JP2000264604A - 燃料電池の一酸化炭素除去器 - Google Patents
燃料電池の一酸化炭素除去器Info
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Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガス中の一酸化炭素を触媒層で除去する酸化
反応が行われるときに触媒層をできるだけ均一な温度に
する一酸化炭素除去器を提供する。 【解決手段】 一酸化炭素を含む水素リッチのガスを空
気と混合して１１、１２、１３を通過させることによっ
て前記ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素除去器
において、前記触媒層を複数触媒層エレメント１１、１
２、１３に分割し、各触媒層エレメント１１、１２、１
３の間に空間を設けて配設し、触媒層エレメント１１、
１２には前記混合気が触媒と酸化反応して通る触媒通路
２８、２９および前記混合気が触媒層エレメントの触媒
に接触しないで通る通過孔２５、２６を設け、この通過
孔２５、２６の断面積を下流側に配置された触媒層エレ
メントの通過孔ほど小さく形成する。
反応が行われるときに触媒層をできるだけ均一な温度に
する一酸化炭素除去器を提供する。 【解決手段】 一酸化炭素を含む水素リッチのガスを空
気と混合して１１、１２、１３を通過させることによっ
て前記ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素除去器
において、前記触媒層を複数触媒層エレメント１１、１
２、１３に分割し、各触媒層エレメント１１、１２、１
３の間に空間を設けて配設し、触媒層エレメント１１、
１２には前記混合気が触媒と酸化反応して通る触媒通路
２８、２９および前記混合気が触媒層エレメントの触媒
に接触しないで通る通過孔２５、２６を設け、この通過
孔２５、２６の断面積を下流側に配置された触媒層エレ
メントの通過孔ほど小さく形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体高分子型燃料電
池システムにおいて、原料ガスから改質器を経て得られ
た改質ガス中に含まれる一酸化炭素を除去して水素リッ
チなガスを燃料電池へ供給するようにするために供給ラ
インの途中に設けて用いられる一酸化炭素除去器に関す
る。
池システムにおいて、原料ガスから改質器を経て得られ
た改質ガス中に含まれる一酸化炭素を除去して水素リッ
チなガスを燃料電池へ供給するようにするために供給ラ
インの途中に設けて用いられる一酸化炭素除去器に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池システムは、水素
の有している化学エネルギーを電気エネルギーに変換す
るものである。実業的には比較的容易かつ安価に入手で
きる天然ガス、ナフサ等の炭化水素やメタノール等のア
ルコール類の原料ガス（以下原料ガスという）を、水蒸
気と混合して改質器及び一酸化炭素変成器で改質するこ
とにより生成した水素リッチな改質ガスを得て、その水
素リッチなガスを燃料電池本体の電極（燃料極）に供給
して発電する。
の有している化学エネルギーを電気エネルギーに変換す
るものである。実業的には比較的容易かつ安価に入手で
きる天然ガス、ナフサ等の炭化水素やメタノール等のア
ルコール類の原料ガス（以下原料ガスという）を、水蒸
気と混合して改質器及び一酸化炭素変成器で改質するこ
とにより生成した水素リッチな改質ガスを得て、その水
素リッチなガスを燃料電池本体の電極（燃料極）に供給
して発電する。
【０００３】改質器においてはバーナで高温に加熱した
改質用触媒層に原料ガスを通過させて改質反応を行う
が、改質反応に伴って、燃料電池の触媒劣化の原因とな
る一酸化炭素も発生する。改質ガスに一酸化炭素が含ま
れていると、この一酸化炭素によって燃料電池の電極が
被毒して性能低下を来たすことから、水素リッチなガス
を燃料電池の燃料極へ供給する前に改質器で改質された
ガス中の一酸化炭素を除去する必要がある。一酸化炭素
の濃度は、一酸化炭素変成器で１％程度まで低減される
が、電極の劣化を避けるために更に濃度を下げる必要が
ある。
改質用触媒層に原料ガスを通過させて改質反応を行う
が、改質反応に伴って、燃料電池の触媒劣化の原因とな
る一酸化炭素も発生する。改質ガスに一酸化炭素が含ま
れていると、この一酸化炭素によって燃料電池の電極が
被毒して性能低下を来たすことから、水素リッチなガス
を燃料電池の燃料極へ供給する前に改質器で改質された
