスク８７Ａを２枚重ね合わせた構
造を有しており、このマスク８７Ａはハニカムチューブ
の入り口側端部に接した状態で、反応室８６の入り口部
断面の略中心部に設けられた図示しない回転軸において
回転自在に支持されている。この可動式マスク８７によ
って端部を塞がれた領域のハニカムチューブは改質ガス
の供給を受けることができなくなり、マスク８７Ａの重
なり具合を変えることによって、改質ガスを供給可能な
ハニカムチューブのセルの数を増減することができる。
２枚のマスク８７Ａが全く重ならない状態となったと
き、反応室８６の入り口部は完全に閉じられた状態とな
り（開口率０％）、２枚のマスク８７Ａが完全に重なっ
たとき、改質ガスの供給をうけるハニカムチューブのセ
ルの数は最大となる（開口率１００％）。可動式マスク
８７は制御部７０に接続されており、制御部７０からの
駆動信号によって２枚のマスク８７Ａの重なり具合が制
御される。
【０１００】以下に、第３実施例のＣＯ選択酸化部３４
Ｂで行なわれる可動式マスク８７の開口率の制御につい
て説明する。第３実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｂでは、
ガス流量センサ３７が検出した改質ガスの流量に応じて
可動式マスク８７の開口率を制御することによって触媒
量を増減している。図１１は、第３実施例の制御部７０
に記憶された改質ガス流量と可動式マスク８７の開口率
との関係を表わす説明図であり、これに基づいて触媒量
の制御が行なわれる。
【０１０１】第３実施例の燃料改質装置３０の運転が開
始されると、制御部７０において、図１２に示す触媒量
制御処理ルーチンが所定時間ごとに実行され、一酸化炭
素濃度低減反応に関わる触媒量が供給される改質ガス量
に適したものとなるように制御される。ここでは、本ル
ーチンは、１００ｍｓｅｃごとに実行することとした。
【０１０２】本ルーチンが実行されると、ＣＰＵ７２
は、まず、ガス流量センサ３７により検出される改質ガ
ス流量を読み込む（ステップＳ２００）。次に、読み込
んだガス流量に対応するマスク開口率Ｑを算出する（ス
テップＳ２１０）。既述したように、ＲＯＭ７４には予
め、図１１に示したガス流量とマスク開口率との関係が
記憶されているため、これを参照することによってガス
流量に適したマスク開口率Ｑが求められる。
【０１０３】マスク開口率Ｑが算出されると、次に、算
出したマスク開口率Ｑと現在のマスク開口率との偏差Δ
Ｑを算出し（ステップＳ２２０）、さらに、マスク開口
率をΔＱだけ増減するために要する可動式マスク８７の
駆動量を算出する（ステップＳ２３０）。ここで、ステ
ップＳ２３０で算出した駆動量に対応する駆動信号を可
動式マスク８７に対して出力して（ステップＳ２４０）
本ルーチンを終了するが、このように可動式マスク８７
を駆動することによって、可動式マスク８７の開口率Ｑ
はステップＳ２１０で算出した開口率となる。
【０１０４】以上のように構成された第３実施例のＣＯ
選択酸化部３４Ｂによれば、第１実施例および第２実施
例と同様に、より最適条件に近い空間速度で一酸化炭素
の選択酸化反応を行なうことができるため、充分に一酸
化炭素濃度を低減した燃料ガスを得ることができる。特
に、マスク開口率という連続的に制御可能な数値の制御
によって触媒量を増減するため、第１および第２実施例
の場合に比べて、より最適条件に近い触媒量で一酸化炭
素選択酸化反応を行なうことができ、燃料ガス中の一酸
化炭素濃度をさらに低くすることが可能になるという効
果を奏する。ここで、ＣＯ選択酸化部３４における処理
量が最大となるときに一酸化炭素の酸化反応がちょうど
ＣＯ選択酸化部３４の出口部で終了する触媒量として、
開口率１００％のときの触媒量を設定しておくならば、
ＣＯ選択酸化部３４Ｂで一酸化炭素選択酸化反応に供さ
れる改質ガス量がどのように変化する場合にも、触媒量
を最適な量に制御し、得られる燃料ガス中の一酸化炭素
濃度を充分に低減することが可能となる。
【０１０５】上述したように第３実施例では、改質ガス
を通過させるハニカムチューブのセルの数を増減するた
めに、図１０に示した羽根車状のマスク８７Ａをハニカ
ムチューブの入り口部に設け、２枚のマスクの重なり具
合を変えることによって、改質ガスを供給可能な領域を
増減する構成とした。ここで、ハニカムチューブにおい
て改質ガスを供給可能な領域を増減する機構は上記構成
に限るものではなく、例えば、ハニカムチューブの入り
口部を塞ぐことができ、この塞いでいる領域を増減する
ことができる形状であれば羽根車状以外の形状のマスク
を用いてもよく、マスクの回転以外の機構を用いてもよ
い。
【０１０６】第３実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｂは、触
媒を表面に坦持したハニカムチューブによって反応室を
形成しているため、入り口部を塞ぐ領域を制御すること
によって触媒量を増減することが可能となっている。こ
のように入り口部を塞ぐ領域を制御することによって触
媒量を増減するには、供給された改質ガスがガスの通過
方向以外の方向に拡散しない構造であればよく、第３実
施例のようにハニカムチューブのセルの表面に触媒を坦
持させる構成の他、ハニカムチューブのセル内に、第１
および第２実施例と同様の触媒坦持ペレットを充填する
構成としてもよい。また、内部に触媒坦持ペレットを充
填したパイプ状の反応管を平行に複数個並べた形状とし
てもよい。
【０１０７】さらに、上述したように、供給した改質ガ
スがガスの通過方向以外に拡散しない構成とする場合に
は、入り口部において塞がれた面積を増減する機構を設
ける他に、導入系を分割することによっても触媒量を増
減することが可能となる。このような構成を備えるＣＯ
選択酸化部３４Ｃを第４実施例として図１３に示す。Ｃ
Ｏ選択酸化部３４Ｃは、表面に白金触媒を坦持したハニ
カムチューブで構成された反応室８８を備え、改質ガス
供給路３６との接続部と反応室８８との間は３本の改質
ガス分岐路８８Ａ，８９Ａ，９０Ａに分岐しており、各
改質ガス分岐路はそれぞれバルブ８８Ｂ，８９Ｂ，９０
Ｂを備えている。これらのバルブは制御部７０からの駆
動信号によって開閉状態が制御され、バルブが開状態と
なっている改質ガス分岐路に対応する位置に開口してい
るセルだけが改質ガスの供給を受けることができる。
【０１０８】第４実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｃを備え
る燃料電池システムでは、燃料改質装置３０が運転され
ている間、制御部７０において、図７に示す触媒量制御
処理ルーチンと同様の処理が所定時間ごとに実行され
る。ここでは、第１実施例と同様に、ガス流量センサ３
７が検出したガス流量に基づいてガス流量をレンジ１な
いしレンジ３に分類し、その結果に応じて開状態とする
バルブの数を１ないし３に制御して、一酸化炭素選択酸
化反応に関わる触媒量を増減する。さらに、第４実施例
のように改質ガスの導入系を可変とする際に、導入路を
分割する代わりに、ＣＯ選択酸化部と接続する改質ガス
供給路３６の端部にガス噴射角可変ノズルを設け、改質
ガス供給路３６からハニカムチューブへ改質ガスを所定
の角度で噴射して供給することとしてもよい。このよう
な構成とすれば、上記開状態とするバルブの数を変える
代わりに改質ガスの噴射角を変え、改質ガスが供給され
るセルの数を制御することができる。
【０１０９】あるいは、反応室がガスの通過方向に平行
に分割されている場合には、第４実施例のＣＯ選択部の
ように導入系を分割することによって触媒量を増減する
代わりに、排出系を分割することによって触媒量を増減
することもできる。このような構成のＣＯ選択酸化部３
４Ｄを、第５実施例として図１４に示す。第５実施例の
ＣＯ選択酸化部３４Ｄは、第４実施例の反応室８８と同
様の構成の反応室８８を有している。反応室８８の入り
口部は第４実施例と異なり分岐路を形成していないが、
出口部においては燃料ガス供給路１８との接続部との間
に燃料ガス分岐路８８Ｃ，８９Ｃ，９０Ｃを形成してい
る。各燃料ガス分岐路はそれぞれバルブ８８Ｄ，８９
Ｄ，９０Ｄを備えており、これらのバルブは制御部７０
からの駆動信号によって開閉状態が制御され、バルブが
開状態となっている燃料ガス分岐路に対応する位置に開
口しているセルだけが改質ガスの供給を受けることがで
きる。
【０１１０】第５実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｄを備え
る燃料電池システムでは第４実施例と同様に、燃料改質
装置３０が運転されている間、制御部７０において、図
７に示す触媒量制御処理ルーチンと同様の処理が所定時
間ごとに実行される。ここでは、第１実施例と同様に、
ガス流量センサ３７が検出したガス流量に基づいてガス
流量をレンジ１ないしレンジ３に分類し、その結果に応
じて開状態とするバルブの数を１ないし３に制御して、
一酸化炭素選択酸化反応に関わる触媒量を増減する。
【０１１１】以上のように構成された第４および第５実
施例のＣＯ選択部によれば、第１実施例と同様に、より
