JP2000335904A - Ｃｏ除去装置及び燃料電池システム - Google Patents
Ｃｏ除去装置及び燃料電池システムInfo
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
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- Catalysts (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 反応容器内の選択酸化触媒を全ての範囲
にわたって最適な温度範囲に維持することを可能とし、
一酸化炭素の除去性能の向上したＣＯ除去装置を提供す
ると共に、電池性能の向上した燃料電池システムを提供
することを目的とする。 【構成】 選択酸化触媒を収納すると共に互いに連結さ
れた複数の反応容器１１Ａ，１１Ｂを有し、一酸化炭素
を含有する含ＣＯガス及び空気を前記複数の反応容器１
１Ａ，１１Ｂ内に通過させ、前記選択酸化触媒によって
生じる選択酸化反応により前記含ＣＯガス中の一酸化炭
素を選択酸化するＣＯ除去装置であって、前記複数の反
応容器１１Ａ，１１Ｂのうち連続して配された反応容器
における一方の反応容器１１Ａの上流部及び下流部を、
他方の反応容器１１Ｂの下流部及び上流部と夫々熱伝達
可能に配したことを特徴とする。
にわたって最適な温度範囲に維持することを可能とし、
一酸化炭素の除去性能の向上したＣＯ除去装置を提供す
ると共に、電池性能の向上した燃料電池システムを提供
することを目的とする。 【構成】 選択酸化触媒を収納すると共に互いに連結さ
れた複数の反応容器１１Ａ，１１Ｂを有し、一酸化炭素
を含有する含ＣＯガス及び空気を前記複数の反応容器１
１Ａ，１１Ｂ内に通過させ、前記選択酸化触媒によって
生じる選択酸化反応により前記含ＣＯガス中の一酸化炭
素を選択酸化するＣＯ除去装置であって、前記複数の反
応容器１１Ａ，１１Ｂのうち連続して配された反応容器
における一方の反応容器１１Ａの上流部及び下流部を、
他方の反応容器１１Ｂの下流部及び上流部と夫々熱伝達
可能に配したことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一酸化炭素を含有
する含ＣＯガスから該一酸化炭素を除去するためのＣＯ
除去装置、及びこれを備えた燃料電池システムに係り、
特にＣＯ除去装置における一酸化炭素の除去性能を向上
させると共に、燃料電池システムの発電性能を向上させ
るための技術に関する。
する含ＣＯガスから該一酸化炭素を除去するためのＣＯ
除去装置、及びこれを備えた燃料電池システムに係り、
特にＣＯ除去装置における一酸化炭素の除去性能を向上
させると共に、燃料電池システムの発電性能を向上させ
るための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、環境保全の観点からガソリンや軽
油等の燃焼エネルギを用いたエンジンの代替が求められ
ており、車両等の駆動エネルギを燃料電池から得ること
が検討されている。この燃料電池においては、カソード
に空気等の酸化剤が、またアノードに水素リッチな燃料
ガスが供給されることにより発電が生じる。
油等の燃焼エネルギを用いたエンジンの代替が求められ
ており、車両等の駆動エネルギを燃料電池から得ること
が検討されている。この燃料電池においては、カソード
に空気等の酸化剤が、またアノードに水素リッチな燃料
ガスが供給されることにより発電が生じる。
【０００３】図４は通常の燃料電池システムの概略構成
を示すシステム構成図である。図示しない原料ガス供給
系から供給されるメタンやプロパンガス等の炭化水素系
の原料ガスはまず脱硫器１に供給され、該脱硫器１によ
り原料ガス中に付臭剤として添加されている硫黄成分が
除去された後に、改質器２に導入される。改質器２には
原料ガスと共に図示しない水蒸気供給系から水蒸気が供
給されており、水蒸気改質反応（ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋
３Ｈ2）により、水素濃度が７５〜８０％程度の水素リ
ッチな燃料ガスが生成される。
を示すシステム構成図である。図示しない原料ガス供給
系から供給されるメタンやプロパンガス等の炭化水素系
の原料ガスはまず脱硫器１に供給され、該脱硫器１によ
り原料ガス中に付臭剤として添加されている硫黄成分が
除去された後に、改質器２に導入される。改質器２には
原料ガスと共に図示しない水蒸気供給系から水蒸気が供
給されており、水蒸気改質反応（ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋
３Ｈ2）により、水素濃度が７５〜８０％程度の水素リ
ッチな燃料ガスが生成される。
【０００４】斯かる改質器２から出た直後の燃料ガスに
は１０〜１５％程度の濃度の一酸化炭素が含まれてい
る。この一酸化炭素はアノードに用いられている触媒の
性能を低下させるために、改質器２から出た直後の燃料
ガスを直接燃料電池本体のアノードに供給すると、燃料
電池本体の発電性能を低下させる。
は１０〜１５％程度の濃度の一酸化炭素が含まれてい
る。この一酸化炭素はアノードに用いられている触媒の
性能を低下させるために、改質器２から出た直後の燃料
ガスを直接燃料電池本体のアノードに供給すると、燃料
電池本体の発電性能を低下させる。
【０００５】そこで、従来改質器２から出た燃料ガスを
ＣＯ変成器３及びＣＯ除去器４を介して燃料電池本体５
のアノード５１に供給している。ＣＯ変成器３内ではＣ
Ｏシフト反応（ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2）により一酸
化炭素が二酸化炭素にシフトされ、一酸化炭素濃度が１