ガス中の一酸化炭素を除去する必要がある。一酸化炭素
の濃度は、一酸化炭素変成器で１％程度まで低減される
が、電極の劣化を避けるために更に濃度を下げる必要が
ある。
【０００４】特に、固体高分子型の燃料電池システムの
場合、一酸化炭素を１０ＰＰＭ程度のレベルに低下させ
ることが必要であって、改質器及び一酸化炭素変成器で
改質した改質ガスに空気を混合し、一酸化炭素を選択的
に酸化する選択酸化触媒層を通過させることによって一
酸化炭素を低レベルに落とした水素ガスを燃料電池に供
給する一酸化炭素除去器を設けている。
場合、一酸化炭素を１０ＰＰＭ程度のレベルに低下させ
ることが必要であって、改質器及び一酸化炭素変成器で
改質した改質ガスに空気を混合し、一酸化炭素を選択的
に酸化する選択酸化触媒層を通過させることによって一
酸化炭素を低レベルに落とした水素ガスを燃料電池に供
給する一酸化炭素除去器を設けている。
【０００５】水素と一酸化炭素を含み水素リッチなガス
流から一酸化炭素を選択的に除去して燃料電池に供給す
る方法及びその装置が、例えば、特開平５−２０１７０
２号公報に記載されている。この実施例では、ルテニウ
ム、ロジウム等の特定の触媒で一酸化炭素を酸化して二
酸化炭素とし、改質ガスから一酸化炭素を除去してい
る。この場合触媒は細長い反応容器（鋼管容器）に収納
されており、この反応容器の長手方向に沿って、改質ガ
スが空気と共に導入されるように構成されており、この
改質ガスが反応容器を通過する間に改質ガス中の一酸化
炭素を触媒と空気中の酸素とで酸化して二酸化炭素にす
ることによって改質ガスから一酸化炭素を除去すること
が行われている。
流から一酸化炭素を選択的に除去して燃料電池に供給す
る方法及びその装置が、例えば、特開平５−２０１７０
２号公報に記載されている。この実施例では、ルテニウ
ム、ロジウム等の特定の触媒で一酸化炭素を酸化して二
酸化炭素とし、改質ガスから一酸化炭素を除去してい
る。この場合触媒は細長い反応容器（鋼管容器）に収納
されており、この反応容器の長手方向に沿って、改質ガ
スが空気と共に導入されるように構成されており、この
改質ガスが反応容器を通過する間に改質ガス中の一酸化
炭素を触媒と空気中の酸素とで酸化して二酸化炭素にす
ることによって改質ガスから一酸化炭素を除去すること
が行われている。
【０００６】図４は従来の一般的な一酸化炭素除去器
（反応容器）を示す側断面図である。５は触媒層であ
り、この反応容器６の入口７から改質ガスと空気との混
合気が入り触媒と酸化反応する。混合気と触媒とが酸化
反応するとき、良好な選択性を得る（一酸化炭素だけを
選択的に酸化させる）ために、選択酸化触媒層５を所定
の運転温度に保つ必要がある。この運転温度は通常摂氏
１５０度〜２００度程度であって、起動時においては選
択酸化触媒層５の周りにヒータを設置して加熱するか、
バーナで高温のガスを生成して、それを反応容器６の周
りに送り込むことによって昇温する方法がとられてい
る。通常運転時においては触媒層５で生じる酸化反応が
発熱反応であり、この発熱反応の熱によつて触媒層５が
昇温されるので外部から触媒層５を昇温することなく所
定の温度を保つことができる。
（反応容器）を示す側断面図である。５は触媒層であ
り、この反応容器６の入口７から改質ガスと空気との混
合気が入り触媒と酸化反応する。混合気と触媒とが酸化
反応するとき、良好な選択性を得る（一酸化炭素だけを
選択的に酸化させる）ために、選択酸化触媒層５を所定
の運転温度に保つ必要がある。この運転温度は通常摂氏
１５０度〜２００度程度であって、起動時においては選
択酸化触媒層５の周りにヒータを設置して加熱するか、
バーナで高温のガスを生成して、それを反応容器６の周
りに送り込むことによって昇温する方法がとられてい
る。通常運転時においては触媒層５で生じる酸化反応が
発熱反応であり、この発熱反応の熱によつて触媒層５が
昇温されるので外部から触媒層５を昇温することなく所
定の温度を保つことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、触媒層５の
酸化反応が均一でないと、触媒層５内に温度差が生じ、
触媒層５内の温度が部分的に摂氏２００度以上になるこ
とがある。摂氏２００度以上の温度になると、触媒の劣
化が生じたり、また、反応がメタン化反応に移行し、改
質ガス中の水素を減少させたりすることがある。
酸化反応が均一でないと、触媒層５内に温度差が生じ、
触媒層５内の温度が部分的に摂氏２００度以上になるこ
とがある。摂氏２００度以上の温度になると、触媒の劣
化が生じたり、また、反応がメタン化反応に移行し、改
質ガス中の水素を減少させたりすることがある。