最適条件に近い空間速度で一酸化炭素の選択酸化反応を
行なうことができるため、充分に一酸化炭素濃度を低減
した燃料ガスを得ることができる。すなわち、供給され
る改質ガス流量に応じて使用するハニカムチューブのセ
ルの数（使用する触媒量）を増減するため、用いる触媒
量が最適条件よりも過剰となる場合であっても、逆シフ
ト反応で生じる一酸化炭素を許容可能な微量に抑えるこ
とができる。また、用いる触媒量が最適条件よりも不足
する場合であっても、酸化されずに残留する一酸化炭素
を許容可能な微量とすることができる。また、第４およ
び第５実施例のＣＯ選択酸化部では、反応室を３段階に
分割して利用可能な構成としたが、この分割の数は、２
あるいは４以上であってもかまわない。
【０１１２】以上説明した第１ないし第５実施例では、
一酸化炭素選択触媒を備える反応室を分割可能な構成と
し、供給される改質ガス量に応じて一酸化炭素の酸化に
利用する反応室内の領域を増減することによって、供給
される改質ガス量と触媒量との関係を最適状態に近づ
け、一酸化炭素の酸化反応の不足や逆シフト反応の進行
によって一酸化炭素濃度が上昇してしまうのを防ぐ構成
としていた。以下に示す第６実施例のＣＯ選択酸化部３
４Ｅでは、一酸化炭素選択酸化部の内部温度を制御する
ことによって改質ガス中の一酸化炭素濃度の上昇を防
ぐ。なお、このＣＯ選択酸化部３４Ｅは、第１実施例の
燃料電池システム１０と同様の燃料電池システム１０Ｅ
に備えられているものとする。まず最初に、第６実施例
のＣＯ選択酸化部３４Ｅの説明に先立って、ＣＯ選択酸
化部の内部温度と改質ガス中の一酸化炭素濃度との関係
について説明する。
【０１１３】図１５は、白金坦持アルミナペレットを充
填したＣＯ選択酸化装置において、一酸化炭素を含有す
る水素リッチガスが供給される入り口部から、一酸化炭
素濃度低減反応が行なわれた後に排出される出口部にわ
たって、ガス中の一酸化炭素濃度をガスの流れる方向に
沿って表わす説明図である。ここでは、一定の空間速度
の下で、この一酸化炭素選択酸化反応を行なう温度を３
段階に変化させた場合について表わしている。図１５に
示すように、ＣＯ選択酸化装置に供給されたガス中の一
酸化炭素濃度は、一酸化炭素選択酸化触媒の働きによっ
て次第に低下するが、一酸化炭素の酸化反応が終了した
後は、再び一酸化炭素濃度が上昇する。このような一酸
化炭素濃度の上昇は、既述したように、（８）式に示す
逆シフト反応に起因している。ここで、一酸化炭素選択
酸化反応および逆シフト反応と温度との関係について説
明する。
【０１１４】図１６は、図１５に示す反応に用いたのと
同様のＣＯ選択酸化部に対して、一酸化炭素を含まない
モデルガス（Ｈ2 =７５％、ＣＯ2 =２５％）を供給し、
種々の触媒温度について出口部から排出されるガス中の
一酸化炭素濃度を調べた結果を表わす。モデルガスは一
酸化炭素を含有していないため、排出されるガス中に含
まれる一酸化炭素はすべて逆シフト反応によって生じた
ものであると考えることができる。図１６のグラフで
は、触媒温度が高くなるに従って排出されるガス中の一
酸化炭素濃度も上昇しており、このことから、逆シフト
反応は高温ほど起こりやすいと考えられる。
【０１１５】図１７は、図１６で用いたのと同様のＣＯ
選択酸化部に対して、一酸化炭素を含有するモデルガス
（ＣＯ＝０．５％、ＣＯ2 ＝２５％、Ｈ2 ＝７４．５
％）を供給し、種々の触媒温度について出口部から排出
されるガス中の酸素残存率を調べた結果を表わす。この
モデルガスの組成は、燃料電池システム１０Ｅが備える
改質部３２と同等の改質装置によってメタノール改質を
行なったときに得られる改質ガスの組成と略同一のもの
である。さらに、実験の条件を燃料電池システム１０の
運転状態に近づけるため、供給するモデルガスには６０
℃のバブラーによって水を付加し、水蒸気改質によって
生成した改質ガスの状態にモデルガスを近づけた。この
モデルガスをＣＯ選択酸化部に供給する際には、
［Ｏ2 ］／［ＣＯ］のモル比が値３となる量の酸素を含
有する空気を予め混合した上でＣＯ選択酸化部に供給し
ている。ここで、酸素残存率とは、［排出ガス中のＯ2
濃度］／［供給ガス中のＯ2 濃度］の値を表わす。供給
ガス中の酸素は、そのほとんどが一酸化炭素の酸化反応
に用いられるため、酸素残存率を求めることによって一
酸化炭素選択酸化反応の活性を知ることができる。図１
７に示すように、酸素残存率は触媒温度が高くなるほど
減少しており、このことから、一酸化炭素の酸化活性は
高温ほど高くなると考えることができる。
【０１１６】以上説明したように、逆シフト反応も一酸
化炭素選択酸化反応も共に触媒温度が高いほど活性が上
昇し、また、ＣＯ選択酸化部の通常の運転温度では、逆
シフト反応に比べて一酸化炭素選択酸化反応の方がはる
かに反応速度が速いため、図１５に示した結果が得られ
ることになる。すなわち、ＣＯ選択酸化部の内部温度が
高いほど一酸化炭素の選択酸化反応が早く終了し、一酸
化炭素の酸化反応が終了して酸素が使い果たされた後
は、ＣＯ選択酸化部の内部温度が高いほど逆シフト反応
により多くの一酸化炭素が生成される。従って、ＣＯ選
択酸化装置の内部温度が低いほど一酸化炭素の酸化反応
が終了する位置が出口よりとなり、温度が高いほど一酸
化炭素の酸化反応が終了する位置が入り口よりとなる。
【０１１７】第６実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｅは、上
記した性質を利用し、供給されたガス量に応じてＣＯ選
択酸化部３４Ｅの内部温度を制御することによって、一
酸化炭素の酸化反応が終了する位置を出口部に近づけ、
酸化されずに残った一酸化炭素量および逆シフト反応で
生じた一酸化炭素量を抑える構成となっている。図１８
は、第６実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｅと同じ構成を有
するＣＯ選択酸化部に対して上記一酸化炭素を含有する
モデルガスを供給する際、供給するガス量を変えて、一
酸化炭素の酸化反応が終了する位置がちょうどＣＯ選択
酸化部の出口部付近となるときの触媒温度を調べた結果
である。本実施例の燃料電池システム１０は、その制御
部７０に図１８に示した結果を記憶しており、これに基
づいて、供給されるガス量に応じてＣＯ選択酸化部３４
Ｅの内部温度を昇降している。以下に、ＣＯ選択酸化部
３４Ｅの内部温度を制御する際に行なわれる動作につい
て説明する。図１９は、ＣＯ選択酸化部３４Ｅの内部温
度を制御する際に実行される触媒温度制御処理ルーチン
を表わすフローチャートである。
【０１１８】第６実施例の燃料改質装置３０の運転が開
始されると、制御部７０において、図１９に示す触媒量
制御処理ルーチンが所定時間ごとに実行され、ＣＯ選択
酸化部３４Ｅの内部温度が供給される改質ガス量に適し
たものとなるように制御される。ここでは、本ルーチン
は、１００ｍｓｅｃごとに実行することとした。
【０１１９】本ルーチンが実行されると、ＣＰＵ７２
は、まず、ガス流量センサ３７により検出された改質ガ
ス流量を読み込む（ステップＳ３００）。次に、読み込
んだガス流量に対応するＣＯ選択酸化部３４Ｅの内部温
度を算出する（ステップＳ３１０）。既述したように、
ＲＯＭ７４には予め、図１８に示したガス流量と触媒温
度との関係が記憶されているため、これを参照すること
によってガス流量に適したＣＯ選択酸化部３４Ｅの内部
温度が求められる。
【０１２０】ＣＯ選択酸化部３４Ｅの内部温度が算出さ
れると、次に、求めたＣＯ選択酸化部３４Ｅに対応する
バルブ１６Ｂの解放状態を算出する（ステップＳ３２
０）。既述したように、ＣＯ選択酸化部３４Ｅの内部温
度は、第１分岐路１６を経由するメタノールおよび水か
らなる原燃料の流量によって調節されるため、ステップ
Ｓ３２０では、ＣＯ選択酸化部３４Ｅの内部温度がステ
ップＳ３１０で求めた温度になるときの原燃料の流量に
対応するバルブ１６Ｂの解放状態が求められる。ステッ
プＳ３２０でバルブ１６Ｂの解放状態を求めると、これ
を現在のバルブ１６Ｂの解放状態と比較して偏差を算出
し（ステップＳ３３０）、さらに、バルブ１６Ｂの解放
状態をこの偏差分だけ増減するために要するバルブ１８
Ｂの駆動量を算出する（ステップＳ３４０）。ここで、
ステップＳ３４０で算出した駆動量に対応する駆動信号
をバルブ１６Ｂに対して出力して（ステップＳ３５０）
本ルーチンを終了するが、このようにバルブ１６Ｂを駆
動することによって、ＣＯ選択酸化部３４Ｅの内部温度
はステップＳ３１０で算出した温度となる。
【０１２１】以上のように構成された第６実施例のＣＯ
選択酸化部３４Ｅによれば、供給される改質ガス流量に
応じてＣＯ選択酸化部３４Ｅの内部温度を昇降し、ＣＯ
選択酸化部３４Ｅの出口部付近で一酸化炭素選択酸化反
応が終了するよう制御するため、一酸化炭素の酸化反応
を充分に行なうことができるとともに逆シフト反応を抑
えることができ、燃料ガス中の一酸化炭素濃度を充分に
低減することができる。
【０１２２】なお、上述した第１ないし第６実施例で