％程度にまで低減される。さらに、ＣＯ除去装置４内で
は選択酸化反応（ＣＯ＋１／２Ｏ2→ＣＯ2）が生じ、一
酸化炭素が選択酸化されてその濃度が１０ｐｐｍ程度に
まで低減される。そして、このように一酸化炭素が１０
ｐｐｍ程度にまで低減された水素リッチな燃料ガスが、
燃料電池本体５のアノード５１に供給されている。ま
た、燃料電池本体５のカソード５２には図示しないブロ
ア等の空気供給手段により空気が供給され、この結果燃
料電池本体５で発電が生じる。
ＣＯ変成器３及びＣＯ除去器４を介して燃料電池本体５
のアノード５１に供給している。ＣＯ変成器３内ではＣ
Ｏシフト反応（ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2）により一酸
化炭素が二酸化炭素にシフトされ、一酸化炭素濃度が１
％程度にまで低減される。さらに、ＣＯ除去装置４内で
は選択酸化反応（ＣＯ＋１／２Ｏ2→ＣＯ2）が生じ、一
酸化炭素が選択酸化されてその濃度が１０ｐｐｍ程度に
まで低減される。そして、このように一酸化炭素が１０
ｐｐｍ程度にまで低減された水素リッチな燃料ガスが、
燃料電池本体５のアノード５１に供給されている。ま
た、燃料電池本体５のカソード５２には図示しないブロ
ア等の空気供給手段により空気が供給され、この結果燃
料電池本体５で発電が生じる。
【０００６】上記ＣＯ除去装置４は、通常ルテニウム，
ロジウム等の選択酸化触媒が内部に収納された細長の鋼
管容器（反応容器）から成ると共に、この反応容器内に
その長手方向に沿って、燃料ガスが空気と共に導入され
るように構成されている。そして、斯様に燃料ガスが反
応容器内を通過する際に、燃料ガス中の一酸化炭素が選
択酸化触媒により選択酸化されて二酸化炭素となり、一
酸化炭素濃度が低減されている（特開平５−２０１７０
２号）。
ロジウム等の選択酸化触媒が内部に収納された細長の鋼
管容器（反応容器）から成ると共に、この反応容器内に
その長手方向に沿って、燃料ガスが空気と共に導入され
るように構成されている。そして、斯様に燃料ガスが反
応容器内を通過する際に、燃料ガス中の一酸化炭素が選
択酸化触媒により選択酸化されて二酸化炭素となり、一
酸化炭素濃度が低減されている（特開平５−２０１７０
２号）。
【０００７】ところで、斯かるＣＯ除去装置にあって
は、反応容器内に燃料ガスと空気が導入されると入口側
から選択酸化反応が進行し、ガス流れ方向に沿って燃料
ガス中の一酸化炭素及び空気中の酸素が選択酸化反応に
より消費されながら出口側にまで達する。このため、一
酸化炭素及び酸素の濃度は入口側で高く、出口側で低く
なり、これに応じて反応容器内で生じる選択酸化反応も
入口側で多く、出口側で少なくなる。また、斯かる選択
酸化反応は発熱反応であることから、反応容器内で発生
する熱量も入口側で多く、出口側で少なくなり、従って
反応容器内にはガス流れ方向に沿って、入口側で高温、
出口側で低温という温度分布が生じる。
は、反応容器内に燃料ガスと空気が導入されると入口側
から選択酸化反応が進行し、ガス流れ方向に沿って燃料
ガス中の一酸化炭素及び空気中の酸素が選択酸化反応に
より消費されながら出口側にまで達する。このため、一
酸化炭素及び酸素の濃度は入口側で高く、出口側で低く
なり、これに応じて反応容器内で生じる選択酸化反応も
入口側で多く、出口側で少なくなる。また、斯かる選択
酸化反応は発熱反応であることから、反応容器内で発生
する熱量も入口側で多く、出口側で少なくなり、従って
反応容器内にはガス流れ方向に沿って、入口側で高温、
出口側で低温という温度分布が生じる。
【０００８】一方、上記ルテニウムやロジウムといった
選択酸化触媒を用いて一酸化炭素を選択酸化するために
は、これら選択酸化触媒の温度を最適な温度範囲に維持
する必要がある。例えばルテニウム系の選択酸化触媒を
用いた場合、一酸化炭素を十分に選択酸化するためには
触媒の温度を１３０℃〜１９０℃の温度範囲に維持する
必要がある。選択酸化触媒の温度がこの温度範囲よりも
高い温度であると一酸化炭素又は二酸化炭素が水素と結
合してメタンが生成されるため、燃料となる水素が消費
されてしまい、燃料電池本体に供給される水素量が減少
してしまうこととなり、発電量が低下してしまう。一
方、上記温度範囲よりも低い温度では一酸化炭素を十分
に除去できるだけの選択酸化反応が生じない。
選択酸化触媒を用いて一酸化炭素を選択酸化するために
は、これら選択酸化触媒の温度を最適な温度範囲に維持
する必要がある。例えばルテニウム系の選択酸化触媒を
用いた場合、一酸化炭素を十分に選択酸化するためには
触媒の温度を１３０℃〜１９０℃の温度範囲に維持する
必要がある。選択酸化触媒の温度がこの温度範囲よりも
高い温度であると一酸化炭素又は二酸化炭素が水素と結
合してメタンが生成されるため、燃料となる水素が消費
されてしまい、燃料電池本体に供給される水素量が減少
してしまうこととなり、発電量が低下してしまう。一
方、上記温度範囲よりも低い温度では一酸化炭素を十分
に除去できるだけの選択酸化反応が生じない。
【０００９】従って、従来のＣＯ除去装置においては上
述したように入口側で高温、出口側で低温という温度分
布が生じるために、反応容器内の選択酸化触媒を全ての
範囲にわたって最適な温度範囲に維持することが困難と
なり、選択酸化反応の効率低下を招いて一酸化炭素を十
分に除去できない、或いは燃料として供給される水素量
が少なくなる虞があった。
述したように入口側で高温、出口側で低温という温度分
布が生じるために、反応容器内の選択酸化触媒を全ての
範囲にわたって最適な温度範囲に維持することが困難と
なり、選択酸化反応の効率低下を招いて一酸化炭素を十
分に除去できない、或いは燃料として供給される水素量
が少なくなる虞があった。