【０００８】この反応容器６において、この反応容器６
の触媒層５の長さが長いため、改質ガスの流れ方向にお
いて触媒層５の温度差が大きくなる。触媒層５の温度差
が大きいと、反応容器６の入口７から導入された混合気
がガスの流れ方向で一酸化炭素と一様に酸化反応しない
ため、均一な反応温度とすることができなかった。この
ような反応容器６では入口７側のみ活発な酸化反応が生
じ温度が摂氏２００度以上に上がり、出口８側では触媒
層５の所定の温度としては不足ぎみとなり良好な酸化反
応ができないという問題があった。
の触媒層５の長さが長いため、改質ガスの流れ方向にお
いて触媒層５の温度差が大きくなる。触媒層５の温度差
が大きいと、反応容器６の入口７から導入された混合気
がガスの流れ方向で一酸化炭素と一様に酸化反応しない
ため、均一な反応温度とすることができなかった。この
ような反応容器６では入口７側のみ活発な酸化反応が生
じ温度が摂氏２００度以上に上がり、出口８側では触媒
層５の所定の温度としては不足ぎみとなり良好な酸化反
応ができないという問題があった。
【０００９】そこで、本発明は上述のような問題を解消
し、改質ガス中の一酸化炭素を除去する酸化反応が行わ
れるときに触媒層をできるだけ均一な反応温度とするこ
とのできる一酸化炭素除去器を提供することを目的とす
る。
し、改質ガス中の一酸化炭素を除去する酸化反応が行わ
れるときに触媒層をできるだけ均一な反応温度とするこ
とのできる一酸化炭素除去器を提供することを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、原料ガスを改質器によって
改質して得た一酸化炭素を含む水素リッチの改質ガスを
酸素を含むガスと混合して触媒層を通過させることによ
って改質ガス中の一酸化炭素を酸化させて低減する一酸
化炭素除去器において、前記触媒層を複数触媒層エレメ
ントに分割し、それぞれの触媒層エレメントの間に空間
を設けて配設し、最下流の触媒層エレメントには改質ガ
スと酸素を含むガスとの混合気が触媒と酸化反応して通
る触媒通路を設け、その他のそれぞれの触媒層エレメン
トには前記混合気が触媒と酸化反応して通る触媒通路お
よび前記混合気が触媒層エレメントの触媒に接触しない
で通る通過孔を設け、この通過孔の断面積は下流側に配
置された触媒層エレメントの通過孔ほど小さく形成され
ているものである。
に、請求項１記載の発明は、原料ガスを改質器によって
改質して得た一酸化炭素を含む水素リッチの改質ガスを
酸素を含むガスと混合して触媒層を通過させることによ
って改質ガス中の一酸化炭素を酸化させて低減する一酸
化炭素除去器において、前記触媒層を複数触媒層エレメ
ントに分割し、それぞれの触媒層エレメントの間に空間
を設けて配設し、最下流の触媒層エレメントには改質ガ
スと酸素を含むガスとの混合気が触媒と酸化反応して通
る触媒通路を設け、その他のそれぞれの触媒層エレメン
トには前記混合気が触媒と酸化反応して通る触媒通路お
よび前記混合気が触媒層エレメントの触媒に接触しない
で通る通過孔を設け、この通過孔の断面積は下流側に配
置された触媒層エレメントの通過孔ほど小さく形成され
ているものである。
【００１１】請求項２記載の発明は、原料ガスを改質器
によって改質して得た一酸化炭素を含む水素リッチの改
質ガスを酸素を含むガスと混合して触媒層を通過させる
ことによって改質ガス中の一酸化炭素を酸化させて低減
する一酸化炭素除去器において、前記触媒層を複数触媒
層エレメントに分割し、それぞれの触媒層エレメントの
前後に空間を設けて配設し、最下流の触媒層エレメント
を除く各触媒層エレメントには各触媒層エレメントの前
後の空間をつなぐバイパス管を設けたものである。
によって改質して得た一酸化炭素を含む水素リッチの改
質ガスを酸素を含むガスと混合して触媒層を通過させる
ことによって改質ガス中の一酸化炭素を酸化させて低減
する一酸化炭素除去器において、前記触媒層を複数触媒
層エレメントに分割し、それぞれの触媒層エレメントの
前後に空間を設けて配設し、最下流の触媒層エレメント
を除く各触媒層エレメントには各触媒層エレメントの前
後の空間をつなぐバイパス管を設けたものである。
【００１２】請求項３記載の発明は、前記触媒層エレメ
ントは混合気の量に応じて数を増減して配設されるもの
である。
ントは混合気の量に応じて数を増減して配設されるもの
である。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面に基づいて説明する。なお、図４と同一の構成要
素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