は、ガス流量センサ３７が検出した改質ガス流量に基づ
いて一酸化炭素選択酸化触媒量または触媒温度を制御す
る構成としたが、実際には、排出されるガス中の一酸化
炭素濃度は、供給されるガス流量だけでなく供給される
ガス中の一酸化炭素濃度の影響を受ける。すなわち、供
給されるガス中の一酸化炭素の絶対量によって最適な触
媒量および触媒温度が定まる。したがって、想定される
燃料電池システムの運転条件において、負荷の変動など
に伴って、改質部３２から供給される改質ガス中の一酸
化炭素濃度が変動することが予想される場合には、ガス
流量センサ３７が検出した改質ガス流量の値に加えて、
一酸化炭素センサ４０が検出した改質ガス中の一酸化炭
素濃度に基づいて上記制御を行なうことが望ましい。も
とより、改質ガス中の一酸化炭素濃度の変動が許容でき
る範囲であるならば、改質ガス流量だけに基づいて制御
を行なうこととすればよい。
【０１２３】上記第６実施例では、供給される改質ガス
流量に応じてＣＯ選択酸化部３４Ｅの内部温度を制御し
たが、供給される改質ガス量に代えて、ＣＯ選択酸化部
内部の一酸化炭素の濃度変化に対応してＣＯ選択酸化部
の内部温度を制御することとしてもよい。このような構
成を第７実施例として以下に示す。図２０は、第７実施
例のＣＯ選択酸化部３４Ｆの構成を表わす説明図であ
る。このＣＯ選択酸化部３４Ｆは、既述した第１実施例
と同様の構成を有する燃料電池システム１０Ｆに備えら
れており、燃料電池システムに関する詳しい説明は省略
する。
【０１２４】ＣＯ選択酸化部３４Ｆは、白金触媒坦持ア
ルミナペレットを充填した反応室９１を有しており、そ
の内部には一酸化炭素センサ９２，９３を備えている。
この一酸化炭素センサ９２，９３は、既述した一酸化炭
素センサ４０と同様の構成を有しており、ＣＯ選択酸化
部３４内を通過する改質ガスを既述したセンサ内の電極
４２側に供給することによって、改質ガス中のそれぞれ
の取り付け位置における一酸化炭素濃度を測定してい
る。ここで、一酸化炭素センサ９３は反応室９１の出口
部に取り付けられており、一酸化炭素センサ９２はこれ
よりも入り口部側に設けられている。
【０１２５】ここで、反応室９１の出口部に設けた一酸
化炭素センサ９３によって、ＣＯ選択酸化部３４Ｆから
排出されるガス中の一酸化炭素濃度を知ることはできる
が、この結果だけでは、排出されるガス中の一酸化炭素
濃度が高い場合に、これが一酸化炭素の酸化反応の不足
によるものか酸化反応終了後の逆シフト反応によるもの
かを判断することができない。本実施例のＣＯ選択酸化
部３４Ｆでは、反応室９１の出口部の他にもう１カ所に
一酸化炭素センサを設けることによって、排出されるガ
ス中の一酸化炭素濃度が高い場合に一酸化炭素の酸化反
応不足によるのか逆シフト反応によるのかの判断を可能
にしている。すなわち、一酸化炭素センサ９２の値が出
口部よりも大きい場合には、一酸化炭素濃度は出口部に
向かって減少していることから一酸化炭素酸化反応が不
足であると考えられる。逆に、一酸化炭素センサ９２の
値が出口部よりも小さい場合には、一酸化炭素濃度は出
口部に向かって増加していることから、排出されるガス
中の一酸化炭素は逆シフト反応に起因するものであると
考えられる。一酸化炭素酸化反応が不足する場合には反
応室９１の温度を上昇させる制御を行ない、逆シフト反
応が進行している場合には反応室９１の温度を低下させ
る制御を行なう。これによって、反応室９１の出口部付
近で一酸化炭素酸化反応が終了する条件に近づけること
が可能となる。
【０１２６】以下に、反応室９１を通過する改質ガス中
の一酸化炭素の濃度変化を基に、ＣＯ選択酸化部３４Ｆ
内部の温度を制御する際の動作について説明する。図２
１は、ＣＯ選択酸化部３４Ｆの内部温度を制御する際に
実行される触媒温度制御処理ルーチンを表わすフローチ
ャートである。
【０１２７】第７実施例の燃料改質装置３０の運転が開
始されると、制御部７０において、図２１に示す触媒量
制御処理ルーチンが所定時間ごとに実行され、改質ガス
中の一酸化炭素濃度が充分に低減されるようＣＯ選択酸
化部３４Ｆの内部温度が制御される。ここでは、本ルー
チンは、１００ｍｓｅｃごとに実行することとした。
【０１２８】本ルーチンが実行されると、ＣＰＵ７２
は、まず、一酸化炭素センサ９２，９３により検出され
た改質ガス中の一酸化炭素濃度の値Ｄ1 ，Ｄ2 を読み込
む（ステップＳ４００）。次に、読み込んだ一酸化炭素
濃度の内、反応室９１の出口部の濃度であるＤ2 を予め
設定しておいた基準値Ｄ0 と比較する（ステップＳ４１
０）。Ｄ2 の値がＤ0 の値よりも小さい場合には、現在
の反応室９１の温度で充分に一酸化炭素の低減が行なわ
れていると判断されて本ルーチンを終了する。
【０１２９】ステップＳ４１０において、Ｄ2 の値がＤ
0 の値よりも大きい場合には、引き続きＤ2 の値とＤ1
の値との比較を行なう（ステップＳ４２０）。Ｄ2 の値
よりもＤ1 の値の方が大きい場合には、反応室９１で進
行する一酸化炭素の酸化反応が不足していると判断され
るため、バルブ１６Ｂの解放状態がΔＳ２減少するよう
に駆動信号をバルブ１６Ｂに対して出力する（ステップ
Ｓ４４０）。これによって、ＣＯ選択酸化部３４Ｆの周
囲を循環して熱交換を行なう原燃料の流量が減少するた
め、反応室９１の温度は所定量だけ上昇する。一方、Ｄ
2 の値よりもＤ1 の値の方が小さい場合には、反応室９
１で過剰の逆シフト反応が進行していると判断されるた
め、バルブ１６Ｂの解放状態がΔＳ１増加するように駆
動信号をバルブ１６Ｂに対して出力する（ステップＳ４
３０）。これによって、ＣＯ選択酸化部３４Ｆの周囲を
循環して熱交換を行なう原燃料の流量が増加するため、
反応室９１の温度は所定量低下する。
【０１３０】バルブ１６Ｂに駆動信号を出力することに
よってＣＯ選択酸化部３４Ｅの内部温度を昇降すると、
次に、再び一酸化炭素センサ９２，９３により検出され
た改質ガス中の一酸化炭素濃度の値Ｄ1 ，Ｄ2 を読み込
む（ステップＳ４５０）。ここでもう一度Ｄ2 の値を基
準値Ｄ0 と比較する（ステップＳ４６０）。Ｄ2 の値が
基準値Ｄ0 以下であれば、反応室９１の内部は充分に一
酸化炭素濃度を低減可能な温度になったものと判断され
て本ルーチンを終了する。
【０１３１】ステップＳ４６０において、Ｄ2 の値が基
準値Ｄ0 を上回った場合には、ステップＳ４２０に戻っ
てＤ1 の値とＤ2 の値とを比較し、その結果に応じてバ
ルブ１６Ｂに対して駆動信号を出力し、Ｄ2 の値が基準
値Ｄ0 を下回るよう制御する。
【０１３２】なお、上記した説明においては、反応室９
１の温度を昇降する際にバルブ１６Ｂの解放状態をΔＳ
１およびΔＳ２ずつ増減する構成としたが、この値は、
原燃料の流量変化に対する反応室９１の内部温度の反応
性に基づいて、原燃料の流量が変化してから実際に反応
室９１の内部温度が変化するまでの遅れ時間などに応じ
て定めることとする。本実施例では、バルブ１６Ｂの解
放状態をΔＳ１およびΔＳ２ずつ増減することによっ
て、反応室９１の内部温度が約５℃ずつ昇降するように
ΔＳ１およびΔＳ２の値を定めた。
【０１３３】以上のように構成された第７実施例のＣＯ
選択酸化部３４Ｆによれば、ＣＯ選択酸化部３４Ｆから
排出されるガス中の一酸化炭素濃度が充分に低減されて
いない場合に、反応室９１内部での一酸化炭素濃度の低
減状態に応じてＣＯ選択酸化部３４Ｆの内部温度を昇降
するため、ＣＯ選択酸化部３４Ｆの内部温度を速やかに
望ましい温度とし、反応室９１の出口部付近で一酸化炭
素の酸化反応が終了するよう制御することができる。従
って、ＣＯ選択酸化部３４Ｆから排出されるガス中の一
酸化炭素濃度を極めて低くすることができる。
【０１３４】第７実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｆでは、
一酸化炭素センサを出口部とこれより上流部との２カ所
に設けたが、複数の一酸化炭素センサを他の場所に設け
ることとしてもよい。すなわち、任意の複数箇所におい
て一酸化炭素濃度を測定することで反応室内部における
一酸化炭素濃度変化の傾きを知ることができ、これによ
って、一酸化炭素の低減状態と共に出口部濃度を予測す
ることが可能となり、その結果に従って上記実施例と同
様にＣＯ選択酸化部内部の温度制御ができる。なお、本
実施例のように、一酸化炭素センサを設ける場所のうち
一カ所を出口部とするならば、ＣＯ選択酸化部から排出
されるガス中の一酸化炭素濃度を直接知ることができる
ためより精度の高い制御を行なうことができる。
【０１３５】以上説明した第１ないし第７実施例のＣＯ
選択酸化部では、一酸化炭素選択酸化触媒として白金触
媒を用いたが、充分な一酸化炭素選択酸化触媒活性を有
していれば他種の触媒を用いることとしてもよい。例え
ば、白金の他、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、
金、銅、ニッケルなどの金属を用いることができる。こ
れらの触媒から、１種類あるいは２種類以上を選択し、
所定の坦体に坦持させて用いる。坦体としては、上記実
