JPH11265725A - Carbon monoxide removing device and its operating method - Google Patents

Carbon monoxide removing device and its operating method

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JPH11265725A
JPH11265725A JP10066906A JP6690698A JPH11265725A JP H11265725 A JPH11265725 A JP H11265725A JP 10066906 A JP10066906 A JP 10066906A JP 6690698 A JP6690698 A JP 6690698A JP H11265725 A JPH11265725 A JP H11265725A
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carbon monoxide
gas
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孝昌 松林
Yasuo Miyake
泰夫 三宅
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晃治 西尾
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To remove CO (carbon monoxide), while avoiding an occurrence of abrupt reaction in the vicinity of a gas inlet of a CO removing device and a lowering of reactivity in the vicinity of gas outlet, and excellently maintaining efficiency of selective oxidation reaction. SOLUTION: This CO removing device 5 produces reactive gas by mixing air with reformed hydrogen-rich gas containing CO, and removes CO in the reactive gas by catalyst in a reactor. It is composed of a selective oxidation reactor 51 and an air humidifier 56, and air around a fuel cell system is humidified by cooling water A used for a cooling process in a fuel cell 6, and the humidified air is mixed with the reformed gas and introduced into the selective oxidation reactor 51 in order to remove CO.

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、燃料電池システム
における一酸化炭素除去装置およびその運転方法の改良
技術に関する。
The present invention relates to an apparatus for removing carbon monoxide in a fuel cell system and an improved technique for operating the apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池システムは、燃料電池のアノー
ド側に水素を含むアノードガス、カソード側に酸素を含
むカソードガスをそれぞれ供給して、水素と酸素を電気
化学的に反応させて発電を行うものである。通常カソー
ドガスとしては空気が用いられるが、アノードガスとし
ては天然ガス・ナフサ等の軽質炭化水素、またはメタノ
ール等の低級アルコール類を燃料とし、これらを水蒸気
改質反応あるいは部分酸化反応等の改質反応により水素
リッチな改質ガスとしたものが用いられている。
2. Description of the Related Art In a fuel cell system, an anode gas containing hydrogen is supplied to an anode side of a fuel cell, and a cathode gas containing oxygen is supplied to a cathode side, and hydrogen and oxygen are electrochemically reacted to generate power. Things. Normally, air is used as the cathode gas, but light hydrocarbons such as natural gas and naphtha or lower alcohols such as methanol are used as the anode gas, and these are reformed by steam reforming reaction or partial oxidation reaction. A hydrogen-rich reformed gas obtained by the reaction is used.

【0003】燃料の改質反応に際しては、燃料電池シス
テムに使用されている白金(Pt)系触媒を被毒する一
酸化炭素(以下CO)が副反応で生じる。このCOは、
燃料電池に到達するまでにCO変成器において1%程度
の濃度に低減されるが、これにCO除去装置を加えて用
いると約100ppm(0.01%)以下の濃度にまで
低減させることが可能となる(特開平3-276577
号公報に記載)。
[0003] In the fuel reforming reaction, carbon monoxide (hereinafter referred to as CO) poisoning a platinum (Pt) -based catalyst used in a fuel cell system is produced by a side reaction. This CO is
The concentration is reduced to about 1% in the CO converter before reaching the fuel cell, but it can be reduced to about 100 ppm (0.01%) or less by adding a CO removal device. (Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-276577)
No. Gazette).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところでCO除去装置
に導入する改質ガスには、CO除去反応(選択酸化反
応)を行うために予め酸化剤として酸素を含む気体(空
気等)を混合させる必要がある。ここで、酸素濃度が比
較的高くなるCO除去装置のガス導入口付近では反応が
急激に反応しやすく、このときの反応熱により触媒層温
度が適正温度範囲を超えるまで上昇すると、CO選択性
が低下して燃料電池システムとしては有害な水素の燃焼
反応等の副反応が進行する。さらに、CO除去装置のガ
ス排気口付近では、ガス導入口とは逆に酸素不足により
本来行われるべき選択酸化反応の進行が妨げられること
となる。
By the way, the reformed gas introduced into the CO removing device needs to be mixed in advance with a gas containing oxygen (air or the like) as an oxidizing agent in order to carry out a CO removing reaction (selective oxidation reaction). There is. Here, the reaction tends to react rapidly near the gas inlet of the CO removal device where the oxygen concentration becomes relatively high. If the heat of the reaction increases the temperature of the catalyst layer beyond the appropriate temperature range, the CO selectivity decreases. As the fuel cell system decreases, a side reaction such as a harmful hydrogen combustion reaction proceeds. Further, in the vicinity of the gas exhaust port of the CO removing device, the progress of the selective oxidation reaction, which should be originally performed, is hindered due to lack of oxygen, contrary to the gas inlet port.

【0005】これに対し、例えば特開平8-47621
号公報や特開平8-133702号公報には選択酸化反
応の進行度合に応じてCO除去装置への空気供給量を調
節し、反応の急激な進行を防止させる技術が開示されて
いる。しかし、この空気量の調節によって酸素量を減ら
すとCOを酸化除去するための酸素量が不足する場合が
あり、CO除去装置全体での選択酸化反応を抑制させる
副作用をも有していると考えられる。
On the other hand, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-47621
And JP-A-8-133702 disclose a technique in which the amount of air supplied to a CO removing device is adjusted in accordance with the degree of progress of a selective oxidation reaction to prevent a rapid progress of the reaction. However, if the amount of oxygen is reduced by adjusting the amount of air, the amount of oxygen for oxidizing and removing CO may be insufficient, which may have a side effect of suppressing the selective oxidation reaction in the entire CO removing device. Can be

【0006】現在では、このようなCO除去装置の反応
効率を向上させるための技術開発について、さらなる期
待が寄せられている。本発明は上記課題に鑑みてなされ
てたものであって、その目的はCO除去装置のガス導入
口付近における急激な反応、およびガス排気口付近にお
ける反応性低下等の温度制御に関連する問題を回避し、
良好に選択酸化反応の効率を維持しつつCOを除去する
ことが可能な燃料電池システムのCO除去装置およびそ
の運転方法を提供することにある。
At present, further expectations have been placed on the development of technology for improving the reaction efficiency of such a CO removal device. The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to solve a problem related to temperature control such as a rapid reaction near a gas inlet of a CO removing device and a decrease in reactivity near a gas outlet. Avoid,
It is an object of the present invention to provide a CO removal apparatus for a fuel cell system capable of removing CO while maintaining the efficiency of the selective oxidation reaction, and an operation method thereof.

【0007】[0007]

【課題を解決する手段】上記問題を解決するために、本
発明は一酸化炭素を含む水素リッチな改質ガスに空気を
混合して反応ガスを生成し、反応器内の触媒により前記
反応ガス中の一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去装置
において、一酸化炭素除去前に、予め反応ガスの熱容量
を増加させつつ反応ガス中の一酸化炭素および酸素を希
釈する反応ガス希釈手段を備える一酸化炭素除去装置と
した。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method for producing a reaction gas by mixing air with a hydrogen-rich reformed gas containing carbon monoxide and generating the reaction gas by a catalyst in a reactor. The carbon monoxide removing apparatus for removing carbon monoxide therein is provided with a reaction gas diluting means for diluting carbon monoxide and oxygen in the reaction gas while increasing the heat capacity of the reaction gas before removing carbon monoxide. A carbon oxide removing device was used.