て図面に基づいて説明する。なお、図４と同一の構成要
素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００１４】図１は原料ガスから水素リッチなガスを得
る工程の説明図である。この工程は脱硫器９、改質器
１、熱交換器１０、一酸化炭素変成器２、一酸化炭素除
去器３とから構成される。
る工程の説明図である。この工程は脱硫器９、改質器
１、熱交換器１０、一酸化炭素変成器２、一酸化炭素除
去器３とから構成される。
【００１５】脱硫器９において原料ガスは、原料ガス中
に不純物として含まれる硫黄化合物が脱硫器９の内部に
充填された脱硫触媒と接触して除去される。改質器１に
おいて脱硫された原料ガスに水蒸気が加えられ、改質器
１の内部に充填され高温に保持された改質触媒と接触し
て水素リッチな改質ガスが生成される。改質器１から出
た改質ガスは、一酸化炭素変成器２の動作温度まで冷却
するため、熱交換器１０へ送られる。熱交換器１０にお
いて、改質ガスは冷却水との間で熱交換が行われ冷却さ
れる。熱交換器１０で冷却された改質ガスは、一酸化炭
素変成器２へ送られる。一酸化炭素変成器２において改
質ガスは、改質ガス中に含まれる一酸化炭素成分が一酸
化炭素変成器２内部に充填された変成触媒と接触して変
成される。変成されることにより一酸化炭素濃度が１％
以下に低減される。さらに一酸化炭素除去器３おいて改
質ガスは、空気と混合され摂氏１５０〜２００度の温度
で一酸化炭素除去器３に充填されたルテニウム、ロジウ
ム等の触媒１５と接触して一酸化炭素濃度を１０ＰＰＭ
以下に低減される。一酸化炭素除去器３から排出された
ガスは、燃料電池４の燃料極に供給され、一部はリサイ
クルラインを通ってバーナの燃料として使用される。
に不純物として含まれる硫黄化合物が脱硫器９の内部に
充填された脱硫触媒と接触して除去される。改質器１に
おいて脱硫された原料ガスに水蒸気が加えられ、改質器
１の内部に充填され高温に保持された改質触媒と接触し
て水素リッチな改質ガスが生成される。改質器１から出
た改質ガスは、一酸化炭素変成器２の動作温度まで冷却
するため、熱交換器１０へ送られる。熱交換器１０にお
いて、改質ガスは冷却水との間で熱交換が行われ冷却さ
れる。熱交換器１０で冷却された改質ガスは、一酸化炭
素変成器２へ送られる。一酸化炭素変成器２において改
質ガスは、改質ガス中に含まれる一酸化炭素成分が一酸
化炭素変成器２内部に充填された変成触媒と接触して変
成される。変成されることにより一酸化炭素濃度が１％
以下に低減される。さらに一酸化炭素除去器３おいて改
質ガスは、空気と混合され摂氏１５０〜２００度の温度
で一酸化炭素除去器３に充填されたルテニウム、ロジウ
ム等の触媒１５と接触して一酸化炭素濃度を１０ＰＰＭ
以下に低減される。一酸化炭素除去器３から排出された
ガスは、燃料電池４の燃料極に供給され、一部はリサイ
クルラインを通ってバーナの燃料として使用される。
【００１６】図２は本発明の第１の実施形態を示す一酸
化炭素除去器の側断面図である。この図に示すように、
一酸化炭素除去器３は容器６内の触媒層を３つの触媒層
エレメントに分割し、それぞれの触媒層エレメントの前
後には空間を設けて配設している。流れの方向に上流側
から第１、第２、第３の触媒層エレメント１１、１２、
１３である。各触媒層エレメント１１、１２、１３は容
器６の内面の壁と多孔板１４とで囲まれた中に粒状のル
テニウム、ロジウム等の特定の触媒１５が充填され形成
されている。触媒１５の粒の大きさは多孔板１４の孔１
６よりも大きく多孔板１４から触媒１５がこぼれること
はない。各触媒層エレメント１１、１２、１３の前後に
は空間が設けられ、それぞれ第１、第２、第３、第４の
空間２１、２２、２３、２４が設けられている。２５は
第１の触媒層エレメント１１の中心に円筒管を設けて形
成された第１の通過孔で、容器の入口であるガス導入管
２７から入った改質ガスと空気との混合気が第１の触媒
層エレメント１１の触媒１５と接触することなく下流側
に流れるようになっている。２６は第２の触媒層エレメ
ント１２に形成された第２の通過孔で第１の通過孔２５
と同様に混合気が第２の触媒層エレメント１２の触媒１
５と接触することなく下流側に通過できる。第２の通過
孔２６の断面積は第１の通過孔２５の断面積よりも小さ
くなっている。なお、第３の触媒層エレメント１３には
通過孔を設けておらず上流側の触媒通路２８、２９およ
び通過孔２５、２６を通った混合気の全量がこの触媒層
エレメント１３を通過する。第３の触媒層エレメント１
３の下流側には第４の空間２４に続いてガス排出管３２
が設けられている。