施例で用いたアルミナの他、ジルコニア、酸化鉄、酸化
亜鉛、酸化チタン、酸化コバルト、ゼオライト、酸化ケ
イ素、酸化スズ、水酸化マグネシウムなどを、１種類あ
るいは２種類以上を組み合わせて用いることができる。
それぞれ、選択した触媒金属および坦体の組み合わせに
応じて、適した反応温度が定められる。
【０１３６】上記第１ないし第７実施例では、触媒量お
よび触媒温度を調節することによって、ＣＯ選択酸化部
の出口部付近で一酸化炭素選択酸化反応が終了するよう
に制御を行ない、逆シフト反応の進行を抑える構成とし
たが、逆シフト反応によって生じた一酸化炭素を消費す
ることによって、燃料改質装置３０から排出される改質
ガス中の一酸化炭素濃度を低減することも可能である。
以下に、第８実施例として、改質ガス中の一酸化炭素を
メタン化することによって改質ガス中の一酸化炭素濃度
を低減する構成を示す。
【０１３７】図２２は、燃料電池システム１０Ｇの構成
を例示するブロック図である。燃料電池システム１０Ｇ
は、第１実施例の燃料電池システム１０と同様の構成に
加えて、ＣＯ選択酸化部３４の下流にメタン化部９４を
備えている。メタン化部９４は、メタン化触媒であるル
テニウム触媒を坦持したアルミナペレットを内部に充填
している。第８実施例の燃料電池システム１０Ｇでは、
ＣＯ選択酸化部３４から供給された改質ガスは、メタン
化部９４においてメタン化反応に供され、一酸化炭素の
メタン化を行なった上で燃料ガスとして燃料電池２０に
供給される。このメタン化部９４に対してＣＯ選択酸化
部３４から改質ガスを供給する流路には、ガス流量セン
サ３７Ｂおよび一酸化炭素センサ４０Ｂが設けられてい
る。これらは、ＣＯ選択酸化部３４の上流に設けられた
ガス流量センサ３７および一酸化炭素センサ４０と同様
の構造を有しており、検出信号を制御部７０に入力可能
となっている。
【０１３８】メタン化部９４は、ＣＯ選択酸化部３４と
同様に、その外周部にメタノールおよび水からなる原燃
料が流れる流路を備えている。この流路は、原燃料供給
路１７から第１分岐路１６が分岐するのと同じ位置から
分岐する第２分岐路１９によって形成されている。メタ
ン化部９４で進行する一酸化炭素のメタン化反応は発熱
反応であるが、メタン化部９４では、ＣＯ選択酸化部３
４と同様に原燃料を循環させることによって内部を冷却
し、メタン化部９４の内部温度をメタン化反応に適した
温度範囲に保っている。原燃料供給路１７から分岐する
第２分岐路１９はバルブ１９Ｂを有し、このバルブの開
放状態を制御することによって原燃料の流量を増減して
おり、原燃料の流量を増減することでメタン化部９４の
内部温度が調節可能となっている。
【０１３９】ここでまず、メタン化部９４内で進行する
メタン化反応について説明する。メタン化部９４内で
は、以下の（９）式に示すメタン化反応によって一酸化
炭素のメタン化が行なわれる。
【０１４０】 ＣＯ ＋ ３Ｈ2 → ＣＨ4 ＋ Ｈ2Ｏ …（９）
【０１４１】図２３は、モデルガスを用いてメタン化反
応と温度との関係を調べた結果を表わす。メタン化部９
４と同様の構造のメタン化装置（触媒容量１０ｍｌ）に
対して、モデルガス（Ｈ2 ガス中ＣＯ濃度１０００ｐｐ
ｍ）を空間速度５０００ｈ-1にて供給し、メタン化装置
から排出されるガス中の一酸化炭素濃度およびメタン濃
度を種々の触媒温度に対して調べたものである。この結
果から、（９）式に示したメタン化反応は触媒温度が高
いほど活性が上昇することが分かる。なお、実際のメタ
ン化部９４においては、（９）式に示した一酸化炭素の
メタン化反応に加えて、以下に示す（１０）式の二酸化
炭素のメタン化反応も進行する。
【０１４２】 ＣＯ2 ＋ ４Ｈ2 → ＣＨ4 ＋ ２Ｈ2Ｏ …（１０）
【０１４３】この二酸化炭素のメタン化反応もまた高温
ほど活性が上昇するが、これらのメタン化反応が起こる
とメタンの生成と共に改質ガス中の水素が消費されてし
まう。したがって、燃料電池２０に供給する燃料ガス中
の水素分圧の低下を抑えるためには、メタン化触媒の温
度を、一酸化炭素を充分にメタン化できる範囲内で、で
きるだけ低く設定することが望ましい。図２４は、一酸
化炭素濃度が所定の範囲内で変化するときの、一酸化炭
素を充分にメタン化可能であって水素分圧の低下が許容
範囲となる触媒温度の限界値（最適値）を表わすグラフ
である。第８実施例の燃料電池システム１０Ｇは、制御
部７０に、図２４に示した情報を記憶している。実際に
は、上記触媒温度の最適値は、供給される改質ガス中の
一酸化炭素濃度だけでなく改質ガス流量によっても変化
するものであるため、制御部７０は、予測される運転条
件下での、改質ガス中の一酸化炭素濃度および改質ガス
流量の全範囲にわたって、上記触媒温度の最適値をマッ
プとして記憶している。メタン化部９４の内部温度を制
御する際には、既述したガス流量センサ３７Ｂおよび一
酸化炭素センサ４０Ｂから入力した検出信号と、上記触
媒温度の最適値のマップとを基に、メタン化部９４の内
部温度を決定する。
【０１４４】なお、白金触媒を充填したＣＯ選択酸化部
３４における一酸化炭素選択酸化反応の最適温度範囲は
１００〜１６０℃であり、この温度範囲は図２３に示し
たメタン化触媒が有効に働く温度範囲に含まれる。従っ
て、発熱反応が進行するメタン化部９４では、既述した
原燃料を循環させて熱交換を行なうだけで充分に温度制
御を行なうことができる。すなわち、内部温度を低下さ
せたいときには原燃料の流量を増加させて冷却を進めれ
ばよく、内部温度を昇温したいときには原燃料の流量を
減らすことによって、内部で進行するメタン化反応で生
じる熱量を利用して内部温度を速やかに上昇させること
ができる。
【０１４５】次に、メタン化部９４の内部温度を制御す
る際に行なわれる動作について説明する。図２５は、メ
タン化部９４の内部温度を制御する際に実行されるメタ
ン化触媒温度制御処理ルーチンを表わすフローチャート
である。
【０１４６】第８実施例の燃料改質装置３０の運転が開
始されると、制御部７０において、図２５に示すメタン
化触媒量制御処理ルーチンが所定時間ごとに実行され、
メタン化部９４の内部温度が供給される改質ガス量およ
び改質ガス中の一酸化炭素濃度に適したものとなるよう
に制御される。ここでは、本ルーチンは、１００ｍｓｅ
ｃごとに実行することとした。
【０１４７】本ルーチンが実行されると、ＣＰＵ７２
は、まず、ガス流量センサ３７Ｂにより検出された改質
ガス流量を読み込むとともに（ステップＳ５００）、一
酸化炭素センサ４０Ｂにより検出された改質ガス中の一
酸化炭素濃度を読み込む（ステップＳ５１０）。次に、
読み込んだガス流量および一酸化炭素濃度に対応するメ
タン化部９４の内部温度を算出する（ステップＳ５２
０）。既述したように、ＲＯＭ７４には予め、改質ガス
中の一酸化炭素濃度および改質ガス流量の全範囲にわた
って、対応する触媒温度の最適値がマップとして記憶さ
れているため、このマップを参照することによってメタ
ン化部９４の内部温度が決定される。
【０１４８】メタン化部９４の内部温度が算出される
と、次に、求めたメタン化部９４の内部温度に対応する
バルブ１９Ｂの解放状態を算出する（ステップＳ５３
０）。既述したように、メタン化部９４の内部温度は、
第２分岐路１９を経由するメタノールおよび水からなる
原燃料の流量によって調節されるため、ステップＳ５３
０では、メタン化部９４の内部温度がステップＳ５２０
で求めた温度になるときの原燃料の流量に対応するバル
ブ１９Ｂの解放状態が求められる。ステップＳ５３０で
バルブ１９Ｂの解放状態を求めると、これを現在のバル
ブ１９Ｂの解放状態と比較して偏差を算出し（ステップ
Ｓ５４０）、さらに、バルブ１９Ｂの解放状態をこの偏
差分だけ増減するために要するバルブ１９Ｂの駆動量を
算出する（ステップＳ５５０）。ここで、ステップＳ５
５０で算出した駆動量に対応する駆動信号をバルブ１９
Ｂに対して出力して（ステップＳ５６０）本ルーチンを
終了するが、このようにバルブ１９Ｂを駆動することに
よって、メタン化部９４の内部温度はステップＳ５２０
で算出した温度となる。
【０１４９】以上のように構成された第８実施例の燃料
電池システム１０Ｇによれば、ＣＯ選択酸化部３４で一
酸化炭素濃度を低減した改質ガスをさらにメタン化部９
４に供給し、改質ガスに残存する一酸化炭素のメタン化
を行なって燃料ガスとするため、極めて一酸化炭素濃度
の低い燃料ガスを燃料電池に供給することができるとい
う効果を奏する。このようなメタン化部を設けることに
よって、ＣＯ選択酸化部で改質ガス中の一酸化炭素濃度
を低減する際に、一酸化炭素の酸化反応の不足や逆シフ
ト反応の過度の進行に起因して、改質ガス中の一酸化炭
素濃度の低下が不十分となった場合であっても、燃料ガ
ス中の一酸化炭素濃度は充分に低くすることができる。
また、メタン化部９４をＣＯ選択酸化部とは別体で設け
たことにより、ＣＯ選択酸化部３４とメタン化部９４と
をそれぞれ別々に最適温度に制御することが可能とな
り、一酸化炭素の選択酸化反応とメタン化反応との両方
を非常に高い効率で行なうことができる。