【００１０】そこで、斯かる課題を解決するために、複
数の反応容器を備え、夫々の反応容器の上流側に酸素を
導入するようにしたＣＯ除去装置が提案されている（特
開平８−４７６２１号）。
数の反応容器を備え、夫々の反応容器の上流側に酸素を
導入するようにしたＣＯ除去装置が提案されている（特
開平８−４７６２１号）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、斯かる装置
においても、夫々の反応容器においてガス流れ方向に沿
って入口側で高温、出口側で低温となる温度分布が生じ
るという課題を根本的に解決することはできず、このた
め選択酸化触媒を最適温度範囲に調整することが困難と
なり、選択酸化反応の効率低下を招いて一酸化炭素を十
分に除去できない、或いは燃料となる水素量が減少する
という課題が、依然として残っていた。
においても、夫々の反応容器においてガス流れ方向に沿
って入口側で高温、出口側で低温となる温度分布が生じ
るという課題を根本的に解決することはできず、このた
め選択酸化触媒を最適温度範囲に調整することが困難と
なり、選択酸化反応の効率低下を招いて一酸化炭素を十
分に除去できない、或いは燃料となる水素量が減少する
という課題が、依然として残っていた。
【００１２】本発明は、斯かる従来の課題を解決し、反
応容器のガス流れ方向に生じる温度分布を均一な分布に
近付け、反応容器内の選択酸化触媒を全ての範囲にわた
って最適な温度範囲に維持することを可能とし、一酸化
炭素の除去性能の向上したＣＯ除去装置を提供すると共
に、このＣＯ除去装置を用いて電池性能の向上した燃料
電池システムを提供することを目的とする。
応容器のガス流れ方向に生じる温度分布を均一な分布に
近付け、反応容器内の選択酸化触媒を全ての範囲にわた
って最適な温度範囲に維持することを可能とし、一酸化
炭素の除去性能の向上したＣＯ除去装置を提供すると共
に、このＣＯ除去装置を用いて電池性能の向上した燃料
電池システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】斯かる従来の課題を解決
するために、本発明ＣＯ除去装置は、選択酸化触媒を収
納すると共に互いに連結された複数の反応容器を有し、
一酸化炭素を含有する含ＣＯガス及び空気を前記複数の
反応容器内に通過させ、前記選択酸化触媒によって生じ
る選択酸化反応により前記含ＣＯガス中の一酸化炭素を
選択酸化するＣＯ除去装置であって、前記複数の反応容
器のうち連続して配された反応容器における一方の反応
容器の上流部及び下流部が、他方の反応容器の下流部及
び上流部と夫々熱伝達可能に配されていることを特徴と
する。
するために、本発明ＣＯ除去装置は、選択酸化触媒を収
納すると共に互いに連結された複数の反応容器を有し、
一酸化炭素を含有する含ＣＯガス及び空気を前記複数の
反応容器内に通過させ、前記選択酸化触媒によって生じ
る選択酸化反応により前記含ＣＯガス中の一酸化炭素を
選択酸化するＣＯ除去装置であって、前記複数の反応容
器のうち連続して配された反応容器における一方の反応
容器の上流部及び下流部が、他方の反応容器の下流部及
び上流部と夫々熱伝達可能に配されていることを特徴と
する。
【００１４】また、前記複数の反応容器のうち連続して
配された反応容器における一方の反応容器の上流部及び
下流部が、他方の反応容器の下流部及び上流部と夫々近
接して配されていることを特徴とする。
配された反応容器における一方の反応容器の上流部及び
下流部が、他方の反応容器の下流部及び上流部と夫々近
接して配されていることを特徴とする。
【００１５】さらに、前記一方の反応容器と他方の反応
容器とが、良好な熱伝導性を有する接続部材により互い
に近接して接続されていることを特徴とする。
容器とが、良好な熱伝導性を有する接続部材により互い
に近接して接続されていることを特徴とする。
【００１６】加えて、前記複数の反応容器を互いに連通
する複数の連通部のうちの少なくとも１つに、空気を導
入するための空気導入口を設けたことを特徴とする。
する複数の連通部のうちの少なくとも１つに、空気を導
入するための空気導入口を設けたことを特徴とする。
【００１７】さらには、前記複数の反応容器が扁平形状
をなし、且つ連続して配された前記反応容器は、互いの
面積が最も大きい面同士が対向して配されたことを特徴
とし、前記複数の反応容器内に、サーペンタイン状のガ
ス流路が形成されていることを特徴とする。
をなし、且つ連続して配された前記反応容器は、互いの
面積が最も大きい面同士が対向して配されたことを特徴
とし、前記複数の反応容器内に、サーペンタイン状のガ
ス流路が形成されていることを特徴とする。
【００１８】また、本発明燃料電池システムは、上記Ｃ
Ｏ除去装置を燃料ガスの供給経路に有することを特徴と
する。
Ｏ除去装置を燃料ガスの供給経路に有することを特徴と
する。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態に係
るＣＯ除去装置について、図面を参照して説明する。
るＣＯ除去装置について、図面を参照して説明する。
【００２０】図１は本実施の形態に係るＣＯ除去装置の
概略構成を説明するための斜視図であり、図２は図１に
おけるＡ−Ａ線矢視正面図である。
概略構成を説明するための斜視図であり、図２は図１に
おけるＡ−Ａ線矢視正面図である。
【００２１】図中１１Ａ及び１１Ｂは夫々ステンレスか
ら構成される反応容器であり、例えば扁平形状をなして
いる。夫々の反応容器１１Ａ，１１Ｂの内部には、一酸
化炭素を選択酸化するためのルテニウム，ロジウム等の
粒状或いはペレット状の選択酸化触媒が充填されてい
る。図２に示す如く反応容器１１Ａ内には複数のガス流
路仕切板１６が設けられ、ガス流路が蛇行状（サーペン