【0008】このような反応ガス希釈手段により、酸素
/一酸化炭素(O2/CO)比を大幅に変化させることな
く反応温度の過度の上昇を抑制することが可能になり、
効率のよいCO選択酸化反応を行うことができる。ま
た、前記反応ガス希釈手段を、空気を加湿する加湿手段
によって実現すれば、加湿手段で空気に加えられた比較
的不活性な水蒸気によって、反応ガスを安全に希釈する
ことができると共に、反応ガス全体の熱容量を増加さ
せ、上記温度上昇の抑制効果を高めることができる。
[0008] By such a reaction gas diluting means, oxygen
The reaction temperature can be prevented from rising excessively without significantly changing the / carbon monoxide (O 2 / CO) ratio,
An efficient CO selective oxidation reaction can be performed. Further, if the reaction gas diluting means is realized by humidifying means for humidifying the air, the reaction gas can be safely diluted by relatively inert water vapor added to the air by the humidifying means, and The overall heat capacity can be increased, and the effect of suppressing the temperature rise can be enhanced.

【0009】さらに、一酸化炭素除去装置を燃料電池シ
ステム用のものとし、前記加湿手段を燃料電池の冷却水
により空気を加湿するものとした場合には、システム内
における資源を利用することで外部より新たに装置を備
える必要がなくなり、燃料電池システムのコンパクト化
に寄与できる他、コスト的にも有利になる。また一酸化
炭素除去装置を燃料電池システム用のものとし、前記反
応ガス希釈手段に、燃料電池のカソード排気ガスを改質
ガス側へ供給するカソード排気ガス供給手段を備える
と、燃料電池の運転により酸素量が低減され加湿状態に
ある空気であるため、上記した水による反応ガスの熱容
量の制御効果とともに、通常の空気を使う場合と比べて
2/COを等しくした場合、より多くの水蒸気とN2
希釈することができ、良好な選択酸化反応を行って効率
よく電力が得られる燃料電池システムとすることができ
る。
Further, in the case where the carbon monoxide removing device is for a fuel cell system and the humidifying means is for humidifying the air with the cooling water of the fuel cell, the resources in the system are used to enable the external use. There is no need to newly provide a device, which contributes to downsizing of the fuel cell system and is advantageous in cost. Further, if the carbon monoxide removing device is for a fuel cell system, and the reaction gas diluting device is provided with a cathode exhaust gas supplying device for supplying a cathode exhaust gas of the fuel cell to the reformed gas side, the operation of the fuel cell is increased. Since the amount of oxygen is reduced and the air is in a humidified state, together with the above-described effect of controlling the heat capacity of the reaction gas by water, when O 2 / CO is made equal to that when using normal air, more water vapor and The fuel cell system can be diluted with N 2 , perform a favorable selective oxidation reaction, and efficiently obtain electric power.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】(実施の形態1) (燃料電池システムの全体構成の説明)図1は、本発明
の実施の形態1にかかる固体高分子型燃料電池システム
の構成図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) (Description of Overall Configuration of Fuel Cell System) FIG. 1 is a configuration diagram of a polymer electrolyte fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

【0011】この燃料電池システムは、天然ガス、都市
ガス、ナフサ等の燃料ガスを用いて発電するものであっ
て、その主とする構成は、燃料ガス中の硫黄成分を除去
する脱硫器1と、燃料ガスを高温の水蒸気と混合するエ
ジェクタ2と、燃料ガスを水蒸気改質して水素リッチな
改質ガスを生成する改質装置3と、改質ガス中のCOを
水蒸気によりCO2に酸化して(シフト反応)除去する
CO変成器4と、改質ガス中のCOを選択酸化してさら
に除去するCO除去装置5と、CO除去装置5からの改
質ガスを燃料極(アノード極)61に取り入れ、空気極
(カソード極)62に酸素源である空気を取り入れて発
電する固体高分子型燃料電池6とに大きく分けられる。
The fuel cell system generates power by using a fuel gas such as natural gas, city gas, and naphtha. The fuel cell system mainly includes a desulfurizer 1 for removing a sulfur component in the fuel gas. An ejector 2 for mixing fuel gas with high-temperature steam, a reformer 3 for reforming the fuel gas by steam to generate a hydrogen-rich reformed gas, and oxidizing CO in the reformed gas to CO 2 by steam. CO shift device 4 that removes and removes (shift reaction), CO removal device 5 that selectively oxidizes and removes CO in the reformed gas, and the reformed gas from CO removal device 5 as a fuel electrode (anode electrode). The solid polymer fuel cell 6 generates electricity by taking in air serving as an oxygen source into an air electrode (cathode electrode) 62.

【0012】脱硫器1は脱硫用のコバルト-モリブデン
(Co-Mo)系または酸化亜鉛(ZnO)系触媒等が
内部に充填されており、ヒータ(不図示)で約200℃
〜300℃付近まで加熱されることにより燃料ガスに含
まれる硫化水素(H2S)・硫化アルキル(R-SH)等
の各種硫黄成分を吸着除去する。改質装置3は、本実施
の形態では水蒸気改質反応による改質方式を採用してお
り、内部に改質触媒としてニッケル(Ni)系触媒が充
填された円筒状の改質器31と、燃料ガスを燃焼して前
記改質器31を高温に加熱昇温させるバーナ32とで構
成されている。
The desulfurizer 1 is filled with a cobalt-molybdenum (Co-Mo) -based or zinc oxide (ZnO) -based catalyst or the like for desulfurization, and is heated to about 200 ° C. by a heater (not shown).
By heating to about 300 ° C., various sulfur components such as hydrogen sulfide (H 2 S) and alkyl sulfide (R-SH) contained in the fuel gas are adsorbed and removed. In the present embodiment, the reformer 3 employs a reforming method using a steam reforming reaction, and includes a cylindrical reformer 31 in which a nickel (Ni) -based catalyst is filled as a reforming catalyst; And a burner 32 that heats the reformer 31 to a high temperature by burning fuel gas.

【0013】CO変成器4は、円筒状容器にCO変成用
触媒として銅-亜鉛系触媒等が充填されており、改質装
置3から送出される改質ガスと水蒸気の混合ガスを筒長
さ方向に流通させながら、180℃〜250℃程度の運
転温度においてCOをCO2に酸化し(シフト反応)、
改質ガスのCO濃度を約1%(10、000ppm)に
まで低減する。
The CO converter 4 has a cylindrical vessel filled with a copper-zinc catalyst or the like as a catalyst for CO conversion. While circulating in the direction, CO is oxidized to CO 2 at an operating temperature of about 180 ° C. to 250 ° C. (shift reaction),
The CO concentration of the reformed gas is reduced to about 1% (10,000 ppm).