化炭素除去器の側断面図である。この図に示すように、
一酸化炭素除去器３は容器６内の触媒層を３つの触媒層
エレメントに分割し、それぞれの触媒層エレメントの前
後には空間を設けて配設している。流れの方向に上流側
から第１、第２、第３の触媒層エレメント１１、１２、
１３である。各触媒層エレメント１１、１２、１３は容
器６の内面の壁と多孔板１４とで囲まれた中に粒状のル
テニウム、ロジウム等の特定の触媒１５が充填され形成
されている。触媒１５の粒の大きさは多孔板１４の孔１
６よりも大きく多孔板１４から触媒１５がこぼれること
はない。各触媒層エレメント１１、１２、１３の前後に
は空間が設けられ、それぞれ第１、第２、第３、第４の
空間２１、２２、２３、２４が設けられている。２５は
第１の触媒層エレメント１１の中心に円筒管を設けて形
成された第１の通過孔で、容器の入口であるガス導入管
２７から入った改質ガスと空気との混合気が第１の触媒
層エレメント１１の触媒１５と接触することなく下流側
に流れるようになっている。２６は第２の触媒層エレメ
ント１２に形成された第２の通過孔で第１の通過孔２５
と同様に混合気が第２の触媒層エレメント１２の触媒１
５と接触することなく下流側に通過できる。第２の通過
孔２６の断面積は第１の通過孔２５の断面積よりも小さ
くなっている。なお、第３の触媒層エレメント１３には
通過孔を設けておらず上流側の触媒通路２８、２９およ
び通過孔２５、２６を通った混合気の全量がこの触媒層
エレメント１３を通過する。第３の触媒層エレメント１
３の下流側には第４の空間２４に続いてガス排出管３２
が設けられている。
【００１７】通常運転時において、一酸化炭素濃度約１
％の改質ガスと空気との混合ガスがガス導入管から第１
の空間２１内に進入すると、混合気は第１の空間２１内
に広がる。第１の空間２１内に広がった混合気は、多孔
板１４の孔１６から触媒層エレメント１１の触媒通路２
８を通過するものと、通過孔２５を通かするものとに分
散され第２の空間２２に流れ込む。このとき第１の触媒
層エレメント１１を通った混合気は混合気中の一酸化炭
素と酸素とが触媒１５により酸化反応して一酸化炭素を
減少する。この酸化反応によって発熱が起こり、特に触
媒層エレメント１１の上流側で温度上昇が大きくなる。
次に第２の空間２２内に進入した混合気は、第２の触媒
層エレメント１２の触媒通路２９と通過孔２６とに分か
れて第３の空間２３に流れる。このとき第２の触媒層エ
レメント１２で生じる酸化反応は、第１の触媒層エレメ
ント１１でおきる酸化反応より混合気中の一酸化炭素濃
度及び酸素濃度が減少している分、小さくなり、発熱も
少ないものとなる。第３の空間２３内に進入して広がっ
た混合気は、その全量を第３の触媒層エレメント１３の
触媒１５と接触し酸化反応をして第４の空間２４からガ
ス排出管３２に送られ排出される。このように、各触媒
層エレメント１１、１２、１３での酸化反応によって一
酸化炭素濃度は１０ＰＰＭ以下に低減される。
％の改質ガスと空気との混合ガスがガス導入管から第１
の空間２１内に進入すると、混合気は第１の空間２１内
に広がる。第１の空間２１内に広がった混合気は、多孔
板１４の孔１６から触媒層エレメント１１の触媒通路２
８を通過するものと、通過孔２５を通かするものとに分
散され第２の空間２２に流れ込む。このとき第１の触媒
層エレメント１１を通った混合気は混合気中の一酸化炭
素と酸素とが触媒１５により酸化反応して一酸化炭素を
減少する。この酸化反応によって発熱が起こり、特に触
媒層エレメント１１の上流側で温度上昇が大きくなる。
次に第２の空間２２内に進入した混合気は、第２の触媒
層エレメント１２の触媒通路２９と通過孔２６とに分か
れて第３の空間２３に流れる。このとき第２の触媒層エ
レメント１２で生じる酸化反応は、第１の触媒層エレメ
ント１１でおきる酸化反応より混合気中の一酸化炭素濃
度及び酸素濃度が減少している分、小さくなり、発熱も
少ないものとなる。第３の空間２３内に進入して広がっ
た混合気は、その全量を第３の触媒層エレメント１３の
触媒１５と接触し酸化反応をして第４の空間２４からガ
ス排出管３２に送られ排出される。このように、各触媒
層エレメント１１、１２、１３での酸化反応によって一
酸化炭素濃度は１０ＰＰＭ以下に低減される。
【００１８】このように、ガス導入管２７から一酸化炭
素除去器３に進入した混合気を各触媒層エレメント１
１、１２に設けた通過孔２５、２６を通過させることに
より混合気を分散させて、混合気の一部を触媒と接触さ
せないようにするので、各触媒層エレメント１１、１２
での酸化反応および発熱反応がその分少なくなり活発な
温度上昇を抑えることができる。