【０１５０】なお、本実施例では、メタン化触媒である
ルテニウム触媒をアルミナペレットに坦持させる構成と
したが、ハニカムチューブなどの基材表面にメタン化触
媒を坦持させることとしてもよい。また、本実施例の燃
料電池システム１０Ｇが備えるＣＯ選択酸化部３４は、
第１実施例のＣＯ選択酸化部３４と同様の構成とした
が、第２ないし第７いずれかの実施例と同様のＣＯ選択
部と同様の構成とするなど、異なる構成のＣＯ選択酸化
部を備えることとしてもよい。
【０１５１】以上説明した第８実施例の燃料電池システ
ム１０Ｇでは、ＣＯ選択酸化部の下流にメタン化部を設
ける構成としたが、一酸化炭素の選択酸化反応と一酸化
炭素のメタン化反応とを同時に行なうこととしてもよ
い。このような構成を第９実施例として以下に説明す
る。図２６は、第９実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｈの構
成を表わす説明図である。ＣＯ選択酸化部３４Ｈは、一
酸化炭素の選択酸化触媒である白金触媒を坦持したアル
ミナペレットと共に、メタン化触媒であるルテニウム触
媒を坦持したアルミナペレットを内部に充填している。
なお、ＣＯ選択酸化部３４Ｈは、第１実施例の燃料電池
システム１０と同様の構成を有する燃料電池システム１
０Ｈに備えられているものとする。
【０１５２】既述したように、ルテニウムからなるメタ
ン化触媒は１００℃以上で有効なメタン化活性を示し、
白金からなる一酸化炭素選択酸化触媒は１００〜１６０
℃で最適温度となるため、ＣＯ選択酸化部３４Ｈでは、
第６実施例と同様の一酸化炭素の選択酸化反応のための
温度制御を行なうだけで、同時にメタン化反応を充分な
効率で進行させることができる。第９実施例のＣＯ選択
酸化部３４Ｈでは、第６実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｅ
と同様に、供給される改質ガスの流量に基づいて一酸化
炭素選択酸化触媒の温度、すなわちＣＯ選択酸化部３４
Ｈの内部温度を決定することとしたが、もとより、第１
ないし第５実施例の様に、ＣＯ選択酸化部の反応室を分
割し、改質ガス流量などに応じて、メタン化触媒を混在
する一酸化炭素選択酸化触媒の量を増減することとして
もよい。第３ないし第５実施例の様にハニカムチューブ
によって反応室を形成する場合には、ハニカムチューブ
の表面に白金とルテニウムとを所定の割合で坦持させる
ことによってＣＯ選択酸化部３４Ｈを形成することとす
ればよい。
【０１５３】以上のように構成した第９実施例のＣＯ選
択酸化部３４Ｈによれば、一酸化炭素選択酸化反応と同
時に一酸化炭素のメタン化反応を行なうため、メタン化
反応によっても一酸化炭素濃度を低減することができ、
一酸化炭素濃度が極めて低い燃料ガスを得ることができ
る。
【０１５４】図２６に示したＣＯ選択酸化部３４Ｈは、
一酸化炭素選択酸化触媒とメタン化触媒とを均一に混合
する構成としたが、ＣＯ選択酸化部の出口部においてメ
タン化触媒の割合を高くする構成も好適である。図２７
に、このような構成のＣＯ選択酸化部３４Ｉを示す。Ｃ
Ｏ選択酸化部３４Ｉは、ＣＯ選択酸化部３４Ｈと同様
に、白金触媒を坦持するアルミナペレットとルテニウム
触媒を坦持するアルミナペレットを充填しているが、そ
の出口部側ほどルテニウム触媒を坦持するアルミナペレ
ットの割合が高くなっている。
【０１５５】ここでＣＯ選択酸化部３４Ｉは、上記した
ように触媒を坦持したペレットを反応室内に充填する構
成としたが、第１ないし第５実施例の様に、ＣＯ選択酸
化部の反応室を分割し、各反応室の出口部においてメタ
ン化触媒の割合を高めることとしてもよい。第３ないし
第５実施例の様にハニカムチューブによって反応室を形
成する場合には、ハニカムチューブの出口部の基材表面
において、白金よりもルテニウムを高い割合で坦持させ
ることとすればよい。
【０１５６】このような構成とすれば、一酸化炭素選択
酸化反応の不足によって残存する一酸化炭素や、一酸化
炭素選択酸化反応の終了後に進行する逆シフト反応によ
って生じた一酸化炭素を、効果的に消費することができ
る。さらに、ＣＯ選択酸化部３４Ｉでは、メタン化触媒
はその出口部付近において割合が高くなっているため、
一酸化炭素選択酸化反応が充分に進行している領域では
メタン化反応の活性は抑えられており、メタン化反応で
消費される水素量を抑えることができる。
【０１５７】上記第８および第９実施例では、メタン化
触媒としてルテニウムを用いたが、ニッケルなど他種の
メタン化触媒を用いることとしてもよい。また、一酸化
炭素選択酸化触媒も、既述したように白金以外の触媒を
用いることとしてもよい。特に、一酸化炭素選択酸化活
性とメタン化活性とを併せ持つ触媒を用いる場合には、
触媒を２種類用意する必要がなく、一酸化炭素選択酸化
反応と共に一酸化炭素のメタン化を行なうことが可能と
なる。このような構成を第１０実施例として以下に説明
する。
【０１５８】第１０実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｊは、
ルテニウム触媒を坦持したアルミナペレットを内部に充
填しており、第１実施例と同様の燃料電池システム１０
Ｊに備えられている。このルテニウム触媒は、一酸化炭
素選択酸化活性と共にメタン化活性をも有している。以
下に、このルテニウム触媒の性質について説明する。図
２８は、ルテニウム触媒と白金触媒について、一酸化炭
素酸化活性およびメタン化活性を比較した結果を表わ
す。ここでは、第１０実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｊと
同様に、容積１０ｍｌのＣＯ選択酸化装置内にそれぞれ
の触媒を坦持したアルミナペレットを充填し、モデルガ
ス（Ｈ2 ＝７５％、ＣＯ2 ＝２５％）を６０℃のバブラ
ーにて加湿した上で、空間速度５０００ｈ-1にてそれぞ
れのＣＯ選択酸化装置内を通過させ、排出されたガス中
の一酸化炭素およびメタンの濃度を調べた。
【０１５９】図２８から分かるように、ルテニウム触媒
も白金触媒も共に、触媒温度が高くなるほど排出される
ガス中の一酸化炭素濃度が上昇しており、逆シフト反応
が進行していることが分かる。ただし、ルテニウム触媒
の方が生じる一酸化炭素量は少ない。また、ルテニウム
触媒を用いた場合には、触媒温度が高くなるほど排出さ
れるガス中のメタン濃度が上昇しており、メタン化反応
が進行していることが分かる。このとき、白金触媒を用
いる場合にはメタンの生成は見られない。以上の結果か
ら、ルテニウム触媒は、逆シフト反応で生じた一酸化炭
素をメタン化することによって低減することができると
考えられる。第１０実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｊは、
このようなルテニウム触媒を備えることによって、改質
ガス中の一酸化炭素を選択酸化すると共に逆シフト反応
で生じた一酸化炭素をメタン化し、燃料ガス中の一酸化
炭素濃度の低減を図っている。
【０１６０】以上のように構成されたＣＯ選択酸化部３
４Ｊによれば、一種類の触媒を用いるだけで、改質ガス
中の一酸化炭素を選択酸化すると共にメタン化し、一酸
化炭素濃度の極めて低い燃料ガスを得ることができる。
すなわち、上記触媒は酸化活性と共にメタン化活性を有
するため、改質ガス中の一酸化炭素は酸化反応に加えて
メタン化反応にも供されることになり、改質ガス中の一
酸化炭素濃度は効果的に低減される。さらに、一酸化炭
素の選択酸化反応がＣＯ選択酸化部の出口部よりも上流
で終了してしまった場合にも、その後に進行する逆シフ
ト反応で生じる一酸化炭素はメタン化反応によって消費
されるため、ＣＯ選択酸化部からは一酸化炭素濃度が極
めて低いガスが排出される。
【０１６１】なお、第１０実施例のＣＯ選択酸化部３４
Ｊが備える触媒のように、一酸化炭素選択酸化活性と共
にメタン化活性を有する触媒を、第１ないし第５実施例
のＣＯ選択酸化部に備えさせる構成も好適である。すな
わち、触媒坦持ペレットを充填した反応室を複数に分割
したり、反応室をハニカムチューブで構成するなど、Ｃ
Ｏ選択酸化部を他の形状に形成しても、第１０実施例と
同様の効果を得ることができる。
【０１６２】また、上記ＣＯ選択酸化部３４Ｊではルテ
ニウム触媒を用いることとしたが、一酸化炭素選択酸化
活性と共にメタン化活性を有する触媒であれば、上記ル
テニウム触媒の他ニッケル触媒など他種の触媒を用いる
こととしてもよい。ここで、特にルテニウム触媒は、そ
の好適な温度範囲が１００〜１８０℃であり、この温度
範囲は、改質部における改質反応の好適な温度範囲およ
び燃料電池における電池反応の好適な温度範囲に近い。
従って、メタン化活性を備えた一酸化炭素選択酸化触媒
としてルテニウム触媒を利用する構成は、改質ガスおよ
び燃料ガスの温度制御のための構成を簡素化することが
できるという利点を有している。
【０１６３】以上説明した第８ないし第１０実施例の燃
料改質装置は、メタン化活性を有する触媒を備えること
によって、逆シフト反応のために一酸化炭素が生じた場