【0014】CO除去装置5は、本実施の形態では選択
酸化反応器51と空気加湿器56から構成される。この
選択酸化反応器51と空気加湿器56は後述の配管5
2、105により互いに連結されている。このうち空気
加湿器56の主体をなす円筒状のバッファ槽561は筒
長さ方向を上下にして内部中程まで冷却水Aが満たされ
ており、この冷却水A中に吹き込み管として空気導入管
55がバッファ槽蓋562を介して挿入されている。バ
ッファ槽蓋562にはさらに加湿空気流通管54が挿通
されており、冷却水A上方の空気部Bの加湿空気がエア
ポンプ53の吸引によって加湿空気流通管52へ送出さ
れる。当該加湿空気流通管52を流れる加湿空気は、選
択酸化反応器51に改質ガスを送り込む配管105に送
出され、改質ガスと混合されて反応ガスの生成に供され
る。
The CO removing device 5 comprises a selective oxidation reactor 51 and an air humidifier 56 in the present embodiment. The selective oxidation reactor 51 and the air humidifier 56 are connected to a pipe 5 described later.
2, 105 are connected to each other. Among them, the cylindrical buffer tank 561 that forms the main body of the air humidifier 56 is filled with cooling water A up to the middle in the vertical direction of the cylinder length. 55 is inserted through a buffer tank lid 562. The humidified air flow pipe 54 is further inserted into the buffer tank lid 562, and the humidified air in the air portion B above the cooling water A is sent out to the humidified air flow pipe 52 by suction of the air pump 53. The humidified air flowing through the humidified air flow pipe 52 is sent to a pipe 105 for feeding the reformed gas to the selective oxidation reactor 51, and is mixed with the reformed gas to be used for generating a reaction gas.

【0015】冷却水Aは、燃料電池6内に冷却制御部と
して備えられたクーリング部63の内部へ環状配管11
1を通して循環される冷媒が、バッファ槽561内に滞
留したものである。燃料電池6内部の冷却処理に供され
た冷却水(約80℃)は、このように一旦前記バッファ
槽561にて滞留する間に、蒸発等による損失分を補充
タンク(不図示)により補充されつつ、前記加湿空気の
生成に用いられる。冷却水Aはポンプ113の駆動によ
り一定時間後に環状配管111から熱交換器112に導
入され、ここで適温まで冷却された後に再びクーリング
部63に送り込まれる。
The cooling water A is supplied to the inside of a cooling section 63 provided as a cooling control section in the fuel cell 6 by an annular pipe 11.
The refrigerant circulated through 1 stays in the buffer tank 561. The cooling water (about 80 ° C.) supplied to the cooling process inside the fuel cell 6 is replenished by a replenishing tank (not shown) for the loss due to evaporation or the like while temporarily staying in the buffer tank 561 as described above. Meanwhile, it is used for generating the humidified air. The cooling water A is introduced into the heat exchanger 112 from the annular pipe 111 after a certain period of time by the driving of the pump 113, cooled to an appropriate temperature here, and then sent again to the cooling unit 63.

【0016】選択酸化反応器51は円筒状容器に選択酸
化触媒として白金-アルミナ(Pt-Al23)系触媒等
が充填されたものであって、前記反応ガスを内部に取り
込み、触媒適正温度域(上記触媒の場合はほぼ100℃
〜250℃の範囲)において選択酸化反応を行いCO濃
度を約0.01%(100ppm)以下まで低減する。
The selective oxidation reactor 51 is a cylindrical vessel filled with a platinum-alumina (Pt—Al 2 O 3 ) -based catalyst or the like as a selective oxidation catalyst. Temperature range (approximately 100 ° C for the above catalyst)
(In the range of 250 ° C. to 250 ° C.) to reduce the CO concentration to about 0.01% (100 ppm) or less by performing a selective oxidation reaction.

【0017】燃料電池6は固体高分子型燃料電池であ
り、アノード(負極)部61とこれに対向するカソード
(正極)部62、および前記電極部61、62の対向間
に配された電解質部(不図示)、そして燃料電池6筐体
内部に挿通された前記環状配管111を備えるクーリン
グ部63等よりなる。 (配管についての説明)燃料ガス(改質ガス)系の配管
としては図1に示すように、都市ガスなどの燃料ガス供
給源(不図示)から脱硫器1に燃料ガスを送る配管10
0、脱硫器1からエジェクタ2に燃料ガスを送る配管1
01、前記燃料ガス供給源から改質装置3のバーナ32
に燃料ガスを送る配管102、エジェクタ2から改質装
置3に燃料ガスと熱水蒸気の混合ガスを送る配管10
3、改質装置3からCO変成器4に改質ガスを送る配管
104、CO変成器4から選択酸化反応器51に改質ガ
スを送る配管105、選択酸化反応器51から三方弁1
07を経て燃料電池6のアノード部61に改質ガスを送
出する配管106、108、アノード部61からバーナ
32に未反応のアノード排ガスを送る配管109等が配
設されている。
The fuel cell 6 is a polymer electrolyte fuel cell, and includes an anode (negative electrode) portion 61, a cathode (positive electrode) portion 62 opposed thereto, and an electrolyte portion disposed between the opposed electrode portions 61 and 62. (Not shown), and a cooling portion 63 having the annular pipe 111 inserted into the fuel cell 6 housing. (Description of Piping) As shown in FIG. 1, a piping 10 for feeding a fuel gas from a fuel gas supply source (not shown) such as a city gas to the desulfurizer 1 as shown in FIG.
0, piping 1 for sending fuel gas from desulfurizer 1 to ejector 2
01, the burner 32 of the reformer 3 from the fuel gas supply source
A pipe 102 for sending a fuel gas to the reformer 3, and a pipe 10 for sending a mixed gas of a fuel gas and hot steam from the ejector 2 to the reformer 3.
3. A pipe 104 for sending reformed gas from the reformer 3 to the CO converter 4, a pipe 105 for sending reformed gas from the CO converter 4 to the selective oxidation reactor 51, and a three-way valve 1 from the selective oxidation reactor 51.
Pipes 106 and 108 for sending the reformed gas to the anode section 61 of the fuel cell 6 via the line 07 and a pipe 109 for sending unreacted anode exhaust gas from the anode section 61 to the burner 32 are provided.

【0018】水系の配管としては、燃料電池6のクーリ
ング部63、空気加湿器56、熱交換器112に順次冷
却水を循環させる環状配管111が配設されている。水
蒸気と空気の混合ガス(加湿空気)に対しては、加湿空
気流通管54、52がある。その他には、バーナ32に
空気を送る配管114と、システム起動時に選択酸化反
応器51から送出されるガスを燃料電池6を迂回させて
バーナ32に送るため、三方弁107からガス流通経路
としてバイパス配管110が備わっている。
As the water-based pipe, there is provided an annular pipe 111 for circulating cooling water to the cooling section 63, the air humidifier 56, and the heat exchanger 112 of the fuel cell 6 sequentially. For a mixed gas of steam and air (humidified air), there are humidified air circulation pipes 54 and 52. In addition, the piping 114 for sending air to the burner 32 and the gas sent from the selective oxidation reactor 51 when the system is started are sent to the burner 32 by bypassing the fuel cell 6. A pipe 110 is provided.