タイン状）の構成とされている。また、反応容器１１Ｂ
内にも同様に複数のガス流路仕切板が設けられており、
ガス流路がサーペンタイン状の構成とされている。
ら構成される反応容器であり、例えば扁平形状をなして
いる。夫々の反応容器１１Ａ，１１Ｂの内部には、一酸
化炭素を選択酸化するためのルテニウム，ロジウム等の
粒状或いはペレット状の選択酸化触媒が充填されてい
る。図２に示す如く反応容器１１Ａ内には複数のガス流
路仕切板１６が設けられ、ガス流路が蛇行状（サーペン
タイン状）の構成とされている。また、反応容器１１Ｂ
内にも同様に複数のガス流路仕切板が設けられており、
ガス流路がサーペンタイン状の構成とされている。
【００２２】尚、上記仕切板１６を設ける方向は、同図
に示す如く鉛直方向とすることが好ましい。仕切板１６
を水平方向に設けると、反応容器内に充填された選択酸
化触媒が重力の影響により下方に堆積し、上部に隙間が
生じることとなり、含ＣＯガスがこの隙間を通過して流
れるからである。
に示す如く鉛直方向とすることが好ましい。仕切板１６
を水平方向に設けると、反応容器内に充填された選択酸
化触媒が重力の影響により下方に堆積し、上部に隙間が
生じることとなり、含ＣＯガスがこの隙間を通過して流
れるからである。
【００２３】また、１２は一方の反応容器１１Ａ内に一
酸化炭素を含有する含ＣＯガスを導入するためのガス導
入配管であり、１３は空気を導入するための空気導入配
管である。
酸化炭素を含有する含ＣＯガスを導入するためのガス導
入配管であり、１３は空気を導入するための空気導入配
管である。
【００２４】含ＣＯガス及び空気は夫々ガス導入配管１
２及び空気導入配管１３を介して、一方の反応容器１１
Ａの供給口２１より該反応容器１１Ａ内に導入される。
そして、ガス流れ方向に沿って該反応容器１１Ａ内に充
填された選択酸化触媒により選択酸化され乍ら排出口２
２に至り、該排出口２２から一酸化炭素濃度が低減され
たガスが排出される。
２及び空気導入配管１３を介して、一方の反応容器１１
Ａの供給口２１より該反応容器１１Ａ内に導入される。
そして、ガス流れ方向に沿って該反応容器１１Ａ内に充
填された選択酸化触媒により選択酸化され乍ら排出口２
２に至り、該排出口２２から一酸化炭素濃度が低減され
たガスが排出される。
【００２５】この排出口２２は、連通部１４を構成する
ガス配管により他方の反応容器１１Ｂにおける供給口２
３と連通しており、一方の反応容器１１Ａの排出口２２
から排出されたガスは、連通部１４を介して他方の反応
容器１１Ｂの供給口２３より該反応容器１１Ｂ内に導入
される。そして、ガス流れ方向に沿って該反応容器１１
Ｂ内に充填された選択酸化触媒により選択酸化され乍ら
排出口２４に至り、該排出口２４から一酸化炭素濃度が
さらに低減されたガスが、ガス排出配管１５を介して外
部に排出される。
ガス配管により他方の反応容器１１Ｂにおける供給口２
３と連通しており、一方の反応容器１１Ａの排出口２２
から排出されたガスは、連通部１４を介して他方の反応
容器１１Ｂの供給口２３より該反応容器１１Ｂ内に導入
される。そして、ガス流れ方向に沿って該反応容器１１
Ｂ内に充填された選択酸化触媒により選択酸化され乍ら
排出口２４に至り、該排出口２４から一酸化炭素濃度が
さらに低減されたガスが、ガス排出配管１５を介して外
部に排出される。
【００２６】以上のように、一酸化炭素を含有する含Ｃ
Ｏガスは、空気と共に一方の反応容器１１Ａに導入さ
れ、該反応容器１１Ａ内に充填された選択酸化触媒によ
る選択酸化反応によりそのガス中の一酸化炭素濃度が低
減された後に、再度他方の反応容器１１Ｂ内に導入さ
れ、該反応容器１１Ｂ内に充填された選択酸化触媒によ
る選択酸化反応によりそのガス中の一酸化炭素濃度がさ
らに低減された状態で、外部に排出される。
Ｏガスは、空気と共に一方の反応容器１１Ａに導入さ
れ、該反応容器１１Ａ内に充填された選択酸化触媒によ
る選択酸化反応によりそのガス中の一酸化炭素濃度が低
減された後に、再度他方の反応容器１１Ｂ内に導入さ
れ、該反応容器１１Ｂ内に充填された選択酸化触媒によ
る選択酸化反応によりそのガス中の一酸化炭素濃度がさ
らに低減された状態で、外部に排出される。
【００２７】ここで、上述の様に反応容器１１Ａ及び１
１Ｂ内では、供給口２１，２３が配された上流側の方が
温度が高く、排出口２２，２４が配された下流側の方が
温度が低い、という温度分布を生じる。然し乍ら、本発
明にあっては一方の反応容器１１Ａの上流側及び下流側
が、夫々他方の反応容器１１Ｂの下流側及び上流側と熱
伝達可能なように、反応容器１１Ａと１１Ｂとを配して
いる。具体的には、図１に示す如く、扁平形状をなす反
応容器１１Ａと１１Ｂとを、夫々の最も面積が大きな面
同士を近接させて配している。このとき、一方の反応容
器１１Ａの上流側、即ち供給口２１が配された側と、他
方の反応容器１１Ｂの下流側、即ち排出口２４が配され
た側とを近接させ、一方の反応容器１１Ａの下流側、即
ち排出口２２が配された側と、他方の反応容器１１Ｂの
上流側、即ち供給口２３が配された側とを近接させて配
している。
１Ｂ内では、供給口２１，２３が配された上流側の方が
温度が高く、排出口２２，２４が配された下流側の方が
温度が低い、という温度分布を生じる。然し乍ら、本発
明にあっては一方の反応容器１１Ａの上流側及び下流側
が、夫々他方の反応容器１１Ｂの下流側及び上流側と熱
伝達可能なように、反応容器１１Ａと１１Ｂとを配して
いる。具体的には、図１に示す如く、扁平形状をなす反
応容器１１Ａと１１Ｂとを、夫々の最も面積が大きな面
同士を近接させて配している。このとき、一方の反応容
器１１Ａの上流側、即ち供給口２１が配された側と、他
方の反応容器１１Ｂの下流側、即ち排出口２４が配され
