JPH06220468A - 燃料ガスの処理方法およびこれに使用する装置 - Google Patents
燃料ガスの処理方法およびこれに使用する装置Info
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- JPH06220468A JPH06220468A JP5282604A JP28260493A JPH06220468A JP H06220468 A JPH06220468 A JP H06220468A JP 5282604 A JP5282604 A JP 5282604A JP 28260493 A JP28260493 A JP 28260493A JP H06220468 A JPH06220468 A JP H06220468A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 リホーミングされた燃料ガスに極少量の空気
または酸素を添加して、残留一酸化炭素を除去し、燃料
電池からの電力の発生を最適化する。 【構成】 本発明の燃料ガス、特に燃料電池用燃料ガス
の処理装置は、リホーミングされた燃料ガスの流れのな
かの一酸化炭素を酸化するための第１および第２の接触
酸化手段（８，１２) を具える。二次酸化に必要な少量
の酸素は、第１酸素透過性膜（２２，４４）に酸素を通
すことによって供給される。酸素は空気、純酸素または
酸素を加えた溶液として供給することができる。通路
（２０）内の水の流れから水が他の透過性膜（２１）を
横切って通路（２３）内の酸素供給物質中に入るように
することによって、燃料電池（１２）に供給される酸素
供給物質を加湿することができる。この他の膜（２１）
を横切って水と反対方向に通る酸素は通路（２０）内の
水のなかに加えられ、この水は第１膜（２２）を通って
通路（２４）内のリホーミングされた燃料ガスを加湿す
ることができる。
または酸素を添加して、残留一酸化炭素を除去し、燃料
電池からの電力の発生を最適化する。 【構成】 本発明の燃料ガス、特に燃料電池用燃料ガス
の処理装置は、リホーミングされた燃料ガスの流れのな
かの一酸化炭素を酸化するための第１および第２の接触
酸化手段（８，１２) を具える。二次酸化に必要な少量
の酸素は、第１酸素透過性膜（２２，４４）に酸素を通
すことによって供給される。酸素は空気、純酸素または
酸素を加えた溶液として供給することができる。通路
（２０）内の水の流れから水が他の透過性膜（２１）を
横切って通路（２３）内の酸素供給物質中に入るように
することによって、燃料電池（１２）に供給される酸素
供給物質を加湿することができる。この他の膜（２１）
を横切って水と反対方向に通る酸素は通路（２０）内の
水のなかに加えられ、この水は第１膜（２２）を通って
通路（２４）内のリホーミングされた燃料ガスを加湿す
ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、汚染物質であるガスの
除去を含む燃料ガス、特に燃料電池用燃料ガスの処理方
法、およびこれに使用する装置に関するものである。
除去を含む燃料ガス、特に燃料電池用燃料ガスの処理方
法、およびこれに使用する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池に関する基本的技術は今日にお
いてはよく知られている。可能性のある種々の燃料電池
反応および反応基板のうち、普通好ましい反応は白金ベ
ース触媒のような触媒を使用して重合体基板上で行われ
る水素と酸素との反応である。この反応は次の反応式で
表わすことができる：
いてはよく知られている。可能性のある種々の燃料電池
反応および反応基板のうち、普通好ましい反応は白金ベ
ース触媒のような触媒を使用して重合体基板上で行われ
る水素と酸素との反応である。この反応は次の反応式で
表わすことができる：
【化１】H2＋1/2 O2→H2O ＋熱 （Ａ） 発生した熱を除去するために、燃料電池スタック(stac
k) は冷却されるので、生成水は大部分が液相になる。
燃料電池には酸素を純酸素ガスまたは空気中の酸素とし
て供給することができるが、いずれの場合にも加湿する
必要がある。それは、反応基板が反応中湿った状態を維
持していない場合にはその反応性を失うことがあるから
である。
k) は冷却されるので、生成水は大部分が液相になる。
燃料電池には酸素を純酸素ガスまたは空気中の酸素とし
て供給することができるが、いずれの場合にも加湿する
必要がある。それは、反応基板が反応中湿った状態を維
持していない場合にはその反応性を失うことがあるから
である。
【０００３】反応体である水素燃料ガスを得る好ましい
方法は、炭化水素燃料またはそのアルコール同族体をリ
ホーミングするという今日では十分に確立されている方
法によってである。建築物のような固定設備に電力を供
給するために燃料電池が必要である場合には、メタンの
ようなガス状炭化水素が適当である。あるいはまた、陸
上車輌、船舶などのような可動設備に燃料電池からの電
力が必要である場合には、メタノールのような液体燃料
を使用することができる。メタノールをリホーミングす
る場合の総括反応式は下記のように表わすことができ
る：
方法は、炭化水素燃料またはそのアルコール同族体をリ
ホーミングするという今日では十分に確立されている方
法によってである。建築物のような固定設備に電力を供
給するために燃料電池が必要である場合には、メタンの
ようなガス状炭化水素が適当である。あるいはまた、陸
上車輌、船舶などのような可動設備に燃料電池からの電
力が必要である場合には、メタノールのような液体燃料
を使用することができる。メタノールをリホーミングす
る場合の総括反応式は下記のように表わすことができ
る：
【化２】CH3OH ＋H2O ＋熱→３H2＋CO2 （Ｂ）
【０００４】しかし、式（Ｂ）は実は実際に起るいくつ
かの反応を理想的に合計したものである。生起する他の
反応は次式で表わされる；
かの反応を理想的に合計したものである。生起する他の
反応は次式で表わされる；
【化３】CH3OH ＋熱→２H2＋CO （Ｃ） この反応において生成する一酸化炭素は汚染物質である
副生物であって、特に白金ベース触媒を使用した場合に
は触媒上に吸着された状態になる。この一酸化炭素はリ
ホーミングされた燃料ガスから次の反応式：
副生物であって、特に白金ベース触媒を使用した場合に
は触媒上に吸着された状態になる。この一酸化炭素はリ
ホーミングされた燃料ガスから次の反応式：
【化４】CO＋1/2 O2→CO2 ＋熱 （Ｄ） で表わされる酸化によって除去することができる。
【０００５】反応式（Ｄ）で表わされる反応は、燃料電
池のすぐ上流において燃料ガスに酸素または空気を添加
することにより達成することができる。この場合には反
応式（Ｄ）で表わされる反応は燃料電池自体のなかで生
起するが、一酸化炭素は白金触媒上に吸着され、二酸化
炭素が放出される。図１のライン１は、追加の酸素を添
加しない従来方法では、吸着された一酸化炭素によって
触媒が次第に一層大きな毒作用を受けた状態になるの
で、燃料電池によって生成する電圧が時間の経過と共に
低下する状況を示す。酸素を添加すると、電圧はライン
２で示すように、時間が経過しても安定しているが、長
期間に及ぶと他の不純物の作用に起因する僅かな電圧低
下（３）が起ることがある。この方法では、代表的な例
では、約２容量％という可成り多量の酸素を添加して一
酸化炭素を確実に完全に除去する必要がある。
池のすぐ上流において燃料ガスに酸素または空気を添加
することにより達成することができる。この場合には反
応式（Ｄ）で表わされる反応は燃料電池自体のなかで生
起するが、一酸化炭素は白金触媒上に吸着され、二酸化
炭素が放出される。図１のライン１は、追加の酸素を添
加しない従来方法では、吸着された一酸化炭素によって
触媒が次第に一層大きな毒作用を受けた状態になるの
で、燃料電池によって生成する電圧が時間の経過と共に
低下する状況を示す。酸素を添加すると、電圧はライン
２で示すように、時間が経過しても安定しているが、長
期間に及ぶと他の不純物の作用に起因する僅かな電圧低
下（３）が起ることがある。この方法では、代表的な例
では、約２容量％という可成り多量の酸素を添加して一
酸化炭素を確実に完全に除去する必要がある。
【０００６】好ましい既知の方法では、リホーミングさ
れた燃料ガスを一酸化炭素の接触酸化およびリホーミン
グされてない燃料の吸着によって精製する。不幸なこと
には、これらの手段は完全に有効であるという訳ではな
く、若干の一酸化炭素がリホーミングされた燃料ガス中
に残留する。代表的な例においては、一酸化炭素量は定
常状態条件下において１０ppm 未満であるが、この結果
として図１のライン１Ａによって示されているように、
僅かな電圧低下が生じる。
れた燃料ガスを一酸化炭素の接触酸化およびリホーミン
グされてない燃料の吸着によって精製する。不幸なこと
には、これらの手段は完全に有効であるという訳ではな
く、若干の一酸化炭素がリホーミングされた燃料ガス中
に残留する。代表的な例においては、一酸化炭素量は定
常状態条件下において１０ppm 未満であるが、この結果
として図１のライン１Ａによって示されているように、