【0019】また図の簡単化のため図示しないが、これ
らの配管には流量を調節するバルブ(不図示)が各々挿
設され、燃料電池システムの運転状況に合わせて調節で
きるようになっている。 (運転方法についての説明)以上のような構成を有する
本燃料電池システムの起動初期においては、まず燃料ガ
スの改質反応を開始するために改質装置3の改質器31
の昇温が重要となる。したがって、初めに燃料ガスが全
て配管102を流通しバーナ32に直接送られるように
バルブを操作する。
Although not shown for the sake of simplicity, valves (not shown) for adjusting the flow rate are inserted into these pipes so that they can be adjusted according to the operating condition of the fuel cell system. . (Explanation of Operation Method) In the initial stage of starting the fuel cell system having the above-described configuration, first, the reformer 31 of the reforming apparatus 3 starts the reforming reaction of the fuel gas.
Temperature rise is important. Therefore, first, the valve is operated so that all the fuel gas flows through the pipe 102 and is directly sent to the burner 32.

【0020】次に、配管114および配管102からバ
ーナ32に空気と燃料ガスをそれぞれ送り込み、バーナ
32を点火して燃料ガスを燃焼させ、改質器31を加熱
昇温する。このとき三方弁107は、ガスをバイパス配
管110側に流通させるように設定しておく。また同時
にCO変成器4、選択酸化反応器51および燃料電池6
も、ヒータ(不図示)などの外部熱により加熱昇温す
る。
Next, air and fuel gas are sent from the pipes 114 and 102 to the burner 32, respectively, and the burner 32 is ignited to burn the fuel gas, and the reformer 31 is heated and heated. At this time, the three-way valve 107 is set so that the gas flows to the bypass pipe 110 side. At the same time, the CO converter 4, the selective oxidation reactor 51 and the fuel cell 6
Is also heated and heated by external heat such as a heater (not shown).

【0021】改質器31が約400℃まで加熱昇温さ
れ、CO変成器4および選択酸化反応器51が水蒸気の
露点以上に昇温された後、バルブを操作して脱硫器1に
燃料ガスを導入し、脱硫処理を行う。次に脱硫処理した
燃料ガスを配管101からエジェクタ2に導入し、ここ
で燃料ガスと高温の水蒸気を混合し、配管103から改
質器31に導入する。
After the reformer 31 is heated to about 400 ° C. and the CO shift converter 4 and the selective oxidation reactor 51 are heated above the dew point of steam, the fuel gas is supplied to the desulfurizer 1 by operating a valve. And desulfurization treatment is performed. Next, the desulfurized fuel gas is introduced into the ejector 2 through the pipe 101, where the fuel gas and high-temperature steam are mixed and introduced into the reformer 31 through the pipe 103.

【0022】次に前記混合ガスを改質器31の内部に通
過させ、改質反応を開始させる。生成した改質ガスをC
O変成器4および選択酸化反応器51側に順次送り、配
管106から配管110へ流通させてバーナ32に供給
する。これにより、改質器31は運転温度範囲の700
〜800℃まで加熱昇温され、CO変成器4および選択
酸化反応器51もCO変成反応と高温の改質ガスにより
それぞれ加熱昇温される。
Next, the mixed gas is passed through the inside of the reformer 31 to start a reforming reaction. Generated reformed gas is C
It is sequentially sent to the O-transformer 4 and the selective oxidation reactor 51 side, and flows from the pipe 106 to the pipe 110 to be supplied to the burner 32. This allows the reformer 31 to operate in the operating temperature range of 700
The temperature of the CO shift converter 4 and the selective oxidation reactor 51 are also heated and raised by the CO shift reaction and the high-temperature reformed gas.

【0023】改質器31、CO変成器4、選択酸化反応
器51および燃料電池6が運転温度範囲まで加熱昇温さ
れた時点で、3方弁107を燃料電池6側に切り換えて
通常運転に入る。これで燃料電池6のアノード部61に
水素リッチな改質ガスが導入され、カソード部62には
エアポンプ64、空気導入管65を通じて空気が取り入
れられるので、電気化学的反応が進行し発電が行われ
る。
When the reformer 31, the CO shift converter 4, the selective oxidation reactor 51, and the fuel cell 6 are heated to the operating temperature range, the three-way valve 107 is switched to the fuel cell 6 side for normal operation. enter. As a result, the hydrogen-rich reformed gas is introduced into the anode section 61 of the fuel cell 6, and air is introduced into the cathode section 62 through the air pump 64 and the air introduction pipe 65, so that the electrochemical reaction proceeds and power is generated. .

【0024】なお燃料電池システム内における各構成の
運転温度範囲は、改質器31が約700〜800℃、C
O変成器4が約180〜300℃、選択酸化反応器51
が約100〜250℃、燃料電池6が約70〜80℃で
ある。この運転温度範囲において、本燃料電池システム
では燃料電池6から外部負荷への電力供給が行われる。
The operating temperature range of each component in the fuel cell system is as follows.
O-transformer 4 is about 180-300 ° C., selective oxidation reactor 51
Is about 100-250 ° C., and the fuel cell 6 is about 70-80 ° C. In this operating temperature range, the fuel cell system supplies power from the fuel cell 6 to an external load.

【0025】通常運転中の燃料電池システムにおける空
気加湿器56は、エアポンプ53が加湿空気流通管52
方向に吐出するように駆動されると、バッファ槽561
内部が減圧されて燃料電池システム周辺の空気が空気導
入管55からバッファ槽561内の冷却水A中に取り込
まれる。この空気は冷却水Aの温度(約80℃)を露点
として加湿され、その後空気部Bに移動し、加湿空気流
通管54、52を介してエアポンプ53により配管10
5へ送出される。これによって選択酸化反応器51に
は、CO変成器4からの改質ガスと、前記加湿空気混合
ガスとを混合した反応ガスが送り込まれる。
The air humidifier 56 in the fuel cell system during normal operation includes an air pump 53 having a humidified air flow pipe 52.
When driven to discharge in the direction, the buffer tank 561
The pressure inside the fuel cell system is reduced, and the air around the fuel cell system is taken into the cooling water A in the buffer tank 561 from the air introduction pipe 55. This air is humidified with the temperature of the cooling water A (about 80 ° C.) as a dew point, then moves to the air section B, and is connected to the piping 10 by the air pump 53 through the humidified air circulation pipes 54 and 52.
5 is sent. As a result, a reaction gas obtained by mixing the reformed gas from the CO converter 4 and the humidified air mixed gas is sent into the selective oxidation reactor 51.