た側とを近接させ、一方の反応容器１１Ａの下流側、即
ち排出口２２が配された側と、他方の反応容器１１Ｂの
上流側、即ち供給口２３が配された側とを近接させて配
している。
【００２８】斯かる構成によれば、一方の反応容器１１
Ａにおける高温部である上流側には、他方の反応容器１
１Ｂにおける低温部である下流側で発生した熱量が熱伝
達される。また、一方の反応容器１１Ａにおける低温部
である下流側には、他方の反応容器１１Ｂにおける高温
部である下流側で発生した熱量が熱伝達される。このよ
うに、反応容器１１Ａに反応容器１１Ｂから熱伝達され
る熱量は、高温部である上流側では小さく、低温部であ
る下流側では大きい。このため、上流側と下流側で生じ
る温度差を従来よりも小さくすることができる。また、
同様に、反応容器１１Ｂ内においても上流側と下流側で
生じる温度差を従来よりも小さくすることができる。従
って、反応容器内の選択酸化触媒の温度をガス流れ方向
に亘って最適な温度範囲に保つことが可能となり、ＣＯ
除去装置の一酸化炭素除去性能を向上させることが可能
となる。
Ａにおける高温部である上流側には、他方の反応容器１
１Ｂにおける低温部である下流側で発生した熱量が熱伝
達される。また、一方の反応容器１１Ａにおける低温部
である下流側には、他方の反応容器１１Ｂにおける高温
部である下流側で発生した熱量が熱伝達される。このよ
うに、反応容器１１Ａに反応容器１１Ｂから熱伝達され
る熱量は、高温部である上流側では小さく、低温部であ
る下流側では大きい。このため、上流側と下流側で生じ
る温度差を従来よりも小さくすることができる。また、
同様に、反応容器１１Ｂ内においても上流側と下流側で
生じる温度差を従来よりも小さくすることができる。従
って、反応容器内の選択酸化触媒の温度をガス流れ方向
に亘って最適な温度範囲に保つことが可能となり、ＣＯ
除去装置の一酸化炭素除去性能を向上させることが可能
となる。
【００２９】さらに、本実施形態のＣＯ除去装置によれ
ば、反応容器の内部にサーペンタイン状（蛇行状）のガ
ス流路が形成されており、ガス流路の長さが反応容器の
サイズに比べて極めて大きい。このため、反応容器内で
生じる選択酸化反応の量に比べて反応容器のサイズを小
さくすることができ、装置のコンパクト化を図ることが
できる。
ば、反応容器の内部にサーペンタイン状（蛇行状）のガ
ス流路が形成されており、ガス流路の長さが反応容器の
サイズに比べて極めて大きい。このため、反応容器内で
生じる選択酸化反応の量に比べて反応容器のサイズを小
さくすることができ、装置のコンパクト化を図ることが
できる。
【００３０】（実施例）寸法が１．２ｃｍ×１５ｃｍ×
２０ｃｍで触媒充填長さ（ガス流れ方向の長さ）が１．
２ｍのステンレス製の容器内に、選択酸化触媒としての
ルテニウムがアルミナ表面に担持されたペレット状の触
媒を充填した反応容器Ａ，Ｂを、図１の構成に配してな
る本発明のＣＯ除去装置を用意した。そして、このＣＯ
除去装置に含ＣＯガスとして、水素７９%，二酸化炭素
２０％，一酸化炭素１％のガスを２０ＮＬ／ｍｉｎの流
量で導入した。また、同時に［Ｏ2］／［ＣＯ］＝０．
３となる量の空気を導入した。そして、斯かる本実施例
ＣＯ除去装置における反応容器Ａ内のガス流れ方向に沿
った温度分布を測定した。この結果を図３に示す。ま
た、比較のために、反応容器Ａ及びＢを夫々の間での熱
交換が生じないように離間させて配した以外は実施例と
同一の構成を有する比較例のＣＯ除去装置を用いた場合
の温度分布も同図に合わせて示す。
２０ｃｍで触媒充填長さ（ガス流れ方向の長さ）が１．
２ｍのステンレス製の容器内に、選択酸化触媒としての
ルテニウムがアルミナ表面に担持されたペレット状の触
媒を充填した反応容器Ａ，Ｂを、図１の構成に配してな
る本発明のＣＯ除去装置を用意した。そして、このＣＯ
除去装置に含ＣＯガスとして、水素７９%，二酸化炭素
２０％，一酸化炭素１％のガスを２０ＮＬ／ｍｉｎの流
量で導入した。また、同時に［Ｏ2］／［ＣＯ］＝０．
３となる量の空気を導入した。そして、斯かる本実施例
ＣＯ除去装置における反応容器Ａ内のガス流れ方向に沿
った温度分布を測定した。この結果を図３に示す。ま
た、比較のために、反応容器Ａ及びＢを夫々の間での熱
交換が生じないように離間させて配した以外は実施例と
同一の構成を有する比較例のＣＯ除去装置を用いた場合
の温度分布も同図に合わせて示す。
【００３１】同図に示す如く、実線で示す実施例装置の
場合には反応容器の上流側と下流側で生じる温度差を６
０℃程度とでき、ガス流れ方向の全体に亘って選択酸化
触媒の温度を１３０℃〜１９０℃の最適な温度範囲に維
持することができる。一方、破線で示す比較例装置の場
合には１００℃程度もの温度差が生じており、下流側で
の温度が最適な温度範囲よりも低くなり、選択酸化触媒
の温度をガス流れ方向の全体に亘って最適な温度範囲に
維持することができない。従って、本発明によれば反応
容器の上流側と下流側で生じる温度差を小さくすること
ができ、ガス流れ方向の全体に亘って選択酸化触媒の温
度を最適な温度範囲に維持できることがわかった。
場合には反応容器の上流側と下流側で生じる温度差を６
０℃程度とでき、ガス流れ方向の全体に亘って選択酸化
触媒の温度を１３０℃〜１９０℃の最適な温度範囲に維
持することができる。一方、破線で示す比較例装置の場
合には１００℃程度もの温度差が生じており、下流側で
の温度が最適な温度範囲よりも低くなり、選択酸化触媒
の温度をガス流れ方向の全体に亘って最適な温度範囲に
維持することができない。従って、本発明によれば反応
容器の上流側と下流側で生じる温度差を小さくすること
ができ、ガス流れ方向の全体に亘って選択酸化触媒の温
度を最適な温度範囲に維持できることがわかった。