合にもこの一酸化炭素をメタン化反応で消費可能な構成
としたが、逆シフト反応で生じる一酸化炭素を酸化反応
によって消費する構成とすることもできる。すなわち、
ＣＯ選択酸化部に供給する改質ガスに対して、酸化反応
に必要な酸素を含有する酸化ガスを導入する際、供給さ
れる改質ガス中に含まれている一酸化炭素量に加えて、
ＣＯ選択酸化部内で進行する逆シフト反応によって発生
する一酸化炭素量をも考慮して、改質ガスに導入する酸
化ガス量を決定することとしてもよい。以下に第１１実
施例として、このような構成を備えたＣＯ選択酸化部３
４Ｋについて説明する。
【０１６４】第１１実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｋは、
第１実施例の燃料電池システム１０と同様の構成を備え
た燃料電池システム１０Ｋに備えられており、システム
に関する詳しい説明は省略する。ＣＯ選択酸化部３４Ｋ
は、図２９に示すように、白金触媒坦持アルミナペレッ
トを充填した反応室９５を内部に形成している。まず、
ＣＯ選択酸化部３４Ｋの制御の説明に先立って、ＣＯ選
択酸化部３４Ｋ内における一酸化炭素と酸素との関係に
ついて説明する。ＣＯ選択酸化部３４Ｋ内では、一酸化
炭素選択酸化反応と共に逆シフト反応が進行するが、既
述したように一酸化炭素選択酸化反応の方が逆シフト反
応よりも反応速度が速いため、酸素が使い果たされるま
では一酸化炭素濃度は下がる。一酸化炭素の選択酸化反
応が終了した後にＣＯ選択酸化部３４Ｋから排出される
ガス中で問題となる一酸化炭素は、酸素が使い果たされ
た後に進行する逆シフト反応によって生成されたもので
ある。従って、ＣＯ選択酸化部に供給する改質ガスに対
してさらに過剰の酸素を供給した場合には、ＣＯ選択酸
化部内で進行する逆シフト反応で生じた一酸化炭素をす
べて酸化することが可能となる。第１１実施例のＣＯ選
択酸化部３４Ｋは、供給される改質ガス量に応じて改質
ガスに導入する酸素量（酸化ガス量）を増減し、改質ガ
ス中に最初から含まれる一酸化炭素に加えて逆シフト反
応によって生成される一酸化炭素も酸化することによっ
て、排出するガス中の一酸化炭素濃度を低減する。
【０１６５】ここで、ＣＯ選択酸化部に供給される改質
ガス中には、逆シフト反応に関わる水素および二酸化炭
素が過剰量存在するため、逆シフト反応の速度は温度が
一定であれば一定となる。しかしながら、ＣＯ選択酸化
部に供給する改質ガス中に導入する酸素量を増大させる
と、改質ガス中の水素の酸化反応が活発化して酸素が水
素の酸化のためにも消費されるようになり、また、ＣＯ
選択酸化部内部において改質ガス中の酸素濃度が低下す
るに従って一酸化炭素の選択酸化活性は次第に低下す
る。このように、ＣＯ選択酸化部内を通過する改質ガス
中の一酸化炭素濃度を決める要因は一定ではないが、Ｃ
Ｏ選択酸化部３４Ｋに供給する改質ガス流量に応じて、
ＣＯ選択酸化部の出口部で一酸化炭素濃度が略ゼロとな
る酸素量の最小値を、再現性のある値として求めること
ができる。本実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｋは、供給す
る改質ガス流量と、上記したように一酸化炭素濃度を充
分に低減するために必要な最小量の酸化ガス量との関係
を制御部７０に記憶しており、この情報に基づいて改質
ガスに導入する酸化ガス量を決定して、改質ガス中の一
酸化炭素濃度の低減を図っている。
【０１６６】次に、ＣＯ選択酸化部３４Ｋの内部温度を
制御する際に行なわれる動作について説明する。図３０
は、ＣＯ選択酸化部３４Ｋの内部温度を制御する際に実
行される導入酸化ガス量制御処理ルーチンを表わすフロ
ーチャートである。
【０１６７】第１１実施例の燃料改質装置３０の運転が
開始されると、制御部７０において、図３０に示す導入
酸化ガス量制御処理ルーチンが所定時間ごとに実行さ
れ、改質ガスに導入される酸化ガス量が、ＣＯ選択酸化
部３４Ｋに供給される改質ガス量に適したものとなるよ
うに制御される。ここでは、本ルーチンは、１００ｍｓ
ｅｃごとに実行することとした。
【０１６８】本ルーチンが実行されると、ＣＰＵ７２
は、まず、ガス流量センサ３７により検出された改質ガ
ス流量を読み込む（ステップＳ６００）。次に、読み込
んだガス流量に対応する酸化ガス量を算出する（ステッ
プＳ６１０）。既述したように、ＲＯＭ７４には予め、
供給される改質ガスの流量の全範囲にわたって、対応す
る酸化ガス量の最適値（ＣＯ選択酸化部３４Ｋの出口部
での一酸化炭素濃度を略ゼロにする最小値）が記憶され
ているため、この情報を参照することによって導入する
酸化ガス量が決定される。
【０１６９】導入する酸化ガス量が算出されると、次
に、求めた酸化ガス量に対応するブロワ３８Ｂの駆動状
態を算出する（ステップＳ６２０）。既述したように、
改質ガスに導入する酸化ガス量は、ブロワ３８の駆動状
態によって調節されるため、ステップＳ６２０では、改
質ガスに導入される酸化ガス量がステップＳ６１０で求
めたガス量になるときのブロワ３８の駆動状態態が求め
られる。ステップＳ６２０でブロワ３８の駆動状態を求
めると、これを現在のブロワ３８の駆動状態と比較して
偏差を算出し（ステップＳ６３０）、さらに、ブロワ３
８の駆動状態をこの偏差分だけ増減するために要するブ
ロワ３８の駆動量を算出する（ステップＳ６４０）。こ
こで、ステップＳ６４０で算出した駆動量に対応する駆
動信号をブロワ３８に対して出力して（ステップＳ６５
０）本ルーチンを終了するが、このようにブロワ３８を
駆動することによって、改質ガスに導入される酸化ガス
量ははステップＳ６１０で算出したガス量となる。な
お、上記の説明では、酸化ガス量を決定する際に改質ガ
ス流量だけに基づいて決定したが、供給される改質ガス
中の一酸化炭素濃度が所定量以上変動することが予想さ
れる場合には、改質ガスの流量に加えて改質ガス中の一
酸化炭素濃度も考慮して導入する酸化ガス量を決定する
ことが望ましい。
【０１７０】以上のように構成された第１１実施例の燃
料電池システム１０Ｋによれば、ＣＯ選択酸化部３４Ｋ
内で進行する逆シフト反応で生じた一酸化炭素も酸化反
応によって消費することができるので、改質ガス中の一
酸化炭素濃度を極めて低くすることができる。ここで、
逆シフト反応で生じた一酸化炭素の酸化反応は、ＣＯ選
択酸化部３４Ｋ内に充填した触媒によって、改質ガス中
に最初から含まれる一酸化炭素と同様に選択的に酸化さ
れるため、予め改質ガスに所定量の酸化ガスを加えてお
くだけで、改質ガスにおける一酸化炭素濃度を効果的に
低減することができる。
【０１７１】第１１実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｋは、
図２９に示したように一つの反応室９５を備える構造と
したが、第１ないし第５実施例のＣＯ選択酸化部のよう
に、反応室を複数に分割したＣＯ選択酸化部に上記の構
成を適用してもよい。すなわち、供給する改質ガス流量
（および改質ガス中の一酸化炭素濃度）に応じて触媒量
を増減して最適条件に近づけ、そのままでは逆シフト反
応のために一酸化炭素が若干生じることになる場合に、
導入する酸化ガス量をさらに制御することによって選択
酸化反応で消費し、最終的に改質ガス中の一酸化炭素濃
度を極めて低くすることとしてもよい。
【０１７２】以上第１ないし第１１実施例に基づいて説
明した改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減するための制
御において、その複数の制御を組み合わせることによっ
て改質ガス中の一酸化炭素濃度の低減を図るととしても
よい。すなわち、上記したように触媒量の制御を補うた
めに導入する酸化ガス量を制御するだけでなく、触媒量
と触媒温度とメタン化反応と導入する酸化ガス量の制御
とを複数組み合わせることとしてもよい。各制御方法の
反応性（制御を行なってから効果が現れるまでの時間）
や、制御を行なうことによって起こる水素分圧の低下な
どの好ましくない影響の度合いの違い等を考慮し、供給
される改質ガス量の変動量や改質ガス中の一酸化炭素濃
度などの条件によって、一酸化炭素濃度を低減するため
に制御する条件（触媒量か触媒温度か等）を選択するこ
ととしてもよい。
【０１７３】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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施例である燃料電池システ
ム１０の構成を表わすブロック図である。
【図２】燃料電池２０における単セル２８の構成を表わ
す断面模式図である。
【図３】一酸化炭素センサ４０の構成を表わす断面図で
ある。
【図４】第１実施例のＣＯ選択酸化部３４の構成を表わ
す説明図である。
【図５】ＣＯ選択酸化部内を通過する改質ガスにおける
一酸化炭素濃度の変動の様子を表わす説明図である。
【図６】ＣＯ選択酸化部３４に供給される改質ガス流量
と、分類されるレンジとの関係を表わす説明図である。
【図７】ＣＯ選択酸化部３４における触媒量を制御する