【0026】以上のような構成により、選択酸化反応中
の過度の温度上昇を回避するために反応ガス成分の空気
を加湿するわけであるが、その効果が得られる具体的な
作用としては主に次の2つが挙げられる。すなわち、水
蒸気の体積を用いてCOやO 2等の反応ガス成分の濃度
を希釈することと、水蒸気の熱容量を利用して反応ガス
全体の熱容量を大幅に増大させることで、上記温度上昇
の抑制効果を高める。
With the above structure, during the selective oxidation reaction,
The reaction gas component air to avoid excessive temperature rise
Humidify, but the specific effect that can be obtained
The following two main effects are obtained. That is, water
CO or O using the volume of steam TwoConcentration of reaction gas components such as
The reaction gas using the heat capacity of water vapor
The temperature rise can be increased by significantly increasing the overall heat capacity.
Increase the suppression effect.

【0027】また、この水蒸気は燃料電池の電解質膜
(固体高分子電解質膜)の乾燥を防ぎ、良好な発電を行
うために電解質膜を湿潤する目的にも用いられる。な
お、本実施の形態ではバルブ等の公知のガス流量調節器
によって改質ガス中のCOと加湿空気中のO2との比を
維持するように制御がなされている。この制御に関する
設定は、使用する燃料ガスの組成等に応じて適宜調整可
能になっている。
This water vapor is also used for the purpose of preventing the electrolyte membrane (solid polymer electrolyte membrane) of the fuel cell from drying out and wetting the electrolyte membrane for good power generation. In this embodiment, control is performed by a known gas flow controller such as a valve so as to maintain the ratio of CO in the reformed gas to O 2 in the humidified air. The settings relating to this control can be adjusted as appropriate according to the composition of the fuel gas used and the like.

【0028】(実施の形態2)続いて本発明の実施の形
態2について説明する。図2は、本実施の形態における
燃料電池システムの主要構成を示す概略図である。シス
テム構成の多くは実施の形態1と同様であるが、空気加
湿器56で生成した加湿空気を燃料電池6で使用し、カ
ソード排気ガスとしたものをCO除去装置5の選択酸化
反応器51へ導入する点が異なる。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a main configuration of the fuel cell system according to the present embodiment. Most of the system configuration is the same as that of the first embodiment, except that the humidified air generated by the air humidifier 56 is used in the fuel cell 6 and the cathode exhaust gas is used as the selective oxidation reactor 51 of the CO removal device 5. The point to introduce is different.

【0029】一般的に燃料電池においては、空気が酸素
源として用いられている。酸性電解質型燃料電池では、
カソード付近において酸素と水素イオンが反応して水が
生じるので、燃料電池に供給される空気が排出される時
には酸素量が当初より数割減少し、かつ酸素量に対する
窒素量が増加した水蒸気リッチな排気ガス(カソード排
気ガス)となる。特に固体高分子型燃料電池において
は、電解質膜を湿潤状態に維持するため加湿空気がカソ
ード側に供給されるので、カソード排ガス中では酸素に
対して比較的多くの窒素と水蒸気が含まれることとな
る。これらはともに反応ガスの熱容量を増加させること
ができるので、本実施の形態ではこのカソード排気ガス
を反応ガス成分として利用するものである。
Generally, in a fuel cell, air is used as an oxygen source. In acidic electrolyte fuel cells,
Since oxygen and hydrogen ions react near the cathode to produce water, when the air supplied to the fuel cell is discharged, the amount of oxygen is reduced by several percent from the beginning, and the amount of nitrogen is increased with respect to the amount of oxygen. It becomes exhaust gas (cathode exhaust gas). Particularly in a polymer electrolyte fuel cell, since humidified air is supplied to the cathode side to maintain the electrolyte membrane in a wet state, the cathode exhaust gas contains relatively large amounts of nitrogen and water vapor relative to oxygen in the cathode exhaust gas. Become. Since both of these can increase the heat capacity of the reaction gas, this embodiment utilizes the cathode exhaust gas as a reaction gas component.

【0030】その具体的な手段としては図2に示すよう
に、カソード部62の排気管68に配管105側と連結
するカソード排気ガス供給管69を備える。カソード排
気ガス供給管69にはエアポンプ70を配置する。ま
た、カソード部62の空気導入管65と前記排気管68
で直結するバイパス配管66を設け、当該バイパス配管
66と空気導入管65の連結部に三方弁67を配設す
る。
As a specific means, as shown in FIG. 2, a cathode exhaust gas supply pipe 69 connected to the pipe 105 side is provided on the exhaust pipe 68 of the cathode section 62. An air pump 70 is arranged in the cathode exhaust gas supply pipe 69. Further, the air introduction pipe 65 of the cathode section 62 and the exhaust pipe 68
Is provided, and a three-way valve 67 is provided at a connection portion between the bypass pipe 66 and the air introduction pipe 65.

【0031】なお本燃料電池システムでは、燃料電池6
の電解質膜を湿潤するために空気加湿器56で加湿した
空気をカソード部62へ導入する。 (燃料電池システムの運転方法)以上のような構成の燃
料電池システムの運転方法は、システムの運転とともに
以下のように行う。なお前記実施の形態と重複する一部
の説明を省略する。
In this fuel cell system, the fuel cell 6
The air humidified by the air humidifier 56 is introduced into the cathode portion 62 in order to wet the electrolyte membrane. (Operating Method of Fuel Cell System) The operating method of the fuel cell system having the above configuration is performed as follows together with the operation of the system. A part of the description that overlaps with the above-described embodiment will be omitted.

【0032】当該燃料電池システムの起動初期の操作は
前記のシステムとほぼ同様である。まず燃料ガスを配管
102からバーナ32に送り込み、これを燃焼して改質
器31を400℃程度まで加熱昇温する。続いて燃料ガ
スを脱硫器1および改質器31側に送り、CO変成器4
・選択酸化反応器51の内部を順次流通させて配管11
0よりバーナ32に導入するように三方弁107を調節
する。また、これと平行して三方弁67を調節し、配管
105にエアポンプ64、70により通常の加湿空気が
送り込まれるようにする。一定時間後にCO変成器4・
選択酸化反応器51がそれぞれの反応の開始可能レベル
に到った後、前記三方弁107を操作して選択酸化反応
器51からの改質ガスを燃料電池6のアノード部61側
へ流通させ、三方弁67をカソード部62側に設定して
加湿空気をカソード部62へ導入する。これにより、燃
料電池6にて発電が開始され、選択酸化反応器51への
反応ガスにカソード排気ガスが導入される。以上の操作
でCO除去装置5および燃料電池システムを通常運転に
移行させることができる。
The operation of the fuel cell system at the initial startup is almost the same as that of the above-described system. First, the fuel gas is sent from the pipe 102 to the burner 32, which burns the fuel gas and heats and raises the temperature of the reformer 31 to about 400 ° C. Subsequently, the fuel gas is sent to the desulfurizer 1 and the reformer 31 side, and the CO
The pipe 11 is made to flow sequentially through the inside of the selective oxidation reactor 51.
The three-way valve 107 is adjusted so that it is introduced into the burner 32 from zero. In parallel with this, the three-way valve 67 is adjusted so that ordinary humidified air is fed into the pipe 105 by the air pumps 64 and 70. After a certain time, the CO transformer 4
After the selective oxidation reactor 51 reaches the level at which each reaction can be started, the three-way valve 107 is operated to allow the reformed gas from the selective oxidation reactor 51 to flow to the anode section 61 side of the fuel cell 6, The three-way valve 67 is set on the cathode section 62 side to introduce humidified air into the cathode section 62. Thereby, power generation is started in the fuel cell 6, and the cathode exhaust gas is introduced into the reaction gas to the selective oxidation reactor 51. With the above operation, the CO removal device 5 and the fuel cell system can be shifted to the normal operation.