素除去器３に進入した混合気を各触媒層エレメント１
１、１２に設けた通過孔２５、２６を通過させることに
より混合気を分散させて、混合気の一部を触媒と接触さ
せないようにするので、各触媒層エレメント１１、１２
での酸化反応および発熱反応がその分少なくなり活発な
温度上昇を抑えることができる。
【００１９】通過孔の断面積は上流側の通過孔の方が大
きいことから、混合気が触媒と接触する量は上流側触媒
層エレメントより下流側触媒層エレメントの方が多くな
るが、酸化反応および発熱反応は混合気の一酸化炭素及
び酸素濃度が上流側ほど高いので上流側触媒層エレメン
トの方が活発に行われ、触媒層全体として温度上昇をほ
ぼ均一にすることができる。
きいことから、混合気が触媒と接触する量は上流側触媒
層エレメントより下流側触媒層エレメントの方が多くな
るが、酸化反応および発熱反応は混合気の一酸化炭素及
び酸素濃度が上流側ほど高いので上流側触媒層エレメン
トの方が活発に行われ、触媒層全体として温度上昇をほ
ぼ均一にすることができる。
【００２０】また、混合気の一部がガス導入管２７から
それぞれ通過孔２５、２６を介して第２、第３の空間２
２、２３に入るので、第２、第３の触媒層エレメント１
２、１３における酸素不足を補うことができる。このよ
うに、上流側触媒層エレメント１１、１２のみでの活発
な酸化作用を防止すると共に、下流側での酸素不足を防
止して触媒層エレメント１１、１２、１３全体の温度分
布を均一にして良好な温度状態を保持して、良好な一酸
化炭素除去効果を得ることができる。
それぞれ通過孔２５、２６を介して第２、第３の空間２
２、２３に入るので、第２、第３の触媒層エレメント１
２、１３における酸素不足を補うことができる。このよ
うに、上流側触媒層エレメント１１、１２のみでの活発
な酸化作用を防止すると共に、下流側での酸素不足を防
止して触媒層エレメント１１、１２、１３全体の温度分
布を均一にして良好な温度状態を保持して、良好な一酸
化炭素除去効果を得ることができる。
【００２１】図３は本発明の第２の実施形態を示す一酸
化炭素除去器の側断面図である。第１の空間２１と第２
の空間との間及び第２の空間と第３の空間との間には、
それぞれバイパス管３３、３４を設けている。
化炭素除去器の側断面図である。第１の空間２１と第２
の空間との間及び第２の空間と第３の空間との間には、
それぞれバイパス管３３、３４を設けている。
【００２２】改質ガスと空気との混合ガスがガス導入管
２７から第１の空間２１内に進入すると、第１の空間２
１内に広がる。第１の空間２１内に広がった混合気は、
多孔板１４の孔１６から触媒層エレメント１１の触媒通
路２８を通過するものと、バイパス管３３を通過するも
のとに分散して第２の空間２２に流れ込む。第１の空間
で混合気が分散されるので、その分第１の触媒層エレメ
ント１１での酸化反応および発熱反応が少なくなり温度
上昇を抑えることができる。第２の触媒層エレメント１
２でも同様に温度上昇を抑えることができる。このよう
に混合気の一部を減らして混合気と触媒とを徐々に酸化
反応させることにより温度上昇のし過ぎをなくして一酸
化炭素除去器３全体として良好な温度を保持することが
できる。
２７から第１の空間２１内に進入すると、第１の空間２
１内に広がる。第１の空間２１内に広がった混合気は、
多孔板１４の孔１６から触媒層エレメント１１の触媒通
路２８を通過するものと、バイパス管３３を通過するも
のとに分散して第２の空間２２に流れ込む。第１の空間
で混合気が分散されるので、その分第１の触媒層エレメ
ント１１での酸化反応および発熱反応が少なくなり温度
上昇を抑えることができる。第２の触媒層エレメント１
２でも同様に温度上昇を抑えることができる。このよう
に混合気の一部を減らして混合気と触媒とを徐々に酸化
反応させることにより温度上昇のし過ぎをなくして一酸
化炭素除去器３全体として良好な温度を保持することが
できる。
【００２３】以上、実施形態に基づいて本発明を説明し
たが、本発明はこれに限定されるものではない。第１実
施形態では最下流の触媒層エレメント１３を除く各触媒
層エレメント１１、１２の中心の位置に通過孔２５、２
６を設けているが、混合気が触媒通路と通過孔とに分散
して流れるようにできれば中心の位置でなくても良い。
たが、本発明はこれに限定されるものではない。第１実
施形態では最下流の触媒層エレメント１３を除く各触媒
層エレメント１１、１２の中心の位置に通過孔２５、２
６を設けているが、混合気が触媒通路と通過孔とに分散
して流れるようにできれば中心の位置でなくても良い。
【００２４】
【発明の効果】請求項１または２の発明によれば、触媒