僅かな電圧低下が生じる。
【０００７】従って、この好ましい方法においてさえ、
若干の酸素を添加して一酸化炭素を完全に酸化させ、こ
れにより電圧低下を最小にする必要があるのは明らかで
ある。一酸化炭素が約１０ppm である場合には、酸素必
要量は１０〜３０ppm 程度であり、この量はすべての一
酸化炭素を妥当な時間で確実に除去するのに十分な過剰
量である。過剰量の酸素は水素と反応して水蒸気を生成
する。
若干の酸素を添加して一酸化炭素を完全に酸化させ、こ
れにより電圧低下を最小にする必要があるのは明らかで
ある。一酸化炭素が約１０ppm である場合には、酸素必
要量は１０〜３０ppm 程度であり、この量はすべての一
酸化炭素を妥当な時間で確実に除去するのに十分な過剰
量である。過剰量の酸素は水素と反応して水蒸気を生成
する。
【０００８】未精製の供給原料にとって必要な１〜２％
の割合の酸素を添加することはできるが、精製後に達成
可能である一層低いレベルの残留一酸化炭素を消滅させ
るのに必要なレベルにおいて、定常的な酸素濃度の酸素
を計量供給するのは困難である。
の割合の酸素を添加することはできるが、精製後に達成
可能である一層低いレベルの残留一酸化炭素を消滅させ
るのに必要なレベルにおいて、定常的な酸素濃度の酸素
を計量供給するのは困難である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述の説明から、リホ
ーミングされた燃料ガスに極少量の空気または酸素を添
加して、残留一酸化炭素を除去しかつ燃料電池からの電
力の発生を最適化する方法が必要であることが分かる。
添加する過剰量の酸素が多量すぎる場合には、多量すぎ
る酸素が水素燃料と反応して、燃料電池の総合効率を低
下させる。
ーミングされた燃料ガスに極少量の空気または酸素を添
加して、残留一酸化炭素を除去しかつ燃料電池からの電
力の発生を最適化する方法が必要であることが分かる。
添加する過剰量の酸素が多量すぎる場合には、多量すぎ
る酸素が水素燃料と反応して、燃料電池の総合効率を低
下させる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、その第１の点
において、燃料ガス、特に燃料電池用燃料ガスの処理装
置において、リホーミングされた燃料ガスの流れのなか
の一酸化炭素の一次選択的接触酸化を行うための、第１
触媒を含有する第１酸化手段と、前記リホーミングされ
た燃料ガスの流れのなかの残留一酸化炭素の二次選択的
接触酸化を行うための、第２触媒を含有する第２酸化手
段と、第１酸素透過性膜および該透過性膜に酸素を供給
する手段とを具え、前記第１酸素透過性膜は、前記リホ
ーミングされた燃料ガスが前記第２酸化手段に流入する
前に、その第１側面で前記リホーミングされた燃料ガス
と緊密に接触し、かつその第２側面で酸素供給物質と緊
密に接触するように構成されていることを特徴とする燃
料ガスの処理装置を提供する。
において、燃料ガス、特に燃料電池用燃料ガスの処理装
置において、リホーミングされた燃料ガスの流れのなか
の一酸化炭素の一次選択的接触酸化を行うための、第１
触媒を含有する第１酸化手段と、前記リホーミングされ
た燃料ガスの流れのなかの残留一酸化炭素の二次選択的
接触酸化を行うための、第２触媒を含有する第２酸化手
段と、第１酸素透過性膜および該透過性膜に酸素を供給
する手段とを具え、前記第１酸素透過性膜は、前記リホ
ーミングされた燃料ガスが前記第２酸化手段に流入する
前に、その第１側面で前記リホーミングされた燃料ガス
と緊密に接触し、かつその第２側面で酸素供給物質と緊
密に接触するように構成されていることを特徴とする燃
料ガスの処理装置を提供する。
【００１１】本発明の第１の点に関する例においては、
第１酸素透過性膜は第１酸化手段と第２酸化手段との中
間に配置されている。本発明の処理装置は、さらに、第
１酸化手段の上流に配置された第２酸素透過性膜、およ
び該第２酸素透過性膜に酸素を供給する手段を具え、前
記第２酸素透過性膜の第１側面が前記リホーミングされ
た燃料ガスと緊密に接触し、前記第２酸素透過性膜の第
２側面が前記酸素供給物質と緊密に接触するように構成
されている。
第１酸素透過性膜は第１酸化手段と第２酸化手段との中
間に配置されている。本発明の処理装置は、さらに、第
１酸化手段の上流に配置された第２酸素透過性膜、およ
び該第２酸素透過性膜に酸素を供給する手段を具え、前
記第２酸素透過性膜の第１側面が前記リホーミングされ
た燃料ガスと緊密に接触し、前記第２酸素透過性膜の第
２側面が前記酸素供給物質と緊密に接触するように構成
されている。
【００１２】本発明の第１の点に関するさらに他の例に
おいては、第１触媒は水素より優先的に一酸化炭素を吸
収するのに適している。従って、一酸化炭素はこの触媒
上で水素の酸化より優先的に酸化される。貴金属と適当
な金属化合物との混合物を含有する触媒が特に適当であ
る。本発明の第１の点に関する他の例においては、第２
触媒は燃料電池における触媒である。この触媒は白金ベ
ース触媒であるのが望ましい。
おいては、第１触媒は水素より優先的に一酸化炭素を吸
収するのに適している。従って、一酸化炭素はこの触媒
上で水素の酸化より優先的に酸化される。貴金属と適当
な金属化合物との混合物を含有する触媒が特に適当であ
る。本発明の第１の点に関する他の例においては、第２
触媒は燃料電池における触媒である。この触媒は白金ベ
ース触媒であるのが望ましい。
【００１３】本発明の第１の点に関するさらに他の例に
おいては、酸素供給物質は酸素が適当な液体のなかに溶
解している溶液の形態をしており、この酸素を加えた液
体は第１酸素透過性膜の第２側面と緊密に接触する。こ
の例では、酸素を加えた液体はこの第１膜を通過する。
この液体は水であるのが好ましく、水は第１膜を通過す
る際に蒸発して、リホーミングされた燃料ガスを加湿す
る作用をするほか、二次選択的酸化用の酸素供給物質を
提供する。第１膜の表面のイオンによる汚染を防止する
には、純水が好ましい。純水を燃料電池における生成水
から供給するのが最も好ましい。
おいては、酸素供給物質は酸素が適当な液体のなかに溶
解している溶液の形態をしており、この酸素を加えた液
体は第１酸素透過性膜の第２側面と緊密に接触する。こ
の例では、酸素を加えた液体はこの第１膜を通過する。
この液体は水であるのが好ましく、水は第１膜を通過す
る際に蒸発して、リホーミングされた燃料ガスを加湿す
る作用をするほか、二次選択的酸化用の酸素供給物質を
提供する。第１膜の表面のイオンによる汚染を防止する
には、純水が好ましい。純水を燃料電池における生成水
から供給するのが最も好ましい。
【００１４】本発明の第１の点に関するさらに他の例に
おいては、本発明の装置は、さらに、燃料電池に供給さ
れる酸素供給物質を加湿する手段を具え、該手段は第３
酸素透過性膜を具え、該第３膜はその第１側面において
燃料電池に供給される酸素供給物質と緊密に接触しかつ
その第２側面において水と緊密に接触するように構成さ
れている。燃料電池に供給される酸素供給物質は空気ま
たはほぼ純粋な酸素の形態とすることができる。従っ
て、この例では、水が第３酸素透過性膜を横切ってその
第２側面からその第１側面に通り、かつ燃料電池に供給
される酸素供給物質中に蒸発するように構成されてい
る。
おいては、本発明の装置は、さらに、燃料電池に供給さ
れる酸素供給物質を加湿する手段を具え、該手段は第３
酸素透過性膜を具え、該第３膜はその第１側面において
燃料電池に供給される酸素供給物質と緊密に接触しかつ
その第２側面において水と緊密に接触するように構成さ
れている。燃料電池に供給される酸素供給物質は空気ま
たはほぼ純粋な酸素の形態とすることができる。従っ
て、この例では、水が第３酸素透過性膜を横切ってその
第２側面からその第１側面に通り、かつ燃料電池に供給
される酸素供給物質中に蒸発するように構成されてい
る。
【００１５】この例の変形例においては、本発明の装置
は、リホーミングされた燃料のなかの一酸化炭素の二次
酸化用および所要に応じて一次酸化用のリホーミングさ
れた燃料に酸素供給物質を供給するために、水の流れに
酸素を加えるのに適するように構成することができる。
従って、この変形例においては、第３酸素透過性膜がそ
の第１側面で燃料電池に供給される酸素供給物質と緊密
に接触し、その第２側面で第１透過性膜および所要に応
じて第２透過性膜に供給される酸素供給物質と緊密に接
触するように構成されている。
は、リホーミングされた燃料のなかの一酸化炭素の二次
酸化用および所要に応じて一次酸化用のリホーミングさ
れた燃料に酸素供給物質を供給するために、水の流れに
酸素を加えるのに適するように構成することができる。
従って、この変形例においては、第３酸素透過性膜がそ
の第１側面で燃料電池に供給される酸素供給物質と緊密
に接触し、その第２側面で第１透過性膜および所要に応
じて第２透過性膜に供給される酸素供給物質と緊密に接
触するように構成されている。
【００１６】従って、この変形例においては、水が第３
透過性膜を横切ってその第２側面からその第１側面に通
り、かつ酸素が前記第３膜を横切ってその第１側面から
その第２側面に通り、これにより水に酸素を加えるよう