【0033】(反応ガス組成比と反応効率の説明)次
に、上記した実施の形態1および2のCO除去装置に導
入する反応ガスの組成と、CO除去装置の反応効率につ
いて、反応ガス組成比を表す図(図3)と、選択酸化反
応器51中の触媒層の温度分布を表す図(図4)を用い
て説明する。なお燃料電池システムに導入する燃料ガス
としては、都市ガス13A(組成;メタン88%、エタ
ン6%、プロパン4%、ブタン2%)を使用した。改質
装置内の改質器に導入される水蒸気の水分子と燃料ガス
中の炭素原子とのモル比率(スチーム/カーボン比)は
約2.5である。また、改質器における改質反応温度を
約700℃付近、CO変成器での変成反応温度を約23
0℃付近にそれぞれ設定した。
(Explanation of Reaction Gas Composition Ratio and Reaction Efficiency) Next, the composition of the reaction gas introduced into the CO removal apparatus of the first and second embodiments and the reaction efficiency of the CO removal apparatus will be described. (FIG. 3) and the temperature distribution of the catalyst layer in the selective oxidation reactor 51 (FIG. 4). As the fuel gas introduced into the fuel cell system, city gas 13A (composition: 88% methane, 6% ethane, 4% propane, 2% butane) was used. The molar ratio (water / carbon ratio) between water molecules of steam introduced into the reformer in the reformer and carbon atoms in the fuel gas is about 2.5. In addition, the reforming reaction temperature in the reformer is about 700 ° C., and the reforming reaction temperature in the CO
Each was set around 0 ° C.

【0034】図3には、CO変成器4から送出される改
質ガス301に各種の気体を混合して反応ガスとし、通
常の空気を混合したガス(従来例)302、燃料電池6
の冷却水で加湿した空気(露点80℃)を混合したガス
(実施の形態1)303、および燃料電池6のカソード
排気ガス(空気利用率50%、露点80℃)を混合した
ガス(実施の形態2)304の反応ガスの成分を示し
た。尚、それぞれO2/CO比が3となるようにしてい
る。反応ガス組成はH2、CO、CO2、CH4、H2O、
2、O2等の成分からなり、このうちCOの選択酸化反
応に主として関係するのはCOとO2成分である(選択
酸化反応;CO+1/2O2→CO2)。
FIG. 3 shows a gas (conventional example) 302 in which various gases are mixed with a reformed gas 301 sent from the CO converter 4 to form a reaction gas, and ordinary air is mixed therein.
(Embodiment 1) 303 mixed with air (dew point 80 ° C.) humidified by the cooling water and gas mixed with cathode exhaust gas (air utilization 50%, dew point 80 ° C.) of fuel cell 6 Mode 2) The components of the reaction gas of 304 were shown. The O 2 / CO ratio is set to 3 in each case. The reaction gas composition is H 2 , CO, CO 2 , CH 4 , H 2 O,
It is composed of components such as N 2 and O 2, of which the components mainly involved in the selective oxidation reaction of CO are the CO and O 2 components (selective oxidation reaction; CO + / O 2 → CO 2 ).

【0035】尚、各実施の形態と従来例で電池出力1k
Wあたりのガス流量は以下の通りである(水素利用率7
0%、平均セル電圧0.6Vの場合)。 従来例; 28.7L/min 実施の形態1; 31.0L/min 実施の形態2; 35.3L/min この図から明らかなように、従来の空気混合ガス302
中ではH2Oが10.9%程度含まれるのに対し、加湿空
気混合ガス303では17.5%、カソード排気混合ガ
ス304に到っては20.6%に達する。このように、
上記した実施の形態における反応ガスはH2Oを従来の
2倍近くの組成比で含んでいる。なおO2/CO比は、C
Oの選択酸化反応に伴って他の成分の酸化反応が多少な
がら生じるため、O2量を理論上よりも多めに(O2/C
O比を3程度に)設定するのが好ましい。
In each embodiment and the conventional example, the battery output is 1k.
The gas flow rate per W is as follows (hydrogen utilization rate 7
0%, average cell voltage 0.6V). Conventional example; 28.7 L / min Embodiment 1; 31.0 L / min Embodiment 2; 35.3 L / min As is clear from this figure, the conventional air mixed gas 302
While H 2 O is contained at about 10.9%, the humidified air mixed gas 303 reaches 17.5% and the cathode exhaust mixed gas 304 reaches 20.6%. in this way,
The reaction gas in the above-described embodiment contains H 2 O at a composition ratio nearly twice that of the conventional case. The O 2 / CO ratio is C
Oxidation reaction of other components occurs to some extent along with the selective oxidation reaction of O, so the O 2 amount is set to be larger than the theoretical amount (O 2 / C
It is preferable to set the O ratio to about 3).

【0036】以上のような組成の反応ガスをCO除去装
置の選択酸化反応器に導入すると、酸化触媒層の温度分
布はそれぞれ図4の温度分布表のようになる。当図にお
いて曲線(i)は従来の空気混合ガス302、曲線(i
i)は加湿空気混合ガス303、曲線(iii)はカソ
ード排気混合ガス304の各温度曲線を示す。まず選択
酸化反応器51内部に約100〜150℃ほどの空気混
合ガス302を導入した場合は、導入後間もなくガス入
口付近で急激に反応するため触媒層が温度上昇し高温状
態(約200〜250℃)に到達するようになる。選択
酸化反応の適正温度領域の上限は約200℃付近である
から、反応器にガスが導入されてからCO除去がなされ
るのは触媒層がこの高温領域に達するまでの間に限られ
ている。しかしながら曲線(i)が示すように、選択酸
化反応を為し得る実際の触媒層の領域はこのガス導入口
付近に限られていた。
When the reaction gas having the above composition is introduced into the selective oxidation reactor of the CO removing device, the temperature distribution of the oxidation catalyst layer becomes as shown in the temperature distribution table of FIG. In this figure, a curve (i) represents a conventional air mixed gas 302 and a curve (i).
i) shows each temperature curve of the humidified air mixed gas 303, and curve (iii) shows each temperature curve of the cathode exhaust mixed gas 304. First, when the air-mixed gas 302 at about 100 to 150 ° C. is introduced into the selective oxidation reactor 51, the reaction rapidly proceeds near the gas inlet soon after the introduction, and the temperature of the catalyst layer rises to a high temperature state (about 200 to 250 ° C). Since the upper limit of the appropriate temperature range for the selective oxidation reaction is around 200 ° C., the removal of CO after the gas is introduced into the reactor is limited to the time when the catalyst layer reaches this high temperature range. . However, as shown by the curve (i), the actual area of the catalyst layer where the selective oxidation reaction can be performed was limited to the vicinity of the gas inlet.