層を複数触媒層エレメントに分割し、それぞれの触媒層
エレメントの間に空間を設けて配設し、それぞれの触媒
層エレメントに混合気が触媒と酸化反応して通る触媒通
路および前記混合気が触媒層エレメントの触媒に接触し
ないで通る通過孔を設けたことにより、ガス導入管から
入った混合気が触媒通路と通過孔とに振り分けられる。
混合気が振り分けられたことにより、その分各触媒エレ
メントにおける酸化反応が少なくなる。通過孔を通った
混合気が各触媒層エレメントに分散され酸化反応が徐々
に行われるので、酸化反応に伴う発熱反応も分散され触
媒層全体の温度が均一になり触媒層の温度を良好な状態
に保持することができる。
層を複数触媒層エレメントに分割し、それぞれの触媒層
エレメントの間に空間を設けて配設し、それぞれの触媒
層エレメントに混合気が触媒と酸化反応して通る触媒通
路および前記混合気が触媒層エレメントの触媒に接触し
ないで通る通過孔を設けたことにより、ガス導入管から
入った混合気が触媒通路と通過孔とに振り分けられる。
混合気が振り分けられたことにより、その分各触媒エレ
メントにおける酸化反応が少なくなる。通過孔を通った
混合気が各触媒層エレメントに分散され酸化反応が徐々
に行われるので、酸化反応に伴う発熱反応も分散され触
媒層全体の温度が均一になり触媒層の温度を良好な状態
に保持することができる。
【００２５】請求項３の発明によれば、一酸化炭素除去
器に入る混合気の量に合わせて各触媒層エレメントの数
を増減して一酸化炭素除去器を設計することにより、触
媒層の温度をさらに細かく管理でき、良好な温度状態を
触媒層保ち、効率の良い一酸化炭素除去器とすることが
できる。
器に入る混合気の量に合わせて各触媒層エレメントの数
を増減して一酸化炭素除去器を設計することにより、触
媒層の温度をさらに細かく管理でき、良好な温度状態を
触媒層保ち、効率の良い一酸化炭素除去器とすることが
できる。
【図１】原料ガスの改質装置のシステムを示す説明図で
ある。
ある。
【図２】本発明の第１の実施形態を示す一酸化炭素除去
器の側断面図である。
器の側断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す一酸化炭素除去
器の側断面図である。
器の側断面図である。
【図４】従来の一酸化炭素除去器を示す側断面図であ
る。
る。
１ 改質器 ３ 一酸化炭素除去器 ４ 燃料電池 ５ 触媒層 １１ 第１の触媒層エレメント １２ 第２の触媒層エレメント １３ 第３の触媒層エレメント １５ 触媒 ２１ 第１の空間 ２２ 第２の空間 ２３ 第３の空間 ２４ 第４の空間 ２５ 第１の通過孔 ２６ 第２の通過孔 ２８ 第１触媒層エレメントの触媒通路 ２９ 第２触媒層エレメントの触媒通路 ３０ 第３触媒層エレメントの触媒通路 ３３ 第１のバイパス管 ３４ 第２のバイパス管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黄木 丈俊 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 田島 収 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4G040 FA01 FB04 FC07 4G069 AA15 BC70A BC71A CC17 CC32 DA05 EA02X EE06 FB79
Claims (3)
- 【請求項１】 原料ガスを改質器によって改質して得た
一酸化炭素を含む水素リッチの改質ガスを酸素を含むガ
スと混合して触媒層を通過させることによって改質ガス
中の一酸化炭素を酸化させて低減する一酸化炭素除去器
において、 前記触媒層を複数触媒層エレメントに分割し、それぞれ
の触媒層エレメントの間に空間を設けて配設し、最下流
の触媒層エレメントには改質ガスと酸素を含むガスとの
混合気が触媒と酸化反応して通る触媒通路を設け、その
他のそれぞれの触媒層エレメントには前記混合気が触媒
と酸化反応して通る触媒通路および前記混合気が触媒層
エレメントの触媒に接触しないで通る通過孔を設け、こ
の通過孔の断面積は下流側に配置された触媒層エレメン
トの通過孔ほど小さく形成されていることを特徴とする
燃料電池の一酸化炭素除去器。 - 【請求項２】 原料ガスを改質器によって改質して得た
一酸化炭素を含む水素リッチの改質ガスを酸素を含むガ
スと混合して触媒層を通過させることによって改質ガス
中の一酸化炭素を酸化させて低減する一酸化炭素除去器
において、前記触媒層を複数触媒層エレメントに分割
し、それぞれの触媒層エレメントの前後に空間を設けて
配設し、最下流の触媒層エレメントを除く各触媒層エレ