に構成されている。換言すれば、燃料電池に供給される
酸素供給物質からの酸素は、第３透過性膜を横切って流
れる水のなかに溶解し、かつ前記第３膜を横切って前記
水の方向とは反対方向に拡散し、その第２側面において
多量の水のなかに溶解するように構成されている。
透過性膜を横切ってその第２側面からその第１側面に通
り、かつ酸素が前記第３膜を横切ってその第１側面から
その第２側面に通り、これにより水に酸素を加えるよう
に構成されている。換言すれば、燃料電池に供給される
酸素供給物質からの酸素は、第３透過性膜を横切って流
れる水のなかに溶解し、かつ前記第３膜を横切って前記
水の方向とは反対方向に拡散し、その第２側面において
多量の水のなかに溶解するように構成されている。
【００１７】この例の好ましい変形例においては、燃料
電池に供給される酸素供給物質の加湿、リホーミングさ
れた燃料ガスの加湿、水への酸素添加、および二次接触
酸化に対する酸素の供給を一段階で行うことができる。
この好適例においては、前記第１膜および前記第３膜が
それぞれの第２側面において同じ水の流れと緊密に接触
するように構成されている。このようにして、１個の水
の流れによって、前記第１膜および前記第３膜を横切っ
て水を通して、リホーミングされた燃料ガスの流れおよ
び燃料電池に供給される酸素供給物質を加湿することが
でき、かつ燃料電池に供給される酸素供給物質からの酸
素は第３透過性膜を横切ってその第１側面からその第２
側面に通り、水のなかに溶解する。次いで、溶解した酸
素は水の流れから第１透過性膜を横切ってその第２側面
から第１側面に通って、一酸化炭素の二次接触酸化およ
び所要に応じて一次接触酸化に必要な酸素を提供する。
電池に供給される酸素供給物質の加湿、リホーミングさ
れた燃料ガスの加湿、水への酸素添加、および二次接触
酸化に対する酸素の供給を一段階で行うことができる。
この好適例においては、前記第１膜および前記第３膜が
それぞれの第２側面において同じ水の流れと緊密に接触
するように構成されている。このようにして、１個の水
の流れによって、前記第１膜および前記第３膜を横切っ
て水を通して、リホーミングされた燃料ガスの流れおよ
び燃料電池に供給される酸素供給物質を加湿することが
でき、かつ燃料電池に供給される酸素供給物質からの酸
素は第３透過性膜を横切ってその第１側面からその第２
側面に通り、水のなかに溶解する。次いで、溶解した酸
素は水の流れから第１透過性膜を横切ってその第２側面
から第１側面に通って、一酸化炭素の二次接触酸化およ
び所要に応じて一次接触酸化に必要な酸素を提供する。
【００１８】この変形例の装置における一つの好ましい
配置においては、燃料電池に供給される酸素供給物質用
の加湿器（第３膜を具える）が、リホーミング燃料ガス
用加湿器の上流に配置されている。同じ水の流れが各加
湿器を通って流れる。従って、水が燃料電池に供給され
る酸素供給物質用の加湿器を通過する際に、この水の酸
素が加えラレ、酸素および水は両者ともに第１透過性膜
を横切って通ることにより下流の加湿器内のリホーミン
グされた燃料ガスの流れのなかに排出される。
配置においては、燃料電池に供給される酸素供給物質用
の加湿器（第３膜を具える）が、リホーミング燃料ガス
用加湿器の上流に配置されている。同じ水の流れが各加
湿器を通って流れる。従って、水が燃料電池に供給され
る酸素供給物質用の加湿器を通過する際に、この水の酸
素が加えラレ、酸素および水は両者ともに第１透過性膜
を横切って通ることにより下流の加湿器内のリホーミン
グされた燃料ガスの流れのなかに排出される。
【００１９】この変形例の装置に関する第２の好ましい
配置においては、加湿器を１個のみ設けて燃料電池に供
給される酸素供給物質とリホーミングされた燃料ガスの
流れとの両者を加湿する。この場合には、水は第１膜と
第３膜との間に形成された空隙内を流れる。この配置に
おいては、第３膜は燃料電池に供給される酸素供給物質
から水の流れを分離し、第１膜はリホーミングされた燃
料ガスから上述と同じ水の流れを分離する。これによ
り、酸素は第３膜を通って水中に拡散し、１個の水の流
れのなかに溶解し、第１膜を通って燃料ガス中にさらに
拡散する。
配置においては、加湿器を１個のみ設けて燃料電池に供
給される酸素供給物質とリホーミングされた燃料ガスの
流れとの両者を加湿する。この場合には、水は第１膜と
第３膜との間に形成された空隙内を流れる。この配置に
おいては、第３膜は燃料電池に供給される酸素供給物質
から水の流れを分離し、第１膜はリホーミングされた燃
料ガスから上述と同じ水の流れを分離する。これによ
り、酸素は第３膜を通って水中に拡散し、１個の水の流
れのなかに溶解し、第１膜を通って燃料ガス中にさらに
拡散する。
【００２０】このような配置の一例は、ほぼ同心に円筒
形の環状に配置された膜を具え、中心コア内のリホーミ
ングされた燃料ガスは第１膜によって環状の水の流れか
ら分離され、次いでこの水の流れは燃料電池に供給され
る酸素供給物質から他の環内で第３膜によって分離され
ている。このように、環状の第１膜および第３膜は水の
流れをそれぞれのガスの流れから分離する。燃料電池に
供給される酸素供給物質は外側の環のなかを流れるのが
好ましく、それはこの結果として酸素が水のなかに拡散
するための膜面積がより広くなるからである。
形の環状に配置された膜を具え、中心コア内のリホーミ
ングされた燃料ガスは第１膜によって環状の水の流れか
ら分離され、次いでこの水の流れは燃料電池に供給され
る酸素供給物質から他の環内で第３膜によって分離され
ている。このように、環状の第１膜および第３膜は水の
流れをそれぞれのガスの流れから分離する。燃料電池に
供給される酸素供給物質は外側の環のなかを流れるのが
好ましく、それはこの結果として酸素が水のなかに拡散
するための膜面積がより広くなるからである。
【００２１】第１および第３の透過性膜を横切って水お
よび酸素が移動する速度は、膜のタイプおよび／または
各膜による圧力差を適当に選択することにより、互に対
して変動させることができる。所要に応じて、水の流れ
のなかへの酸素の供給を、リホーミングされた燃料ガス
用加湿器または単一加湿器の上流で、空気または酸素を
前記水の中に吹き込むことにより、補うことができる。
よび酸素が移動する速度は、膜のタイプおよび／または
各膜による圧力差を適当に選択することにより、互に対
して変動させることができる。所要に応じて、水の流れ
のなかへの酸素の供給を、リホーミングされた燃料ガス
用加湿器または単一加湿器の上流で、空気または酸素を
前記水の中に吹き込むことにより、補うことができる。
【００２２】本発明は、第２の点において、燃料電池用
燃料ガスを処理するに当り、(i) リホーミングされた
燃料ガスの流れのなかに含有されている一酸化炭素の一
次選択的接触酸化を行い、次いで(ii) 前記リホーミン
グされた燃料ガスのなかに含有されている残留一酸化炭
素の二次選択的接触酸化を行い、前記二次選択的接触酸
化用の所定量の少量の酸素を、第１酸素透過性膜の第１
側面の全体にわたって前記リホーミングされた燃料ガス
を通し、前記第１膜の第２側面に酸素を供給し、前記第
１膜を横切って前記リホーミングされた燃料ガス中に酸
素を拡散させることによって供給することを特徴とする
燃料ガスの処理方法を提供する。
燃料ガスを処理するに当り、(i) リホーミングされた
燃料ガスの流れのなかに含有されている一酸化炭素の一
次選択的接触酸化を行い、次いで(ii) 前記リホーミン
グされた燃料ガスのなかに含有されている残留一酸化炭
素の二次選択的接触酸化を行い、前記二次選択的接触酸
化用の所定量の少量の酸素を、第１酸素透過性膜の第１
側面の全体にわたって前記リホーミングされた燃料ガス
を通し、前記第１膜の第２側面に酸素を供給し、前記第
１膜を横切って前記リホーミングされた燃料ガス中に酸
素を拡散させることによって供給することを特徴とする
燃料ガスの処理方法を提供する。
【００２３】本発明の第２の点に関する例においては、
本発明の方法において、さらに、第２酸素透過性膜の第
１側面の全体にわたって前記リホーミングされた燃料ガ
スを通し、前記第２膜の第２側面に酸素を供給し、前記
第２膜を横切って酸素を拡散させることによって、一次
選択的接触酸化用の所定量の酸素を供給する。
本発明の方法において、さらに、第２酸素透過性膜の第
１側面の全体にわたって前記リホーミングされた燃料ガ
スを通し、前記第２膜の第２側面に酸素を供給し、前記
第２膜を横切って酸素を拡散させることによって、一次
選択的接触酸化用の所定量の酸素を供給する。
【００２４】本発明方法の第２の点に関する他の例にお
いては、一次選択的酸化における触媒は水素に関して優
先的に一酸化炭素を吸着するのに適しており、二次選択
的酸化における触媒は燃料電池における触媒である。第
１膜の第２側面（および所要に応じて第２膜の第２側
面）に、酸素を加えた液体、好ましくは水、最も好まし
くは燃料電池による生成水から供給される純水によって
酸素を供給することができる。このようにして、酸素は
酸素を加えた水から第１膜を横切ってリホーミングされ
た燃料ガス中に拡散することができ、また水は第１膜を
横切って拡散してリホーミングされた燃料ガスを加湿す
る。
いては、一次選択的酸化における触媒は水素に関して優