【0037】しかしながらこれに対し、加湿空気混合ガ
ス303(曲線ii)を選択酸化反応器(51)に導入
した場合には、反応ガスが選択酸化触媒に接触してもO
2成分が希釈されているために反応が抑制され、穏やか
に反応が開始される。また、水蒸気の増加により反応ガ
スの熱容量が増加しているために反応温度の急激な温度
上昇も回避されるので、図4に示すように触媒温度の上
昇カーブが緩やかになり、その分選択酸化反応に寄与す
る触媒層の領域がガス入口からガス出口にわたって長く
なる。これにより、CO除去効率が向上される。
On the other hand, when the humidified air mixed gas 303 (curve ii) is introduced into the selective oxidation reactor (51), even if the reaction gas comes into contact with the selective oxidation catalyst, O
Since the two components are diluted, the reaction is suppressed, and the reaction starts gently. Further, since the heat capacity of the reaction gas is increased due to the increase in water vapor, a sharp rise in the reaction temperature is also avoided, so that the rise curve of the catalyst temperature becomes gentle as shown in FIG. The area of the catalyst layer contributing to the reaction increases from the gas inlet to the gas outlet. Thereby, the CO removal efficiency is improved.

【0038】カソード排ガス304(曲線iii)を使
用した場合には、上記加湿空気混合ガス303(曲線i
i)の効果に加えて次の効果がある。すなわちカソード
排ガス304の酸素濃度は燃料電池の稼働により通常空
気に比べて低いため、露点およびO2/CO比を加湿空気
混合ガス303と同様にした場合にはガス中のN2及び
水蒸気量がさらに増加することになり、これによって酸
化反応の抑制効果が向上される。また熱容量も増加する
ため、反応温度の上昇に対して、より有効な制御を為す
ことができる。
When the cathode exhaust gas 304 (curve iii) is used, the humidified air mixed gas 303 (curve i) is used.
There are the following effects in addition to the effects of i). That is, since a lower than normal air by operation of the oxygen concentration fuel cell cathode exhaust 304, when in the same manner as the dew point and O 2 / CO ratio humidified air mixed gas 303 is N 2 and the amount of water vapor in the gas This further increases the effect of suppressing the oxidation reaction. Further, since the heat capacity also increases, more effective control can be performed with respect to the increase in the reaction temperature.

【0039】このような水蒸気による効果は、反応ガス
に添加する水蒸気の量に一般に比例し、その効果は反応
ガスの水蒸気飽和量を最大値として、一酸化炭素除去装
置周辺の空気の水蒸気量を最小値とした場合の範囲に得
られる。この範囲において、水蒸気量が多いほど反応ガ
スの熱容量を増加させつつ、一酸化炭素および酸素濃度
を希釈して選択酸化反応の効率を高める効果は高くな
る。しかし、多量に水蒸気を添加する場合には、水蒸気
発生のための熱源を必要とするため、システムの熱バラ
ンスを考慮して添加量を調整する必要があるのは言うま
でもない。また、水蒸気量が少なくてもわずかながら効
果があるが、燃料電池6の排熱を利用し、冷却水やカソ
ード排気ガスの温度(約80℃)程度を露点として添加
量を設定した方が、加湿のための設備を新たに備える必
要もなく、効果的な結果を得られるので望ましい。
The effect of such water vapor is generally proportional to the amount of water vapor added to the reaction gas, and the effect is that the maximum amount of water vapor saturation of the reaction gas is used to reduce the amount of water vapor in the air around the carbon monoxide removal device. It is obtained in the range when the minimum value is set. In this range, the effect of increasing the efficiency of the selective oxidation reaction by diluting the concentrations of carbon monoxide and oxygen while increasing the heat capacity of the reaction gas increases as the amount of water vapor increases. However, when a large amount of steam is added, since a heat source for generating steam is required, it is needless to say that the addition amount needs to be adjusted in consideration of the heat balance of the system. Although the effect is small even if the amount of water vapor is small, it is better to use the exhaust heat of the fuel cell 6 and set the amount of addition using the temperature of the cooling water or the cathode exhaust gas (about 80 ° C.) as a dew point. It is desirable because it is possible to obtain an effective result without having to newly provide a facility for humidification.

【0040】なお実施の形態では、反応ガスに水蒸気を
混合する例を示したが、COの選択酸化反応に対して比
較的不活性な成分であればよいので、他にN2であって
もよい。但しN2等を使用する場合には、これを供給す
るための設備を別途配設しなければならない。さらに上
記実施の形態では反応器51が円筒形状である例を示し
たが、角筒形状などでもよい。
It should be noted in the embodiment, an example of mixing the water vapor into the reaction gas, since it is sufficient relatively inert ingredient for CO selective oxidation reaction, even N 2 in the other Good. However when using N 2 or the like must be separately provided equipment for supplying this. Further, in the above embodiment, the example in which the reactor 51 has a cylindrical shape has been described, but the reactor 51 may have a rectangular tube shape or the like.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
はCOを含む水素リッチな改質ガスに空気を混合して反
応ガスを生成し、反応器内の触媒により前記反応ガス中
のCOを除去する一酸化炭素除去装置において、CO除
去前に、予め反応ガスの熱容量を増加させつつ反応ガス
中のCOおよび酸素を希釈する反応ガス希釈手段を備え
るので、従来のように反応器のガス導入口付近で選択酸
化反応が急激に進行して反応効率が低下するのを回避で
き、良好に選択酸化反応の効率を維持しつつ、COを除
去することが可能になるという効果がある。
As is apparent from the above description, according to the present invention, a reaction gas is generated by mixing air with a hydrogen-rich reformed gas containing CO, and the CO in the reaction gas is generated by a catalyst in a reactor. The apparatus for removing carbon monoxide is provided with a reaction gas dilution means for diluting CO and oxygen in the reaction gas while increasing the heat capacity of the reaction gas before removing CO, so that the gas in the It is possible to avoid that the selective oxidation reaction rapidly progresses near the introduction port to lower the reaction efficiency, and it is possible to remove CO while maintaining the efficiency of the selective oxidation reaction satisfactorily.

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

【図1】本発明の一適用例である燃料電池システム(実
施の形態1)の主要構成を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a main configuration of a fuel cell system (Embodiment 1) which is an application example of the present invention.

【図2】本発明の一適用例である燃料電池システム(実
施の形態2)の主要構成を示す概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a main configuration of a fuel cell system (Embodiment 2) which is an application example of the present invention.

【図3】反応ガス組成比を表す図である。FIG. 3 is a diagram showing a reaction gas composition ratio.