方法を表わすフローチャートである。
【図８】第２実施例のＣＯ選択酸化部３４Ａの構成を表
わす説明図である。
【図９】第３実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｂの構成を表
わす説明図である。
【図１０】第３実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｂに備えら
れたマスク８７Ａの形状を表わす説明図である。
【図１１】第３実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｂにおいて
制御されるマスク開口率と改質ガス流量との関係を表わ
す説明図である。
【図１２】ＣＯ選択酸化部３４Ｂにおける開口率を制御
する方法を表わすフローチャートである。
【図１３】第４実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｃの構成を
表わす説明図である。
【図１４】第５実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｄの構成を
表わす説明図である。
【図１５】ＣＯ選択酸化部内を通過する改質ガスにおけ
る一酸化炭素濃度の変動の様子を、触媒温度に応じて表
わす説明図である。
【図１６】逆シフト反応の活性と触媒温度との関係を表
わす説明図である。
【図１７】酸化活性と触媒温度との関係を表わす説明図
である。
【図１８】改質ガス中の一酸化炭素濃度が最も低減する
位置がＣＯ選択酸化部出口付近となるときの触媒温度
と、改質ガス流量との関係を表わす説明図である。
【図１９】ＣＯ選択酸化部３４Ｅにおける触媒温度を制
御する方法を表わすフローチャートである。
【図２０】第７実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｆの構成を
表わす説明図である。
【図２１】ＣＯ選択酸化部３４Ｆにおける触媒温度を制
御する方法を表わすフローチャートである。
【図２２】第８実施例の燃料電池システム１０Ｇの構成
を表わすブロック図である。
【図２３】ルテニウム触媒のメタン化活性と、触媒温度
との関係を表わす説明図である。
【図２４】第８実施例のメタン化部９４に供給されるガ
ス中の一酸化炭素濃度と、このガス中の一酸化炭素を充
分にメタン化するための触媒の最低温度との関係を表わ
す説明図である。
【図２５】メタン化部９４における触媒温度を制御する
方法を表わすフローチャートである。
【図２６】第９実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｈの構成を
表わす説明図である。
【図２７】第９実施例の変形例であるＣＯ選択酸化部３
４Ｉの構成を表わす説明図である。
【図２８】触媒が備える逆シフト反応の活性およびメタ
ン化活性と、触媒温度との関係を表わす説明図である。
【図２９】第１１実施例のＣＯ選択酸化部３４Ｋの構成
を表わす説明図である。
【図３０】ＣＯ選択酸化部３４Ｋに導入される酸化ガス
量を制御する方法を表わすフローチャートである。
【符号の説明】
１０，１０Ａ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ，１０
Ｊ，１０Ｋ…燃料電池システム １２…メタノールタンク １４…水タンク １６…第１分岐路 １６Ｂ，１７Ｂ，１８Ｂ，１９Ｂ…バルブ １７…原燃料供給路 １８…燃料供給路 １９…第２分岐路 ２０…燃料電池 ２１…電解質膜 ２２…アノード ２３…カソード ２４，２５…セパレータ ２４Ｐ…燃料ガス流路 ２５Ｐ…酸化ガス流路 ２８…単セル ３０…燃料改質装置 ３２…改質部 ３４，３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅ，３４
Ｆ，３４Ｈ，３４Ｉ，３４Ｊ，３４Ｋ…ＣＯ選択酸化部 ３５…温度センサ ３６…ガス供給路 ３６…改質ガス供給路 ３６…改質ガス供給路 ３６Ａ…第１接続路 ３６Ｂ…第２接続路 ３６ａ…取り付け口 ３７，３７Ｂ…ガス流量センサ ３８，３８Ｂ…ブロワ ３９…導入管 ４０，４０Ｂ…一酸化炭素センサ ４１…電解質膜 ４２，４４…電極 ４６，４８…金属板 ５０，５２…ホルダ ５０Ｔ，５２Ｔ…検出端子 ５０ａ，５２ａ…フランジ ５０ｂ，５２ｂ…ネジ ５４…絶縁性部材 ５４ａ，５４ｂ…ネジ ５６…Ｏリング ５７…通路部材 ５８…ガス流入通路 ６０…電気回路 ６２…電圧計 ６４…抵抗器 ７０…制御部 ７２…ＣＰＵ ７４…ＲＯＭ ７６…ＲＡＭ ７８…入出力ポート ８０…第１反応室 ８０Ａ，８１Ａ，８２Ａ…改質ガス排出路 ８０Ｂ，８１Ｂ，８２Ｂ…バルブ ８１…第２反応室 ８１Ａ…改質ガス排出路 ８１Ｂ…バルブ ８２…第３反応室 ８３…反応室 ８３Ａ，８４Ａ，８５Ａ…改質ガス排出路 ８３Ｂ，８４Ｂ，８５Ｂ…バルブ ８６，８８…反応室 ８７…可動式マスク ８７Ａ…マスク ８８Ａ，８９Ａ，９０Ａ…改質ガス分岐路 ８８Ｂ，８９Ｂ，９０Ｂ…バルブ ８８Ｃ，８９Ｃ，９０Ｃ…燃料ガス分岐路 ８８Ｄ，８９Ｄ，９０Ｄ…バルブ ９１…反応室 ９２，９３…一酸化炭素センサ ９４…メタン化部 ９５…反応室

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一酸化炭素を含有する水素リッチガス中
    の一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素濃度低減装置で
    あって、 前記水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するための酸
    素を含有する酸化ガスを導入する酸化ガス導入手段と、 一酸化炭素選択酸化触媒を有する一酸化炭素選択酸化反
    応部とを、 前記酸化ガスが導入された前記水素リッチガスが前記一
    酸化炭素選択酸化触媒の表面を通過するように接続して
    なり、 前記一酸化炭素選択酸化反応部は、前記水素リッチガス
    中の一酸化炭素量に基づいて、該水素リッチガス中の一
    酸化炭素の選択酸化反応に関わる前記一酸化炭素選択酸
    化触媒の量を増減する触媒量制御手段を備えた一酸化炭
    素濃度低減装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の一酸化炭素濃度低減装置
    であって、 前記一酸化炭素選択酸化反応部は、前記一酸化炭素選択
    酸化触媒を備える２以上の分割された一酸化炭素選択酸
    化部からなり、 前記触媒量制御手段は、前記各分割された一酸化炭素選
    択酸化部への前記水素リッチガスの導入部および／また
    は一酸化炭素濃度が低減された水素リッチガスが排出さ
    れる前記各分割された一酸化炭素選択酸化部の出口部の
    開閉状態を制御することによって、前記水素リッチガス
    中の一酸化炭素量に基づいた所定の数の前記一酸化炭素
    選択酸化部にのみ前記水素リッチガスを供給する一酸化
    炭素濃度低減装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の一酸化炭素濃度低減装置
    であって、 前記一酸化炭素選択酸化反応部は、前記一酸化炭素選択
    酸化触媒の働きで一酸化炭素濃度が低減された水素リッ
    チガスを外部に排出するためのガス排出口を、前記水素
    リッチガスの通過方向に沿って複数配設してなり、 前記触媒量制御手段は、前記ガス排出口を切り替えるこ
    とによって、前記一酸化炭素選択酸化反応部において前
    記水素リッチガスの一酸化炭素濃度を低減するために利
    用される前記一酸化炭素選択酸化触媒の領域を増減する
    一酸化炭素濃度低減装置。
  4. 【請求項４】 一酸化炭素を含有する水素リッチガス中
    の一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素濃度低減装置で
    あって、 前記水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するための酸
    素を含有する酸化ガスを導入する酸化ガス導入手段と、 温度に依存する一酸化炭素選択酸化活性を有する一酸化
    炭素選択酸化触媒を備えた一酸化炭素選択酸化反応部と
    を、 前記酸化ガスが導入された前記水素リッチガスが前記一
    酸化炭素選択酸化触媒の表面を通過するように接続して
    なり、 前記一酸化炭素選択酸化触媒の温度を制御することによ
    って、前記一酸化炭素選択酸化触媒表面を通過する水素
    リッチガスにおいて進行する一酸化炭素選択酸化反応
    を、前記一酸化炭素選択酸化反応部の出口部において終
    了する状態に近づける触媒活性制御手段を備えた一酸化
    炭素濃度低減装置。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の一酸化炭素濃度低減装置
