JPH11265725A - 一酸化炭素除去装置およびその運転方法 - Google Patents
一酸化炭素除去装置およびその運転方法Info
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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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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＣＯ除去装置のガス導入口付近における急激
な反応の発生やガス排気口付近における反応性の低下を
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。 【解決手段】 ＣＯ除去装置５を選択酸化反応器５１と
空気加湿器５６によって構成し、燃料電池６で冷却処理
に供した冷却水Ａにより燃料電池システム周辺の空気を
加湿し、当該加湿空気を改質ガスと混合して選択酸化反
応器５１に導入しＣＯ除去する。
な反応の発生やガス排気口付近における反応性の低下を
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。 【解決手段】 ＣＯ除去装置５を選択酸化反応器５１と
空気加湿器５６によって構成し、燃料電池６で冷却処理
に供した冷却水Ａにより燃料電池システム周辺の空気を
加湿し、当該加湿空気を改質ガスと混合して選択酸化反
応器５１に導入しＣＯ除去する。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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）。
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）。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
/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。
【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
Ｏ2/ＣＯを等しくした場合、より多くの水蒸気とＮ2で
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。
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
Ｏ2/ＣＯを等しくした場合、より多くの水蒸気とＮ2で
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
（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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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-Ａｌ2Ｏ3）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。
化触媒として白金-アルミナ（Ｐｔ-Ａｌ2Ｏ3）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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
（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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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、
Ｎ2、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）。
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、
Ｎ2、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）。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
施の形態１）の主要構成を示す概略図である。
【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。
施の形態２）の主要構成を示す概略図である。
【図３】反応ガス組成比を表す図である。
【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。
ある。
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
───────────────────────────────────────────────────── 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
Claims (8)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
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