先的に一酸化炭素を吸着するのに適しており、二次選択
的酸化における触媒は燃料電池における触媒である。第
１膜の第２側面（および所要に応じて第２膜の第２側
面）に、酸素を加えた液体、好ましくは水、最も好まし
くは燃料電池による生成水から供給される純水によって
酸素を供給することができる。このようにして、酸素は
酸素を加えた水から第１膜を横切ってリホーミングされ
た燃料ガス中に拡散することができ、また水は第１膜を
横切って拡散してリホーミングされた燃料ガスを加湿す
る。
【００２５】本発明の第２の点に関する他の例は、さら
に、燃料電池に供給される酸素供給物質（これは空気ま
たはほぼ純粋な水の形態であってもよい）を第３酸素透
過性膜の第１側面と緊密に接触させ、その第２側面を水
と緊密に接触させて、この膜を横切って水を通すことに
より、燃料電池に供給される酸素供給物質を加湿する方
法を提供する。この方法の変形例においては、同時に第
３膜を横切って酸素を通して水に酸素を加えることがで
きる。
に、燃料電池に供給される酸素供給物質（これは空気ま
たはほぼ純粋な水の形態であってもよい）を第３酸素透
過性膜の第１側面と緊密に接触させ、その第２側面を水
と緊密に接触させて、この膜を横切って水を通すことに
より、燃料電池に供給される酸素供給物質を加湿する方
法を提供する。この方法の変形例においては、同時に第
３膜を横切って酸素を通して水に酸素を加えることがで
きる。
【００２６】
【実施例】次に、本発明を図面を参照して実施例につい
て説明する。図４は燃料電池および処理サイクルのブロ
ック図である。炭化水素燃料、例えばメタノールはリホ
ーミング装置４において水５の存在下に触媒を使用して
熱６を加えることによりリホーミングされる。
て説明する。図４は燃料電池および処理サイクルのブロ
ック図である。炭化水素燃料、例えばメタノールはリホ
ーミング装置４において水５の存在下に触媒を使用して
熱６を加えることによりリホーミングされる。
【００２７】生成物をリホーミング装置４から流出した
後に精製装置に通して望ましくない炭化水素を除去す
る。前記精製装置は一酸化炭素の選択的接触酸化装置８
およびその次に設けられた活性炭床７から構成する。ラ
イン９を経て制御弁９Ａによって空気または酸素を接触
酸化装置８に加えて反応式Ｄに従って一酸化炭素を除去
する。他の精製段階として、追加の活性炭床またはイオ
ン交換カラムも使用できるが、図示しなかった。残留す
る水蒸気５を冷却器１０で冷却した後に、加湿器１１で
ガスを加湿し、このガスを燃料電池１２に送る。
後に精製装置に通して望ましくない炭化水素を除去す
る。前記精製装置は一酸化炭素の選択的接触酸化装置８
およびその次に設けられた活性炭床７から構成する。ラ
イン９を経て制御弁９Ａによって空気または酸素を接触
酸化装置８に加えて反応式Ｄに従って一酸化炭素を除去
する。他の精製段階として、追加の活性炭床またはイオ
ン交換カラムも使用できるが、図示しなかった。残留す
る水蒸気５を冷却器１０で冷却した後に、加湿器１１で
ガスを加湿し、このガスを燃料電池１２に送る。
【００２８】リホーミング装置４および活性炭床７から
流出する生成ガスの量（または分圧）をそれぞれボック
ス４Ａおよび７Ａのなかに示す。ボックス４Ａには少量
の炭化水素の存在を示さなかった。少量の炭化水素は、
炭化水素燃料から反応しなかったため、あるいは望まし
くない副生物に転化したために、存在していることがあ
る。これらの炭化水素は精製装置８，７で除去される。
実用設備において現在実際に達成できる最良の精製レベ
ルは、定常状態条件下では１０ppm またはこれ未満の一
酸化炭素であり、燃料電池のある出力レベルから他の出
力レベルへの過渡期間では３０ppm である。
流出する生成ガスの量（または分圧）をそれぞれボック
ス４Ａおよび７Ａのなかに示す。ボックス４Ａには少量
の炭化水素の存在を示さなかった。少量の炭化水素は、
炭化水素燃料から反応しなかったため、あるいは望まし
くない副生物に転化したために、存在していることがあ
る。これらの炭化水素は精製装置８，７で除去される。
実用設備において現在実際に達成できる最良の精製レベ
ルは、定常状態条件下では１０ppm またはこれ未満の一
酸化炭素であり、燃料電池のある出力レベルから他の出
力レベルへの過渡期間では３０ppm である。
【００２９】しかし、このような低い不純物レベルであ
っても、一酸化炭素分子が活性な触媒部位に吸着される
につれて、燃料電池の電圧（または電力）出力に対して
累積作用を及ぼし、このようにして水素原子に対して活
性な触媒部位を閉塞する。このような触媒が次第に被毒
して行く状況を図１においてライン１Ａで示す。
っても、一酸化炭素分子が活性な触媒部位に吸着される
につれて、燃料電池の電圧（または電力）出力に対して
累積作用を及ぼし、このようにして水素原子に対して活
性な触媒部位を閉塞する。このような触媒が次第に被毒
して行く状況を図１においてライン１Ａで示す。
【００３０】空気または酸素を濾過器１３で濾過し、加
湿器１４で加湿し、燃料電池１２に送る。燃料電池にお
ける反応式Ａで表わされる反応は熱および純粋な水蒸気
／水を生成する。この純粋な水蒸気／水を冷却器１５で
凝縮し、冷却する。燃料電池における生成水の一部を冷
却器１５を経て燃料電池１２を冷却するのに使用し、前
記生成水の一部を加湿器１１，１４で反応体を加湿する
のに使用し、また前記生成水の一部５をリホーミング装
置４におけるリホーミング反応に使用する（図８参
照）。このプロセスにおいて水の正味の生成が生じ、こ
の過剰の水の大部分は空気排出手段１６または燃料のバ
ージ手段あるいは燃焼手段１７で蒸気となって失われ
る。
湿器１４で加湿し、燃料電池１２に送る。燃料電池にお
ける反応式Ａで表わされる反応は熱および純粋な水蒸気
／水を生成する。この純粋な水蒸気／水を冷却器１５で
凝縮し、冷却する。燃料電池における生成水の一部を冷
却器１５を経て燃料電池１２を冷却するのに使用し、前
記生成水の一部を加湿器１１，１４で反応体を加湿する
のに使用し、また前記生成水の一部５をリホーミング装
置４におけるリホーミング反応に使用する（図８参
照）。このプロセスにおいて水の正味の生成が生じ、こ
の過剰の水の大部分は空気排出手段１６または燃料のバ
ージ手段あるいは燃焼手段１７で蒸気となって失われ
る。
【００３１】上述のように、精製装置８および７によっ
て一酸化炭素の残留量は極少量になる。この量は代表的
な例では定常状態条件下において約３ppm であるが、過
渡期間では約３０ppm まで上昇することがある。このよ
うな精製装置が設けられていない場合には、一酸化炭素
濃度は代表的な例において、1,000 〜5,000 ppm にな
る。このような一酸化炭素を除去する従来方法では、例
えば破線１８で示すように制御弁１８によって空気また
は酸素を加えて、第２酸化装置として作用する燃料電池
１２内で一酸化炭素を選択的に酸化する。酸素を未精製
の供給原料に必要な１〜２％の割合で加えることができ
るが、精製後に達成できる一層低いレベルの残留一酸化
炭素を消滅させるのに必要なレベルの定常的な酸素濃度
の酸素を計量して供給するのは困難である。
て一酸化炭素の残留量は極少量になる。この量は代表的
な例では定常状態条件下において約３ppm であるが、過
渡期間では約３０ppm まで上昇することがある。このよ
うな精製装置が設けられていない場合には、一酸化炭素
濃度は代表的な例において、1,000 〜5,000 ppm にな
る。このような一酸化炭素を除去する従来方法では、例
えば破線１８で示すように制御弁１８によって空気また
は酸素を加えて、第２酸化装置として作用する燃料電池
１２内で一酸化炭素を選択的に酸化する。酸素を未精製
の供給原料に必要な１〜２％の割合で加えることができ
るが、精製後に達成できる一層低いレベルの残留一酸化
炭素を消滅させるのに必要なレベルの定常的な酸素濃度
の酸素を計量して供給するのは困難である。
【００３２】図示する例においては、必要である５〜１
０ppm の酸素を燃料電池１２の上流において、加湿に使
用する水を介して加える。これは、空気・燃料両用加湿
器１９（図５）または逐次の加湿器１４Ａおよび１１Ａ
（図６）によって行うことができる。空気加湿器１４Ａ
は空気加湿器１１Ａより上流に設ける。以下、本発明の
原理を図示する特定の例について説明する。
０ppm の酸素を燃料電池１２の上流において、加湿に使
用する水を介して加える。これは、空気・燃料両用加湿
器１９（図５）または逐次の加湿器１４Ａおよび１１Ａ
（図６）によって行うことができる。空気加湿器１４Ａ
は空気加湿器１１Ａより上流に設ける。以下、本発明の
原理を図示する特定の例について説明する。
【００３３】図７において、中央の水の通路２０は少な
くとも部分的に第１および第３の親水性膜２２，２１に
よって形成されている。イオン重合体膜は水および酸素
の両者に対して透過性であるので、上述の用途に理想的
である。空気または酸素は通路２３内を流れ、リホーミ
ングされた燃料ガスは通路２４内を流れる。空気、リホ
ーミングされた燃料ガス、および／または水の流れは、
所要に応じて、並流または向流させることができる。図
５および図６ではすべての流れを並流として示す。それ