【００３２】この結果、本実施例のＣＯ除去装置によれ
ば、選択酸化反応を十分に進行させることができ、反応
容器Ｂから排出されるガス中の一酸化炭素濃度を９ｐｐ
ｍまで低減できた。一方、比較例装置の場合には選択酸
化反応の進行が不充分となり、一酸化炭素濃度を３０ｐ
ｐｍまでしか低減することができなかった。
ば、選択酸化反応を十分に進行させることができ、反応
容器Ｂから排出されるガス中の一酸化炭素濃度を９ｐｐ
ｍまで低減できた。一方、比較例装置の場合には選択酸
化反応の進行が不充分となり、一酸化炭素濃度を３０ｐ
ｐｍまでしか低減することができなかった。
【００３３】以上説明したように、本発明のＣＯ除去装
置によれば、反応容器内で生じる温度差を従来よりも小
さくすることができ、反応容器内のガス流れ方向に沿う
範囲に亘って選択酸化触媒の温度を適正な範囲に保持す
ることができる。このため、一酸化炭素の除去性能を従
来よりも向上させることが可能となり、従来よりも一酸
化炭素濃度を低減することが可能となる。
置によれば、反応容器内で生じる温度差を従来よりも小
さくすることができ、反応容器内のガス流れ方向に沿う
範囲に亘って選択酸化触媒の温度を適正な範囲に保持す
ることができる。このため、一酸化炭素の除去性能を従
来よりも向上させることが可能となり、従来よりも一酸
化炭素濃度を低減することが可能となる。
【００３４】また、上記の様に連続する２つの反応容器
を近接させて配しているので、ＣＯ除去装置の寸法を従
来よりも小さくすることができ、コンパクト化が可能と
なる。
を近接させて配しているので、ＣＯ除去装置の寸法を従
来よりも小さくすることができ、コンパクト化が可能と
なる。
【００３５】尚、以上の実施形態にあっては２個の反応
容器を備える構成について説明したが、反応容器の数は
２個に限らず３個以上であっても良い。３個以上の反応
容器を備える場合においても、連続して配された２つの
反応容器のうち、一方の反応容器における上流側及び下
流側が、夫々他方の反応容器における下流側及び上流側
と熱伝達可能なように配することで、本発明の効果を奏
することができる。
容器を備える構成について説明したが、反応容器の数は
２個に限らず３個以上であっても良い。３個以上の反応
容器を備える場合においても、連続して配された２つの
反応容器のうち、一方の反応容器における上流側及び下
流側が、夫々他方の反応容器における下流側及び上流側
と熱伝達可能なように配することで、本発明の効果を奏
することができる。
【００３６】また、連続して配される２つの反応容器
は、熱伝達可能であれば密接して配する必要はない。例
えば、一方の反応容器における上流側での発熱量が大き
すぎる場合には、一方の反応容器と他方の反応容器との
間に隙間を設けた状態で配しても良い。斯かる形態によ
れば、夫々の反応容器間で熱伝達される熱量を低減で
き、且つ隙間での放熱も生じるので、温度が上昇しすぎ
ることを抑制することができる。このように、一方の反
応容器と他方の反応容器とは熱伝達可能に配していれば
良く、それらの間に間隔を設ける場合には、反応容器内
で生じる温度分布が適正な温度範囲内に収まるよう適宜
定めれば良い。
は、熱伝達可能であれば密接して配する必要はない。例
えば、一方の反応容器における上流側での発熱量が大き
すぎる場合には、一方の反応容器と他方の反応容器との
間に隙間を設けた状態で配しても良い。斯かる形態によ
れば、夫々の反応容器間で熱伝達される熱量を低減で
き、且つ隙間での放熱も生じるので、温度が上昇しすぎ
ることを抑制することができる。このように、一方の反
応容器と他方の反応容器とは熱伝達可能に配していれば
良く、それらの間に間隔を設ける場合には、反応容器内
で生じる温度分布が適正な温度範囲内に収まるよう適宜
定めれば良い。
【００３７】このように一方の反応容器と他方の反応容
器とを間に隙間を設けた状態で近接させて配置するにあ
たっては、良好な熱伝導性を有する接続部材により両者
を接続すると良い。例えば図１に示す形態の扁平形状を
有した反応容器１Ａ及び１Ｂを互いに近接させて配する
にあたっては、互いの面積が最も大きい面同士を対向さ
せ、その間にステンレス等の良好な熱伝導性を有する材
料から成る板状の接続部材を介挿させた状態で接続する
と良い。斯かる形態によれば、良好な熱伝導性を有する
接続部材を介した反応容器間での熱交換が可能となると
共に、この接続部材を介した放熱も可能となる。
器とを間に隙間を設けた状態で近接させて配置するにあ
たっては、良好な熱伝導性を有する接続部材により両者
を接続すると良い。例えば図１に示す形態の扁平形状を
有した反応容器１Ａ及び１Ｂを互いに近接させて配する
にあたっては、互いの面積が最も大きい面同士を対向さ
せ、その間にステンレス等の良好な熱伝導性を有する材
料から成る板状の接続部材を介挿させた状態で接続する
と良い。斯かる形態によれば、良好な熱伝導性を有する
接続部材を介した反応容器間での熱交換が可能となると
共に、この接続部材を介した放熱も可能となる。
【００３８】さらに、反応容器内に空気を導入するため
の空気導入口は、上述の実施形態の如く最も上流側に位
置する反応容器の上流側に加えて、複数の反応容器を互
いに連通させるための連通部に設けてもよい。斯かる構
成とすることで、連通部よりも上流側に位置する反応容
器内で空気が消費され、下流側の反応容器に供給される
空気の量が不足したとしても、連通部に設けた空気導入
口から新たに空気が導入されるので、下流側に配された
反応容器内での選択酸化反応を十分に進行させることが
できる。尚、空気導入口を設ける連通部の位置及び空気
導入口の個数は、必要に応じて適宜定めれば良い。
の空気導入口は、上述の実施形態の如く最も上流側に位
置する反応容器の上流側に加えて、複数の反応容器を互