メントには各触媒層エレメントの前後の空間をつなぐバ
イパス管を設けたことを特徴とする燃料電池の一酸化炭
素除去器。 - 【請求項３】 前記触媒層エレメントは混合気の量に応
じて数を増減して配設されることを特徴とする請求項１
または２記載の燃料電池の一酸化炭素除去器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11068725A JP2000264604A (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | 燃料電池の一酸化炭素除去器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11068725A JP2000264604A (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | 燃料電池の一酸化炭素除去器 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005100374A Division JP2005255519A (ja) | 2005-03-31 | 2005-03-31 | 反応器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000264604A true JP2000264604A (ja) | 2000-09-26 |
Family
ID=13382071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11068725A Withdrawn JP2000264604A (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | 燃料電池の一酸化炭素除去器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000264604A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004277275A (ja) * | 2003-02-27 | 2004-10-07 | Toyota Motor Corp | 水素抽出装置 |
| JP2009502727A (ja) * | 2005-08-01 | 2009-01-29 | ビーエーエスエフ、カタリスツ、エルエルシー | 単一の空気噴射による二段階選択的酸化システム |
| JP2015020133A (ja) * | 2013-07-22 | 2015-02-02 | 株式会社リコー | 流体処理装置及び触媒配置構造 |
| US11623181B2 (en) * | 2014-01-17 | 2023-04-11 | Mitsubishi Power Americas, Inc. | Method and apparatus for operating a gas turbine power plant at low load conditions with stack compliant emissions levels |
-
1999
- 1999-03-15 JP JP11068725A patent/JP2000264604A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004277275A (ja) * | 2003-02-27 | 2004-10-07 | Toyota Motor Corp | 水素抽出装置 |
| JP2009502727A (ja) * | 2005-08-01 | 2009-01-29 | ビーエーエスエフ、カタリスツ、エルエルシー | 単一の空気噴射による二段階選択的酸化システム |
| JP2015020133A (ja) * | 2013-07-22 | 2015-02-02 | 株式会社リコー | 流体処理装置及び触媒配置構造 |
| US11623181B2 (en) * | 2014-01-17 | 2023-04-11 | Mitsubishi Power Americas, Inc. | Method and apparatus for operating a gas turbine power plant at low load conditions with stack compliant emissions levels |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20050408 |