は、ここに説明する配置では並流が最も好都合であるか
らである。しかし、並流は必須要件ではない。空気が通
路２３内を流れていると仮定して、酸素濃度勾配２５を
図７に付け加えた。純酸素を使用しようとする場合に
は、酸素分圧を1,000,000 ppm （１×１０6)にする。
くとも部分的に第１および第３の親水性膜２２，２１に
よって形成されている。イオン重合体膜は水および酸素
の両者に対して透過性であるので、上述の用途に理想的
である。空気または酸素は通路２３内を流れ、リホーミ
ングされた燃料ガスは通路２４内を流れる。空気、リホ
ーミングされた燃料ガス、および／または水の流れは、
所要に応じて、並流または向流させることができる。図
５および図６ではすべての流れを並流として示す。それ
は、ここに説明する配置では並流が最も好都合であるか
らである。しかし、並流は必須要件ではない。空気が通
路２３内を流れていると仮定して、酸素濃度勾配２５を
図７に付け加えた。純酸素を使用しようとする場合に
は、酸素分圧を1,000,000 ppm （１×１０6)にする。
【００３４】空気中の酸素濃度は約２０％、すなわち20
0,000 ppm （２×１０5)(25)である。第３膜２１の表面
上の水滴２６中にガスが溶解するにつれて、境界層作用
２５Ａが生じる。この溶解したガスはＤ′o2の速度で第
３膜２１を通って拡散する。当初、水中に酸素が存在し
ていない場合には、拡散速度は次式：
0,000 ppm （２×１０5)(25)である。第３膜２１の表面
上の水滴２６中にガスが溶解するにつれて、境界層作用
２５Ａが生じる。この溶解したガスはＤ′o2の速度で第
３膜２１を通って拡散する。当初、水中に酸素が存在し
ていない場合には、拡散速度は次式：
【数１】 で表わされる（境界層作用２５Ａは無視する）。
【００３５】定常状態において、水中の酸素濃度が例え
ば１００ppm （１０2)である場合には、この拡散速度は
ぎりぎり次式：
ば１００ppm （１０2)である場合には、この拡散速度は
ぎりぎり次式：
【数２】 で表わされる値まで低下する。第１膜２１を通る酸素の
拡散はＶH2O で示す水の流れとは反対の方向である。従
って、第３膜２１を通る酸素の正味の移動速度は次式：
拡散はＶH2O で示す水の流れとは反対の方向である。従
って、第３膜２１を通る酸素の正味の移動速度は次式：
【数３】Ｄ′o2 −ＶH2O で示される（上述の式の単位は一致していないが、上述
の式は相反する因子を示すものである）。
の式は相反する因子を示すものである）。
【００３６】第３膜２１における高い濃度勾配および水
の低い速度のために、上式は負の値になる。本発明の効
果は、水中の酸素濃度を高くする必要がある場合には、
小さくなることがある。水の速度ＶH2O は、水の通路２
０と空気の通路２３との間の差圧および／または第３膜
２１の性質を変えることによって、制御することができ
る。しかし、第３膜２１の表面積をを大きくすることに
より、必要量の水２６を通路２３内の空気の流れのなか
に、第３膜２１を経てより遅い速度で移動させることが
できる。上式における２つの因子の相反する作用は、図
７におけるゆるやかな酸素濃度勾配２５Ｂによって示さ
れる。
の低い速度のために、上式は負の値になる。本発明の効
果は、水中の酸素濃度を高くする必要がある場合には、
小さくなることがある。水の速度ＶH2O は、水の通路２
０と空気の通路２３との間の差圧および／または第３膜
２１の性質を変えることによって、制御することができ
る。しかし、第３膜２１の表面積をを大きくすることに
より、必要量の水２６を通路２３内の空気の流れのなか
に、第３膜２１を経てより遅い速度で移動させることが
できる。上式における２つの因子の相反する作用は、図
７におけるゆるやかな酸素濃度勾配２５Ｂによって示さ
れる。
【００３７】境界層作用を無視すると、通路２０内の水
の流れおよびその固有の乱流のために、酸素濃度勾配２
５Ｃは急になる。第１膜２２を通る酸素の拡散速度
（Ｄ″o2) は次式：
の流れおよびその固有の乱流のために、酸素濃度勾配２
５Ｃは急になる。第１膜２２を通る酸素の拡散速度
（Ｄ″o2) は次式：
【数４】Ｄ″o2＋ＶH2O で表わされるように、水の流速によって助けられる。第
１膜２２におけるＤ″o2の絶対値は第３膜２１における
Ｄ′o2の絶対値より小さく、これは酸素濃度勾配がゆる
やかであるためであるが、第１膜２２を通る酸素の正味
の流れは水の速度の付加作用のために速度が速く、これ
は勾配２５Ｂより急な勾配２５Ｄによって示されてい
る。
１膜２２におけるＤ″o2の絶対値は第３膜２１における
Ｄ′o2の絶対値より小さく、これは酸素濃度勾配がゆる
やかであるためであるが、第１膜２２を通る酸素の正味
の流れは水の速度の付加作用のために速度が速く、これ
は勾配２５Ｂより急な勾配２５Ｄによって示されてい
る。
【００３８】境界層作用２５Ｅを考慮に入れると、リホ
ーミングされた燃料ガスの通路２４における酸素濃度は
約５〜１０ppm になる。このレベルは過渡期間中ほぼ一
定である。それは、燃料電池出力を変更する正味の作用
が、燃料電池における反応体ガスの圧力変化によって起
るからである。通路２３−２０間および通路２４−２０
間の圧力差は過渡期間中互に対する比が同じ値に保たれ
るので、酸素拡散速度は有意な変化を示さない。
ーミングされた燃料ガスの通路２４における酸素濃度は
約５〜１０ppm になる。このレベルは過渡期間中ほぼ一
定である。それは、燃料電池出力を変更する正味の作用
が、燃料電池における反応体ガスの圧力変化によって起
るからである。通路２３−２０間および通路２４−２０
間の圧力差は過渡期間中互に対する比が同じ値に保たれ
るので、酸素拡散速度は有意な変化を示さない。
【００３９】このプロセスでは不活性気体である窒素の
拡散を考慮に入れなかった。しかし、リホーミングされ
た燃料ガスおよび不純物の拡散を考慮する必要がある。
水素および一酸化炭素は水に対する溶解性が酸素より小
さい。従って、濃度勾配が大きいにもかかわらず、これ
らの拡散速度は水の速度ＶH2O より小さいで、いずれの
ガスも有意な量で水の通路２０に到達することはない。
拡散を考慮に入れなかった。しかし、リホーミングされ
た燃料ガスおよび不純物の拡散を考慮する必要がある。
水素および一酸化炭素は水に対する溶解性が酸素より小
さい。従って、濃度勾配が大きいにもかかわらず、これ
らの拡散速度は水の速度ＶH2O より小さいで、いずれの
ガスも有意な量で水の通路２０に到達することはない。
【００４０】これに対し、二酸化炭素は溶解性が大きく
て炭酸を生成し、炭酸はイオン化してＨ+ 陽イオンおよ
びCO3 2- 陰イオンを生成する。第１膜２２としては、重
合体マトリックス中にイオンが固定されているイオン重
合体膜が好ましい。炭酸イオンは物理的に大きいので、
特に炭酸イオンの前進がマトリックス中の負に帯電して
いるイオンおよび反対方向に移動する水分子の存在によ
って妨害されるので、マトリックスの細隙を通るのが困
難である。従って、水の通路２０ののなかに炭酸が効果
的に移動することはない。
て炭酸を生成し、炭酸はイオン化してＨ+ 陽イオンおよ
びCO3 2- 陰イオンを生成する。第１膜２２としては、重
合体マトリックス中にイオンが固定されているイオン重
合体膜が好ましい。炭酸イオンは物理的に大きいので、
特に炭酸イオンの前進がマトリックス中の負に帯電して
いるイオンおよび反対方向に移動する水分子の存在によ
って妨害されるので、マトリックスの細隙を通るのが困
難である。従って、水の通路２０ののなかに炭酸が効果
的に移動することはない。
【００４１】通路２４のなかのリホーミングされた燃料
ガス中への酸素の移動量が不充分である場合には、空気
または酸素は吹込手段２８によって通路２０中の水中に
直接吹き込むか、あるいは吹込手段２８Ａによって通路
２０の上流で吹き込むことができる（図５）。これは始
動時あるいは特に長い過渡期間の場合に有用であること
がある。吹込みは酸素濃度勾配２５Ｂに極めて小さな影
響を及ぼすにすぎないが、酸素濃度勾配２５Ｄを容易に
２倍にすることができる。
ガス中への酸素の移動量が不充分である場合には、空気
または酸素は吹込手段２８によって通路２０中の水中に
直接吹き込むか、あるいは吹込手段２８Ａによって通路
２０の上流で吹き込むことができる（図５）。これは始
動時あるいは特に長い過渡期間の場合に有用であること
がある。吹込みは酸素濃度勾配２５Ｂに極めて小さな影
響を及ぼすにすぎないが、酸素濃度勾配２５Ｄを容易に
２倍にすることができる。
【００４２】吹込みの結果、酸素濃度勾配２５Ｃ，Ｄ，
ＥおよびＦは左に、例えば破線２５Ｇで示すように、効
果的に移動する。操作手段２８Ｂを作動させる必要があ
る場合に自動制御装置によって送信手段２８Ｃによって
信号を送ることができる場合には、空気または酸素の吹
込手段２８または２８Ａを、所要に応じて、燃料電池の
全動作期間中に使用することができ、あるいは過渡期間
中に断続的に使用することができる。
ＥおよびＦは左に、例えば破線２５Ｇで示すように、効
果的に移動する。操作手段２８Ｂを作動させる必要があ
る場合に自動制御装置によって送信手段２８Ｃによって
信号を送ることができる場合には、空気または酸素の吹