いに連通させるための連通部に設けてもよい。斯かる構
成とすることで、連通部よりも上流側に位置する反応容
器内で空気が消費され、下流側の反応容器に供給される
空気の量が不足したとしても、連通部に設けた空気導入
口から新たに空気が導入されるので、下流側に配された
反応容器内での選択酸化反応を十分に進行させることが
できる。尚、空気導入口を設ける連通部の位置及び空気
導入口の個数は、必要に応じて適宜定めれば良い。
【００３９】加えて、以上の形態のＣＯ除去装置を燃料
電池システムに適用し、このＣＯ除去装置を燃料ガスの
供給経路に備えることで、一酸化炭素が十分に低減され
た燃料ガスを燃料電池本体のアノードに供給することが
可能となり、電池性能及び寿命の向上を図ることができ
る。さらには燃料電池システム全体のコンパクト化を図
ることが可能となる。
電池システムに適用し、このＣＯ除去装置を燃料ガスの
供給経路に備えることで、一酸化炭素が十分に低減され
た燃料ガスを燃料電池本体のアノードに供給することが
可能となり、電池性能及び寿命の向上を図ることができ
る。さらには燃料電池システム全体のコンパクト化を図
ることが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明のＣＯ除去装
置によれば、反応容器内で生じる温度差を従来よりも小
さくすることができ、反応容器内のガス流れ方向に沿う
範囲に亘って触媒の温度を適正な範囲に保持することが
できる。このため、一酸化炭素の除去性能を従来よりも
向上させることが可能となり、従来よりも一酸化炭素濃
度を低減することが可能となる。
置によれば、反応容器内で生じる温度差を従来よりも小
さくすることができ、反応容器内のガス流れ方向に沿う
範囲に亘って触媒の温度を適正な範囲に保持することが
できる。このため、一酸化炭素の除去性能を従来よりも
向上させることが可能となり、従来よりも一酸化炭素濃
度を低減することが可能となる。
【００４１】また、上記の様に連続する２つの反応容器
を近接させて配しているので、ＣＯ除去装置の寸法を従
来よりも小さくすることができ、コンパクト化が可能と
なる。
を近接させて配しているので、ＣＯ除去装置の寸法を従
来よりも小さくすることができ、コンパクト化が可能と
なる。
【００４２】さらに、斯かるＣＯ除去装置を用いた本発
明燃料電池システムによれば、一酸化炭素が十分に低減
された燃料ガスが燃料電池本体のアノードに供給される
こととなるために、発電性能の向上及び寿命の向上を図
ることができる。
明燃料電池システムによれば、一酸化炭素が十分に低減
された燃料ガスが燃料電池本体のアノードに供給される
こととなるために、発電性能の向上及び寿命の向上を図
ることができる。
【図１】本発明の実施の形態に係るＣＯ除去装置の概略
構成を説明するための斜視図である。
構成を説明するための斜視図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線矢視正面図である。
【図３】実施例及び比較例のＣＯ除去装置における、ガ
ス流れ方向に沿った温度分布を示す特性図である。
ス流れ方向に沿った温度分布を示す特性図である。
【図４】燃料電池システムの概略構成を示すシステム構
成図である。
成図である。
１…脱硫器、２…改質器、３…ＣＯ変成器、４…ＣＯ除
去装置、５…燃料電池本体、１１Ａ，１１Ｂ…反応容
器、１２…ガス導入配管、１３…空気導入配管、１４…
連通部、１５…ガス排出配管、２１，２３…供給口、２
２，２４…排出口
去装置、５…燃料電池本体、１１Ａ，１１Ｂ…反応容
器、１２…ガス導入配管、１３…空気導入配管、１４…
連通部、１５…ガス排出配管、２１，２３…供給口、２
２，２４…排出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G040 EA03 EA07 EB31 FA06 FB04 FC07 FE03 4G069 AA03 BA01B BA41A BC70B CC32 EA02Y 5H027 AA02 BA01 BA17
Claims (7)
- 【請求項１】 選択酸化触媒を収納すると共に互いに連
結された複数の反応容器を有し、一酸化炭素を含有する
含ＣＯガス及び空気を前記複数の反応容器内に通過さ
せ、前記選択酸化触媒によって生じる選択酸化反応によ
り前記含ＣＯガス中の一酸化炭素を選択酸化するＣＯ除
去装置であって、 前記複数の反応容器のうち連続して配された反応容器に
おける一方の反応容器の上流部及び下流部が、他方の反
応容器の下流部及び上流部と夫々熱伝達可能に配されて
いることを特徴とするＣＯ除去装置。 - 【請求項２】 前記複数の反応容器のうち連続して配さ
れた反応容器における一方の反応容器の上流部及び下流
部が、他方の反応容器の下流部及び上流部と夫々近接し
て配されていることを特徴とする請求項１記載のＣＯ除
去装置。 - 【請求項３】 前記一方の反応容器と他方の反応容器と
が、良好な熱伝導性を有する接続部材により互いに近接
して接続されていることを特徴とする請求項２記載のＣ
Ｏ除去装置。 - 【請求項４】 前記複数の反応容器を互いに連通する複
数の連通部のうちの少なくとも１つに、空気を導入する
ための空気導入口を設けたことを特徴とする請求項１乃
至３のいずれかに記載のＣＯ除去装置。 - 【請求項５】 前記複数の反応容器が扁平形状をなし、
且つ連続して配された前記反応容器は、互いの面積が最
も大きい面同士が対向して配されたことを特徴とする請
求項１乃至４のいずれかに記載のＣＯ除去装置。 - 【請求項６】 前記複数の反応容器内に、サーペンタイ
ン状のガス流路が形成されていることを特徴とする請求
項１乃至５のいずれかに記載のＣＯ除去装置。 - 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれかに記載のＣＯ