【図4】選択酸化反応器の触媒層の温度分布を表す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing a temperature distribution of a catalyst layer of a selective oxidation reactor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5 CO除去装置 51 選択酸化反応器 52、54 加湿空気流通管 53、64、70 エアポンプ 55 空気導入管 56 空気加湿器 6 固体高分子型燃料電池 61 アノード部 62 カソード部 63 クーリング部 67、107 三方弁 113 ポンプ 561 バッファ槽 Reference Signs List 5 CO removal device 51 Selective oxidation reactor 52, 54 Humidified air flow tube 53, 64, 70 Air pump 55 Air introduction tube 56 Air humidifier 6 Polymer electrolyte fuel cell 61 Anode unit 62 Cathode unit 63 Cooling unit 67, 107 Three-way Valve 113 Pump 561 Buffer tank

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01M 8/04 H01M 8/04 J N 8/10 8/10 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01M 8/04 H01M 8/04 J N 8/10 8/10

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一酸化炭素を含む水素リッチな改質ガス
に空気を混合して反応ガスを生成し、反応器内の触媒に
より前記反応ガス中の一酸化炭素を除去する一酸化炭素
除去装置において、 一酸化炭素除去前に、予め反応ガスの熱容量を増加させ
つつ反応ガス中の一酸化炭素および酸素を希釈する反応
ガス希釈手段を備えることを特徴とする一酸化炭素除去
装置。
1. A carbon monoxide removal apparatus for mixing a hydrogen-rich reformed gas containing carbon monoxide with air to generate a reaction gas and removing carbon monoxide in the reaction gas by a catalyst in a reactor. 2. The carbon monoxide removing apparatus according to claim 1, further comprising a reaction gas diluting means for diluting carbon monoxide and oxygen in the reaction gas while increasing the heat capacity of the reaction gas before removing carbon monoxide.
【請求項2】 前記反応ガス希釈手段は、 空気を加湿する加湿手段であることを特徴とする請求項
1記載の一酸化炭素除去装置。
2. The apparatus for removing carbon monoxide according to claim 1, wherein said reactive gas diluting means is a humidifying means for humidifying air.
【請求項3】 前記一酸化炭素除去装置は燃料電池シス
テム用の一酸化炭素除去装置であり、前記加湿手段は燃
料電池の冷却水により空気を加湿することを特徴とする
請求項1または2記載の一酸化炭素除去装置。
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the carbon monoxide removing device is a carbon monoxide removing device for a fuel cell system, and the humidifying unit humidifies air with cooling water of the fuel cell. Carbon monoxide removal equipment.
【請求項4】 前記一酸化炭素除去装置は燃料電池シス
テム用の一酸化炭素除去装置であり、前記反応ガス希釈
手段は、燃料電池のカソード排気ガスを改質ガス側へ供
給するカソード排気ガス供給手段を備えることを特徴と
する請求項1記載の一酸化炭素除去装置。
4. The carbon monoxide removing device is a carbon monoxide removing device for a fuel cell system, and the reactant gas diluting means supplies a cathode exhaust gas of a fuel cell to a reformed gas side. The apparatus for removing carbon monoxide according to claim 1, further comprising means.
【請求項5】 前記燃料電池は、固体高分子型燃料電池
であることを特徴とする請求項3または4記載の一酸化
炭素除去装置。
5. The carbon monoxide removing device according to claim 3, wherein the fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell.
【請求項6】 一酸化炭素を含む水素リッチな改質ガス
に空気を混合して反応ガスを生成する反応ガス生成ステ
ップと、反応器内の触媒により前記反応ガス中の一酸化
炭素を除去する一酸化炭素除去ステップとを備える一酸
化炭素除去装置の運転方法において、 前記反応ガス生成ステップで改質ガスに加湿した空気を
混合し、予め反応ガスの熱容量を増加させつつ反応ガス
中の一酸化炭素および酸素濃度を希釈するサブステップ
を備えることを特徴とする一酸化炭素除去装置の運転方
法。
6. A reaction gas generating step of generating a reaction gas by mixing air with a hydrogen-rich reformed gas containing carbon monoxide, and removing carbon monoxide in the reaction gas by a catalyst in a reactor. A method for operating a carbon monoxide removing apparatus comprising the steps of: removing carbon monoxide, mixing the reformed gas with the humidified air in the reactive gas generating step, and increasing the heat capacity of the reactive gas in advance to reduce the amount of monoxide in the reactive gas. A method for operating a carbon monoxide removing device, comprising a sub-step of diluting carbon and oxygen concentrations.
【請求項7】 燃料電池システムにおける一酸化炭素除
去装置の運転方法であって、一酸化炭素を含む水素リッ
チな改質ガスに空気を混合して反応ガスを生成する反応
ガス生成ステップと、反応器内の触媒により前記反応ガ
ス中の一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去ステップと
を備え、 前記反応ガス生成ステップに、燃料電池の冷却水を水蒸
気として空気に混合し、予め反応ガスの熱容量を増加さ
せつつ反応ガス中の一酸化炭素および酸素濃度を希釈す
るサブステップを備えることを特徴とする一酸化炭素除
去装置の運転方法。
7. A method for operating a carbon monoxide removing device in a fuel cell system, comprising: a reaction gas generating step of mixing a hydrogen-rich reformed gas containing carbon monoxide with air to generate a reaction gas; A carbon monoxide removing step of removing carbon monoxide in the reaction gas by a catalyst in a reactor, wherein in the reaction gas generation step, cooling water of a fuel cell is mixed with air as water vapor, and the heat capacity of the reaction gas is previously determined. A sub-step of diluting the concentrations of carbon monoxide and oxygen in the reaction gas while increasing the concentration of carbon monoxide.
【請求項8】 燃料電池システムにおける一酸化炭素除
去装置の運転方法であって、一酸化炭素を含む水素リッ
チな改質ガスに空気を混合して反応ガスを生成する反応
ガス生成ステップと、反応器内の触媒により前記反応ガ
ス中の一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去ステップと
を備え、 前記反応ガス生成ステップで、燃料電池のカソード排気
ガスを前記空気として改質ガス側と混合し、カソード排
気ガス中に含まれる水蒸気により反応ガスの熱容量を増
加させつつ反応ガス中の一酸化炭素および酸素濃度を希
釈することを特徴とする一酸化炭素除去装置の運転方
法。
8. A method for operating a carbon monoxide removing apparatus in a fuel cell system, comprising: a reaction gas generating step of mixing a hydrogen-rich reformed gas containing carbon monoxide with air to generate a reaction gas; A carbon monoxide removal step of removing carbon monoxide in the reaction gas by a catalyst in a reactor, wherein in the reaction gas generation step, a cathode exhaust gas of a fuel cell is mixed with the reformed gas side as the air, A method for operating a carbon monoxide removing apparatus, comprising diluting the concentrations of carbon monoxide and oxygen in a reaction gas while increasing the heat capacity of the reaction gas with water vapor contained in a cathode exhaust gas.
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