込手段２８または２８Ａを、所要に応じて、燃料電池の
全動作期間中に使用することができ、あるいは過渡期間
中に断続的に使用することができる。
【００４３】図５には、燃料電池１２への冷却水再循環
ラインにおける両用加湿器１９を示す。燃料電池１２か
らの冷却水２９は冷却器１５によって冷却され、再循環
手段３０によって再循環され、吹込手段２８Ａおよび両
用加湿器１９を経由して燃料電池１２に戻る。図６で
は、２個の個別の加湿器１４Ａおよび１１Ａが使用さ
れ、燃料ガス用加湿器１１Ａより上流に空気または酸素
用の加湿器１４Ａが設けられているので、酸素は水の通
路２０内の水中に溶解し、次いでリホーミングされた燃
料ガスの通路２４のなかに拡散する。
ラインにおける両用加湿器１９を示す。燃料電池１２か
らの冷却水２９は冷却器１５によって冷却され、再循環
手段３０によって再循環され、吹込手段２８Ａおよび両
用加湿器１９を経由して燃料電池１２に戻る。図６で
は、２個の個別の加湿器１４Ａおよび１１Ａが使用さ
れ、燃料ガス用加湿器１１Ａより上流に空気または酸素
用の加湿器１４Ａが設けられているので、酸素は水の通
路２０内の水中に溶解し、次いでリホーミングされた燃
料ガスの通路２４のなかに拡散する。
【００４４】図８は図５のフローシートの変形例を示
す。図８では個別の加湿器１４Ａおよび１１Ａは同一ハ
ウジング１９内に収容され、再循環水３１は空気加湿器
（および酸素吸着器）１４Ａを通って燃料加湿器（およ
び酸素脱着器）１１Ａに、次いでパイプ３２を通って燃
料電池１２に送られる。実際には、パイプ３２は内部連
結管であるが、図８では、パイプの存在が逐次の加湿器
１４Ａおよび１１Ａを通る水の流れ（破線で示す）と共
に強調して示されている。
す。図８では個別の加湿器１４Ａおよび１１Ａは同一ハ
ウジング１９内に収容され、再循環水３１は空気加湿器
（および酸素吸着器）１４Ａを通って燃料加湿器（およ
び酸素脱着器）１１Ａに、次いでパイプ３２を通って燃
料電池１２に送られる。実際には、パイプ３２は内部連
結管であるが、図８では、パイプの存在が逐次の加湿器
１４Ａおよび１１Ａを通る水の流れ（破線で示す）と共
に強調して示されている。
【００４５】冷却水は燃料電池１２からパイプ２９を通
って流出し、冷却器１５で凝縮および冷却され、貯槽３
３内に捕集され、ここから再循環手段３０によってパイ
プ３１を通って再循環される。この変形例では、吹込手
段２８Ａによって貯槽３３のなかに気泡が送られる。未
吸収ガスは圧力逃がし弁３４を経て空気排出手段１６Ａ
から流出する。燃料電池１２からの廃空気は圧力逃がし
弁３４Ａを経て空気排出手段１６から排出される。
って流出し、冷却器１５で凝縮および冷却され、貯槽３
３内に捕集され、ここから再循環手段３０によってパイ
プ３１を通って再循環される。この変形例では、吹込手
段２８Ａによって貯槽３３のなかに気泡が送られる。未
吸収ガスは圧力逃がし弁３４を経て空気排出手段１６Ａ
から流出する。燃料電池１２からの廃空気は圧力逃がし
弁３４Ａを経て空気排出手段１６から排出される。
【００４６】燃料電池１２によって生成する実際の生成
水は冷却器３６で冷却され、貯槽３７内に捕集される。
大部分の水５はリホーミング装置に送られるが、パイプ
３９における制御弁３８を経て貯槽３３に達する補給部
分がある。この補給部分は、加湿器１１Ａ、１４Ａまた
は１９においてガスに移行することにより失われる水お
よび圧力逃がし弁を経由して失われる水を補充する。自
動制御手段３８Ａによって制御弁３８を作動させる。吹
込手段２８、２８Ａによる空気または酸素の吹込みは、
再循環冷却水２９を冷却器１５において冷却した後に行
う。これは水温が低い程多量の酸素が溶解するからであ
る。
水は冷却器３６で冷却され、貯槽３７内に捕集される。
大部分の水５はリホーミング装置に送られるが、パイプ
３９における制御弁３８を経て貯槽３３に達する補給部
分がある。この補給部分は、加湿器１１Ａ、１４Ａまた
は１９においてガスに移行することにより失われる水お
よび圧力逃がし弁を経由して失われる水を補充する。自
動制御手段３８Ａによって制御弁３８を作動させる。吹
込手段２８、２８Ａによる空気または酸素の吹込みは、
再循環冷却水２９を冷却器１５において冷却した後に行
う。これは水温が低い程多量の酸素が溶解するからであ
る。
【００４７】上述の方法では、低濃度の酸素を連続的に
加えると共に、化学的および物理的精製プロセスを使用
して一酸化炭素の存在を極めて低いレベルまで低下させ
る結果として、燃料供給条件と空気供給条件との所定の
組合せに関して、燃料電池１２からの出力４０が最適に
なる。実験の結果（図２）、過渡的条件下では、一酸化
炭素生成量が増加し、この結果条件が新しい流量で安定
になった場合に、出力電圧４０の僅かな低下４１が生じ
ることが分かった。特別に酸素を添加した場合には、一
酸化炭素が酸化され、当初の出力電圧４０が回復され
る。
加えると共に、化学的および物理的精製プロセスを使用
して一酸化炭素の存在を極めて低いレベルまで低下させ
る結果として、燃料供給条件と空気供給条件との所定の
組合せに関して、燃料電池１２からの出力４０が最適に
なる。実験の結果（図２）、過渡的条件下では、一酸化
炭素生成量が増加し、この結果条件が新しい流量で安定
になった場合に、出力電圧４０の僅かな低下４１が生じ
ることが分かった。特別に酸素を添加した場合には、一
酸化炭素が酸化され、当初の出力電圧４０が回復され
る。
【００４８】しかし、本発明の装置と類似した装置を使
用して行った特定の試験では、ガス状酸素を特別にさら
に添加しなくしても、出力電圧の低下４１が次第に回復
されることが分かった（図３）。このプロセスを詳細に
検討した結果、溶解酸素の役割が確認され、本発明の装
置が開発されて、溶解酸素の作用が最適に利用されるよ
うになった、すなわち出力電圧の低下４１のレベルおよ
び全出力電圧４０を回復するまでの時間４２が最小にな
った。本発明の装置および方法は低いppm レベルの酸素
濃度を生成するのに最適である。
用して行った特定の試験では、ガス状酸素を特別にさら
に添加しなくしても、出力電圧の低下４１が次第に回復
されることが分かった（図３）。このプロセスを詳細に
検討した結果、溶解酸素の役割が確認され、本発明の装
置が開発されて、溶解酸素の作用が最適に利用されるよ
うになった、すなわち出力電圧の低下４１のレベルおよ
び全出力電圧４０を回復するまでの時間４２が最小にな
った。本発明の装置および方法は低いppm レベルの酸素
濃度を生成するのに最適である。
【００４９】過渡状態が生じた場合には、精製装置８、
７の後において一酸化炭素濃度は３０ppm 以下になるこ
とがあるが、このような条件は定常状態が再び確立され
るまでの数秒のみの間続く筈であり、酸素レベルは低下
して約３ppm に戻る。５ppmの酸素レベルの場合には、
出力電圧の低下４１を例えば１〜２分間にわたって消滅
させることができるが、酸素濃度を例えば吹込手段２
８、２８Ａによって空気または酸素の吹込みを行うこと
によって１０ppm まで増加させた場合には、出力電圧４
０をおそらく３０秒で回復させることができる。
７の後において一酸化炭素濃度は３０ppm 以下になるこ
とがあるが、このような条件は定常状態が再び確立され
るまでの数秒のみの間続く筈であり、酸素レベルは低下
して約３ppm に戻る。５ppmの酸素レベルの場合には、
出力電圧の低下４１を例えば１〜２分間にわたって消滅
させることができるが、酸素濃度を例えば吹込手段２
８、２８Ａによって空気または酸素の吹込みを行うこと
によって１０ppm まで増加させた場合には、出力電圧４
０をおそらく３０秒で回復させることができる。
【００５０】出力電圧の低下４１を使用して吹込手段２
８、２８Ａをトリガーすることができ、また電力をバッ
クアップ電池から取り出して一時的な短い低下を補うこ
とができる。このようにして、テレビジョンのような電
力消費装置は過渡期間中正常に動作を続けることがで
き、制御装置（図示してないが、符号２８Ｃによって示
す）を完全自動化することができる。
８、２８Ａをトリガーすることができ、また電力をバッ
クアップ電池から取り出して一時的な短い低下を補うこ
とができる。このようにして、テレビジョンのような電
力消費装置は過渡期間中正常に動作を続けることがで
き、制御装置（図示してないが、符号２８Ｃによって示
す）を完全自動化することができる。
【００５１】本発明の重要な特徴は、リホーミングされ
た燃料ガス中の一酸化炭素レベルが、良好に制御された
プロセスにおいてさえ生成する0.1 〜0.5 ％（1,000 〜
5,000 ppm ）という従来の生成レベルから極めて低レベ
ル、例えば３０ppm 未満のレベルまで低下することであ
る。これは、選択的接触酸化装置８をライン９からの追
加の酸素の存在下に使用する場合にのみ、可能である。
好ましい触媒は貴金属と適当な金属化合物との混合物を
適当な担体に担持させたものである。反応は一酸化炭素
が触媒に吸着された際に生起するのであるから、大きい
触媒表面積が必要である。従って、触媒は例えばペレッ
トの形にすることができる。この種の触媒はアンモニア
の製造においてリホーミングされた炭化水素から一酸化
炭素を選択的に除去する際に使用されるが、燃料電池へ