除去装置を燃料ガスの供給経路に有することを特徴とす
る燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11152534A JP2000335904A (ja) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Ｃｏ除去装置及び燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11152534A JP2000335904A (ja) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Ｃｏ除去装置及び燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000335904A true JP2000335904A (ja) | 2000-12-05 |
Family
ID=15542553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11152534A Withdrawn JP2000335904A (ja) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Ｃｏ除去装置及び燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000335904A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003090917A2 (en) * | 2002-04-26 | 2003-11-06 | General Motors Corporation | Reactor for preferential oxidation and method of use |
| JP2006232611A (ja) * | 2005-02-24 | 2006-09-07 | Tokyo Gas Co Ltd | 炭化水素系燃料の水蒸気改質器 |
| JP2007246313A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Casio Comput Co Ltd | 反応装置 |
| JP2010215502A (ja) * | 2010-05-14 | 2010-09-30 | Casio Computer Co Ltd | 反応装置 |
| US7815699B2 (en) | 2003-10-21 | 2010-10-19 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Method for starting a primary reactor |
| JP2011000586A (ja) * | 2010-07-28 | 2011-01-06 | Casio Computer Co Ltd | 反応装置 |
-
1999
- 1999-05-31 JP JP11152534A patent/JP2000335904A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003090917A2 (en) * | 2002-04-26 | 2003-11-06 | General Motors Corporation | Reactor for preferential oxidation and method of use |
| US6824904B2 (en) * | 2002-04-26 | 2004-11-30 | General Motors Corporation | Reactor for preferential oxidation and method of use |
| WO2003090917A3 (en) * | 2002-04-26 | 2009-06-18 | Gen Motors Corp | Reactor for preferential oxidation and method of use |
| US7815699B2 (en) | 2003-10-21 | 2010-10-19 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Method for starting a primary reactor |
| JP2006232611A (ja) * | 2005-02-24 | 2006-09-07 | Tokyo Gas Co Ltd | 炭化水素系燃料の水蒸気改質器 |
| JP4550617B2 (ja) * | 2005-02-24 | 2010-09-22 | 東京瓦斯株式会社 | 炭化水素系燃料の水蒸気改質器 |
| JP2007246313A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Casio Comput Co Ltd | 反応装置 |
| JP4665803B2 (ja) * | 2006-03-14 | 2011-04-06 | カシオ計算機株式会社 | 反応装置 |
| JP2010215502A (ja) * | 2010-05-14 | 2010-09-30 | Casio Computer Co Ltd | 反応装置 |
| JP2011000586A (ja) * | 2010-07-28 | 2011-01-06 | Casio Computer Co Ltd | 反応装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20040218 |