    であって、 前記触媒活性制御手段は、 前記水素リッチガス中の一酸化炭素量に基づいて、該水
    素リッチガスが前記一酸化炭素選択酸化触媒の表面を通
    過し終わった時点で一酸化炭素の選択酸化反応が完了と
    なる条件としての前記一酸化炭素選択酸化触媒の温度を
    予測する酸化反応温度予測手段と、 前記一酸化炭素選択酸化触媒の温度を昇降することによ
    って、該一酸化炭素選択酸化触媒の温度を前記酸化反応
    温度予測手段によって予測された温度に近づける触媒温
    度制御手段とからなる一酸化炭素濃度低減装置。
  6. 【請求項６】 請求項４記載の一酸化炭素濃度低減装置
    であって、 前記触媒活性制御手段は、 前記一酸化炭素選択酸化反応部の内部において、前記水
    素リッチガスの通過方向に沿って配設された複数の一酸
    化炭素濃度センサと、 該複数の一酸化炭素濃度センサが検出した前記一酸化炭
    素選択酸化反応部内部における前記水素リッチガス中の
    一酸化炭素濃度の変化の状態に基づいて、前記一酸化炭
    素選択酸化触媒の温度を昇降する触媒温度制御手段とか
    らなる一酸化炭素濃度低減装置。
  7. 【請求項７】 一酸化炭素を含有する水素リッチガス中
    の一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素濃度低減装置で
    あって、 前記水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するための酸
    素を含有する酸化ガスを導入する酸化ガス導入手段と、 一酸化炭素選択酸化触媒を有する一酸化炭素選択酸化反
    応部とを、 前記酸化ガスが導入された前記水素リッチガスが前記一
    酸化炭素選択酸化触媒の表面を通過するように接続して
    なり、 一酸化炭素をメタン化するメタン化触媒を有し、前記一
    酸化炭素選択反応部において一酸化炭素が選択的に酸化
    された前記水素リッチガスの供給を受け、前記メタン化
    触媒の表面に該供給された水素リッチガスを通過させる
    メタン化反応部を備える一酸化炭素濃度低減装置。
  8. 【請求項８】 一酸化炭素を含有する水素リッチガス中
    の一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素濃度低減装置で
    あって、 前記水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するための酸
    素を含有する酸化ガスを導入する酸化ガス導入手段と、 一酸化炭素選択酸化触媒を有する一酸化炭素選択酸化反
    応部とを、 前記酸化ガスが導入された前記水素リッチガスが前記一
    酸化炭素選択酸化触媒の表面を通過するように接続して
    なり、 前記一酸化炭素選択酸化反応部は、一酸化炭素選択酸化
    活性と共に、一酸化炭素をメタン化するメタン化活性を
    備える一酸化炭素濃度低減装置。
  9. 【請求項９】 一酸化炭素を含有する水素リッチガス中
    の一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素濃度低減装置で
    あって、 前記水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するための酸
    素を含有する酸化ガスを、前記水素リッチガス量に応じ
    て導入する酸化ガス導入手段と、 一酸化炭素選択酸化触媒を有する一酸化炭素選択酸化反
    応部とを、 前記酸化ガスが導入された前記水素リッチガスが前記一
    酸化炭素選択酸化触媒の表面を通過するように接続して
    なり、 前記酸化ガス導入手段は、 前記一酸化炭素選択酸化触媒の量および温度と、前記一
    酸化炭素選択酸化反応部における前記水素リッチガスの
    空間速度とに関する情報に基づいて、前記水素リッチガ
    スが当初より含有する一酸化炭素に加えて、前記一酸化
    炭素選択酸化反応部内において二次的に生成される一酸
    化炭素をも酸化可能とする酸化ガス量を算出する酸化ガ
    ス量算出手段と、 該酸化ガス量算出手段が算出した酸化ガス量に基づい
    て、前記水素リッチガスに導入する酸化ガス量を決定す
    る導入ガス量決定手段とを備えた一酸化炭素濃度低減装
    置。
  10. 【請求項１０】 一酸化炭素を含有する水素リッチガス
    中の一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素濃度低減方法
    であって、 前記水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するための酸
    素を含有する酸化ガスを導入し、 一酸化炭素を選択的に酸化する活性を有する一酸化炭素
    選択酸化触媒の表面に、前記酸化ガスが導入された前記
    水素リッチガスを通過させる際に、前記水素リッチガス
    中の一酸化炭素量に基づいて、該水素リッチガス中の一
    酸化炭素濃度の低減反応に関わる前記一酸化炭素選択酸
    化触媒の量を増減する一酸化炭素濃度低減方法。
  11. 【請求項１１】 一酸化炭素を含有する水素リッチガス
    中の一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素濃度低減方法
    であって、 前記水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するための酸
    素を含有する酸化ガスを導入し、 一酸化炭素を選択的に酸化する活性であって温度に依存
    する活性を有する一酸化炭素選択酸化触媒の表面に、前
    記酸化ガスが導入された前記水素リッチガスを通過させ
    る際に、前記一酸化炭素選択酸化触媒の温度を制御する
    ことによって、前記水素リッチガスが前記一酸化炭素選
    択酸化触媒を通過し終わるときに、前記水素リッチガス
    において進行する一酸化炭素選択酸化反応の状態を、反
    応終了の状態に近づける一酸化炭素濃度低減方法。
  12. 【請求項１２】 一酸化炭素を含有する水素リッチガス
    中の一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素濃度低減方法
    であって、 前記水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するための酸
    素を含有する酸化ガスを導入し、 一酸化炭素を選択的に酸化する活性を有する一酸化炭素
    選択酸化触媒の表面に、前記酸化ガスが導入された前記
    水素リッチガスを通過させると共に、 一酸化炭素をメタン化する活性を有するメタン化触媒の
    表面に、前記一酸化炭素選択触媒によって一酸化炭素が
    選択的に酸化された前記水素リッチガスを通過させる一
    酸化炭素濃度低減方法。
  13. 【請求項１３】 一酸化炭素を含有する水素リッチガス
    中の一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素濃度低減方法
    であって、 前記水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するための酸
    素を含有する酸化ガスを導入し、 一酸化炭素を選択的に酸化する一酸化炭素選択酸化活性
    と、一酸化炭素をメタン化するメタン化活性とが混在す
    る触媒部の表面に、前記酸化ガスが導入された前記水素
    リッチガスを通過させる一酸化炭素濃度低減方法。
  14. 【請求項１４】 一酸化炭素を含有する水素リッチガス
    中の一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素濃度低減方法
    であって、 前記水素リッチガスに、一酸化炭素を酸化するための酸
    素を含有する酸化ガスを、前記水素リッチガス量に応じ
    て導入し、一酸化炭素を選択的に酸化する活性を有する
    一酸化炭素選択酸化触媒の表面に、前記酸化ガスが導入
    された前記水素リッチガスを通過させる際に、 前記一酸化炭素選択酸化触媒の量および温度と、前記一
    酸化炭素選択酸化触媒表面を通過するときの前記水素リ
    ッチガスの空間速度とに関する情報に基づいて、前記水
    素リッチガスが当初より含有する一酸化炭素に加えて、
    前記一酸化炭素選択酸化触媒の下で二次的に生成される
    一酸化炭素をも酸化可能とする酸化ガス量を算出し、 該算出した酸化ガス量に基づいて、前記水素リッチガス
    に導入する酸化ガス量を決定する一酸化炭素濃度低減方
    法。
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