の適用は従来全く知られていない。
た燃料ガス中の一酸化炭素レベルが、良好に制御された
プロセスにおいてさえ生成する0.1 〜0.5 ％（1,000 〜
5,000 ppm ）という従来の生成レベルから極めて低レベ
ル、例えば３０ppm 未満のレベルまで低下することであ
る。これは、選択的接触酸化装置８をライン９からの追
加の酸素の存在下に使用する場合にのみ、可能である。
好ましい触媒は貴金属と適当な金属化合物との混合物を
適当な担体に担持させたものである。反応は一酸化炭素
が触媒に吸着された際に生起するのであるから、大きい
触媒表面積が必要である。従って、触媒は例えばペレッ
トの形にすることができる。この種の触媒はアンモニア
の製造においてリホーミングされた炭化水素から一酸化
炭素を選択的に除去する際に使用されるが、燃料電池へ
の適用は従来全く知られていない。
【００５２】本発明の装置および方法は、燃料電池によ
る発電装置に適用した場合に、つぎの利点を有する： i) 燃料に添加する追加の酸素量は、極めて少量、すな
わち化学量論的必要量の1.7 倍程度であるにすぎない。 ii) 定常的な低いレベルの酸素添加を有意な変動の危
険なしに容易に制御できる。 iii) 過剰酸素レベルに起因する爆発の危険を無視でき
る（燃料電池における爆発は膜を破裂させて、燃料電池
を不安定にする）。 iv) 高濃度の一酸化炭素が蓄積する可能性が全くな
い。
る発電装置に適用した場合に、つぎの利点を有する： i) 燃料に添加する追加の酸素量は、極めて少量、すな
わち化学量論的必要量の1.7 倍程度であるにすぎない。 ii) 定常的な低いレベルの酸素添加を有意な変動の危
険なしに容易に制御できる。 iii) 過剰酸素レベルに起因する爆発の危険を無視でき
る（燃料電池における爆発は膜を破裂させて、燃料電池
を不安定にする）。 iv) 高濃度の一酸化炭素が蓄積する可能性が全くな
い。
【００５３】v) 一酸化炭素の過剰酸化に起因する熱の
発生が極めて少なくなる（一酸化炭素の過剰酸化は燃料
電池の膜を局部的に乾燥させ、これに損傷を与える）。 vi) 過剰量の酸素は750,000 ppm の酸素と比較すると
無視できる量である。（精製を行わない場合には、一酸
化炭素生成レベルは0.1 〜0.5 ％であり、これは１〜２
％の量の酸素の添加を必要とし、従って生成した水素燃
料の２〜４％が実際に失われる）。
発生が極めて少なくなる（一酸化炭素の過剰酸化は燃料
電池の膜を局部的に乾燥させ、これに損傷を与える）。 vi) 過剰量の酸素は750,000 ppm の酸素と比較すると
無視できる量である。（精製を行わない場合には、一酸
化炭素生成レベルは0.1 〜0.5 ％であり、これは１〜２
％の量の酸素の添加を必要とし、従って生成した水素燃
料の２〜４％が実際に失われる）。
【００５４】vii) 燃料電池における触媒効率が最大に
なる。（一酸化炭素の酸化は触媒表面で起るにちがいな
いので、若干の活性部位は必然的に一酸化炭素によって
「閉塞」され、水素吸着および電力発生反応に使用され
ない。本発明においては、閉塞部位の数を300 〜1700分
の１に減少することができる）。
なる。（一酸化炭素の酸化は触媒表面で起るにちがいな
いので、若干の活性部位は必然的に一酸化炭素によって
「閉塞」され、水素吸着および電力発生反応に使用され
ない。本発明においては、閉塞部位の数を300 〜1700分
の１に減少することができる）。
【００５５】本発明の原理の変形例においては、リホー
ミングされた燃料ガスおよび空気（または酸素）は１個
の室４３を通ることができ、かつこの室４３内で１個の
透過性膜４４によって分離されている。水素は酸素より
小さい原子容を有しているので、空気流中への水素の拡
散速度は水素中への酸素の拡散速度より大きいのが普通
である。しかし、このことは、両者の拡散速度が大きく
相違していない場合には重要性が比較的小さいことがあ
る。
ミングされた燃料ガスおよび空気（または酸素）は１個
の室４３を通ることができ、かつこの室４３内で１個の
透過性膜４４によって分離されている。水素は酸素より
小さい原子容を有しているので、空気流中への水素の拡
散速度は水素中への酸素の拡散速度より大きいのが普通
である。しかし、このことは、両者の拡散速度が大きく
相違していない場合には重要性が比較的小さいことがあ
る。
【００５６】例えば、水素の拡散速度が酸素の拡散速度
の例えば５倍である場合には、５ppmの酸素が水素中に
拡散する毎に、２５ppm の水素が酸素中に拡散する。こ
れは実際の燃料電池の設計において受け入れられること
である。相対的拡散速度は、例えば透過性膜４４による
差圧を維持することにより調整することができる、すな
わち空気／酸素の圧力はリホーミングされた燃料ガスの
圧力より僅かに高くすることができる。あるいはまた、
酸素の拡散を水素の拡散より優先させる膜または表面処
理を用いることができる。
の例えば５倍である場合には、５ppmの酸素が水素中に
拡散する毎に、２５ppm の水素が酸素中に拡散する。こ
れは実際の燃料電池の設計において受け入れられること
である。相対的拡散速度は、例えば透過性膜４４による
差圧を維持することにより調整することができる、すな
わち空気／酸素の圧力はリホーミングされた燃料ガスの
圧力より僅かに高くすることができる。あるいはまた、
酸素の拡散を水素の拡散より優先させる膜または表面処
理を用いることができる。
【００５７】室４３を、接触酸化装置８の上流で使用し
てライン９からの酸素を添加することができ、また接触
酸化装置８の下流で使用してppm 量の残留一酸化炭素の
除去を容易にすることができる。図９では、残留−酸化
炭素の除去を行わせる場合に、室４３に流入するガス混
合物および室４３から流出するガス混合物の両者の大約
のパーセント（または分圧）を、水素の有効拡散速度が
酸素の有効拡散速度の５倍であると仮定して、フローボ
ックス内に示した。この５倍という比はリホーミング装
置４の直後の酸素添加、すなわち精製装置８、７を設け
ない場合の酸素添加を効果のないものにする。その理由
は、0.1 〜0.5 ％の一酸化炭素不純物レベルがこれを除
去するために0.4 〜2.0 ％の酸素を必要とし、このレベ
ルの酸素を供給することは２〜１０％の水素が逆拡散す
ることを意味するからである。
てライン９からの酸素を添加することができ、また接触
酸化装置８の下流で使用してppm 量の残留一酸化炭素の
除去を容易にすることができる。図９では、残留−酸化
炭素の除去を行わせる場合に、室４３に流入するガス混
合物および室４３から流出するガス混合物の両者の大約
のパーセント（または分圧）を、水素の有効拡散速度が
酸素の有効拡散速度の５倍であると仮定して、フローボ
ックス内に示した。この５倍という比はリホーミング装
置４の直後の酸素添加、すなわち精製装置８、７を設け
ない場合の酸素添加を効果のないものにする。その理由
は、0.1 〜0.5 ％の一酸化炭素不純物レベルがこれを除
去するために0.4 〜2.0 ％の酸素を必要とし、このレベ
ルの酸素を供給することは２〜１０％の水素が逆拡散す
ることを意味するからである。
【図１】本発明方法の一例における燃料電池の出力電圧
と時間との関係を従来方法を使用した場合と比較して示
すグラフである。
と時間との関係を従来方法を使用した場合と比較して示
すグラフである。
【図２】本発明方法の一例における燃料電池の出力電圧
と時間との関係を、ある出力レベルから他の出力レベル
への過渡期間について示すグラフである。
と時間との関係を、ある出力レベルから他の出力レベル
への過渡期間について示すグラフである。
【図３】本発明方法の一例における燃料電池の出力電圧
と時間との関係を、ある出力レベルから他の出力レベル
への過渡期間について示し、短時間の後に出力電圧が回
復することを示すグラフである。
と時間との関係を、ある出力レベルから他の出力レベル
への過渡期間について示し、短時間の後に出力電圧が回
復することを示すグラフである。
【図４】本発明装置の一例である燃料電池発電装置のフ
ローシートである。
ローシートである。
【図５】図４のフローシートの変形例であって、空気・
燃料両用加湿器を設けた場合を示すフローシートであ
る。
燃料両用加湿器を設けた場合を示すフローシートであ
る。
【図６】図４のフローシートの他の変形例であって、空
気加湿器および燃料加湿器を順次に設けた場合を示すフ
ローシートである。
気加湿器および燃料加湿器を順次に設けた場合を示すフ
ローシートである。
【図７】図５に示す両用加湿器１９の全域における酸素
濃度分布を示す両用加湿器１９の断面図である。
濃度分布を示す両用加湿器１９の断面図である。
【図８】本発明装置の他の例における燃料電池１２用の
燃料ガスの加湿および関連する再循環水の系統を示すフ
ローシートである。
燃料ガスの加湿および関連する再循環水の系統を示すフ
ローシートである。
【図９】本発明装置のさらに他の例における透過性膜４
４を横切る水素および酸素の拡散を示すフローシートで
ある。
４を横切る水素および酸素の拡散を示すフローシートで
ある。
１ 従来方法の場合のライン 1A 従来方法において燃料ガスを精製した場合のライン
（触媒の被毒を示すライン） ２ 酸素を添加した場合のライン ３ 電圧低下 ４ リホーミング装置 4A リホーミング装置から流出する生成ガスの組成を示
すボックス ５ 水（燃料電池１２における生成水の一部、水蒸気） ６ 熱 ７ 活性炭床（精製装置） 7A 活性炭床から流出する生成ガスの組成を示すボック
ス ８ 選択的接触酸化装置（精製装置） ９ ライン（空気または酸素のライン） 9A 制御弁 10 冷却器 11，11A 加湿器 12 燃料電池 13 濾過器 14，14A 加湿器 15 冷却器 16，16A 空気排出手段 17 燃料バージ手段（燃料燃焼手段） 18 破線（空気または酸素のライン） 18A 制御弁 19 空気・燃料両用加湿器（ハウジング） 20 水の通路 21 第３親水性膜（第３酸素透過性膜） 22 第１親水性膜（第１酸素透過性膜） 23 空気または酸素の通路 24 リホーミングされた燃料ガスの通路 25 酸素濃度勾配（空気中の酸素濃度） 25A, 25B, 25C, 25D, 25E, 25F, 25G 酸素濃度勾配 25A, 25E 境界層作用 26, 27 水滴（必要量の水） 28, 28A 空気または酸素の吹込手段 28b 操作手段 28c 送信手段 29 冷却水（パイプ） 30 再循環手段 31 再循環水 32 パイプ 33 貯槽 34, 34A 圧力逃がし弁 35 生成水 36 冷却器 37 貯槽 38 制御弁 38A 自動制御手段 39 パイプ 40 出力（出力電圧） 41 出力電圧の低下 42 全出力電圧を回復するまでの時間 43 室 44 透過性膜
（触媒の被毒を示すライン） ２ 酸素を添加した場合のライン ３ 電圧低下 ４ リホーミング装置 4A リホーミング装置から流出する生成ガスの組成を示
すボックス ５ 水（燃料電池１２における生成水の一部、水蒸気） ６ 熱 ７ 活性炭床（精製装置） 7A 活性炭床から流出する生成ガスの組成を示すボック
ス ８ 選択的接触酸化装置（精製装置） ９ ライン（空気または酸素のライン） 9A 制御弁 10 冷却器 11，11A 加湿器 12 燃料電池 13 濾過器 14，14A 加湿器 15 冷却器 16，16A 空気排出手段 17 燃料バージ手段（燃料燃焼手段） 18 破線（空気または酸素のライン） 18A 制御弁 19 空気・燃料両用加湿器（ハウジング） 20 水の通路 21 第３親水性膜（第３酸素透過性膜） 22 第１親水性膜（第１酸素透過性膜） 23 空気または酸素の通路 24 リホーミングされた燃料ガスの通路 25 酸素濃度勾配（空気中の酸素濃度） 25A, 25B, 25C, 25D, 25E, 25F, 25G 酸素濃度勾配 25A, 25E 境界層作用 26, 27 水滴（必要量の水） 28, 28A 空気または酸素の吹込手段 28b 操作手段 28c 送信手段 29 冷却水（パイプ） 30 再循環手段 31 再循環水 32 パイプ 33 貯槽 34, 34A 圧力逃がし弁 35 生成水 36 冷却器 37 貯槽 38 制御弁 38A 自動制御手段 39 パイプ 40 出力（出力電圧） 41 出力電圧の低下 42 全出力電圧を回復するまでの時間 43 室 44 透過性膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 593206562 シージェイビーディー リミテッド ＣＪＢＤ ＬＩＭＩＴＥＤ イギリス国 ハンプシャー ピーオー３ ５ピージー ポーツマス エアポート サ ービス ロード（番地なし) (72)発明者 クリーヴ メルヴィン シーモア イギリス国 カンブリア エルエイ12 ０ アールワイ スウォースムーア ニア ア ルヴァーストン メイン ロード トリン ケルド（番地なし） スウォースデイル ハウス (72)発明者 ロバート アンソニー ジョン ダムス イギリス国 ウェスト サセックス ビー エヌ18 ０ピーキュー アランデル ワル バートン ザ ストリート（番地なし）ザ レッド コテージ (72)発明者 イアン パルマー イギリス国 カンブリア エルエイ13 ９ ジェイエックス バロー−イン−ファーネ ス アボッツフィールド ガーデンス３ (72)発明者 スティーブン コリン ムーア イギリス国 ハンプシャー ピーオー７ ６キュービー デンミード ミード エン ド ロード２ カスケーダ
Claims (24)
- 【請求項１】 燃料ガス、特に燃料電池用燃料ガスの処
理装置において、 リホーミングされた燃料ガスの流れのなかの一酸化炭素
の一次選択的接触酸化を行うための、第１触媒を含有す
る第１酸化手段と、 前記リホーミングされた燃料ガスの流れのなかの残留一
酸化炭素の二次選択的接触酸化を行うための、第２触媒
を含有する第２酸化手段と、 第１酸素透過性膜および該透過性膜に酸素を供給する手
段とを具え、 前記第１酸素透過性膜は、前記リホーミングされた燃料
ガスが前記第２酸化手段に流入する前に、その第１側面
で前記リホーミングされた燃料ガスと緊密に接触し、か
つその第２側面で酸素供給物質と緊密に接触するように
構成されていることを特徴とする燃料ガスの処理装置。 - 【請求項２】 前記第１酸素透過性膜は、前記リホーミ
ングされた燃料ガスの流れに関して、前記第１酸化手段
の下流かつ前記第２酸化手段の上流に配置され、前記処
理装置は、さらに、前記第１酸化手段の上流に配置され
た第２酸素透過性膜、および該第２酸素透過性膜に酸素
を供給する手段を具え、前記第２酸素透過性膜の第１側
面が前記リホーミングされた燃料ガスと緊密に接触し、
前記第２酸素透過性膜の第２側面が前記酸素供給物質と
緊密に触接するように構成されていることを特徴とする
請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 前記第１触媒は水素に関して優先的に一
酸化炭素を吸着するのに適していることを特徴とする請
求項１または２記載の装置。 - 【請求項４】 前記第２触媒は燃料電池における触媒で
あることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つの項
に記載の装置。 - 【請求項５】 前記酸素供給手段は、前記第１酸素透過
性膜の第２側面と緊密に接触している酸素を加えた液体
であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つの
項に記載の装置。 - 【請求項６】 前記酸素を加えた液体は水であることを
特徴とする請求項５記載の装置。 - 【請求項７】 前記酸素を加えた液体は燃料電池におけ
る生成水から供給された水であることを特徴とする請求
項５または６記載の装置。 - 【請求項８】 前記処理装置は、さらに、燃料電池に供
給される酸素供給物質を加湿する手段を具え、該手段は
第３酸素透過性膜を具え、該第３膜はその第１側面にお
いて前記酸素供給物質と緊密に接触しかつその第２側面
において水と緊密に接触するように構成されていること
を特徴とする請求項１〜７のいずれか一つの項に記載の
装置。 - 【請求項９】 前記酸素供給物質は空気または純粋な酸
素であることを特徴とする請求項８記載の装置。 - 【請求項１０】 水が前記第３酸素透過性膜を横切って
その第２側面からその第１側面に通り、かつ前記酸素供
給物質中に蒸発するように構成されていることを特徴と
する請求項８または９記載の装置。 - 【請求項１１】 酸素が第３酸素透過性膜を横切ってそ
の第１側面からその第２側面に通り、これにより前記水
に酸素を加えるように構成されていることを特徴とする
請求項８〜１０のいずれか一つの項に記載の装置。 - 【請求項１２】 前記第１膜および前記第３膜がそれぞ
れの第２側面において同一の水の流れと緊密に接触する
ように構成されていることを特徴とする請求項８〜１１
のいずれか一つの項に記載の装置。 - 【請求項１３】 前記処理装置は、前記第１酸素透過性
膜を有する第１加湿器、および第３酸素透過性膜を有す
る第２加湿器を具え、前記第１加湿器は前記水の流れに
関して前記第２加湿器の下流に配置されていることを特
徴とする請求項１２記載の装置。 - 【請求項１４】 １個の加湿器を具え、該加湿器は前記
第１酸素透過性膜および前記第３酸素透過性膜を有し、
前記水が前記第１膜と前記第３膜との間に形成された間
隙内を流れるように構成されていることを特徴とする請
求項１２記載の装置。 - 【請求項１５】 空気または酸素を前記第１酸素透過性
膜の上流で前記水のなかに吹き込むことにより、前記水
のなかの酸素を補給できるように構成されていることを
特徴とする請求項６〜１４のいずれか一つの項に記載の
装置。 - 【請求項１６】 燃料電池用燃料ガスを処理するに当
り、(i) リホーミングされた燃料ガスの流れのなかに
含有されている一酸化炭素の一次選択的接触酸化を行
い、次いで(ii) 前記リホーミングされた燃料ガスのな
かに含有されている残留一酸化炭素の二次選択的接触酸
化を行い、 前記二次選択的接触酸化用の所定量の少量の酸素を、第
１酸素透過性膜を設け、該第１膜の第１側面の全体にわ
たって前記リホーミングされた燃料ガスを通し、前記第
１膜の第２側面に酸素を供給し、前記第１膜を横切って
前記リホーミングされた燃料ガス中に酸素を拡散させる
ことによって供給することを特徴とする燃料ガスの処理
方法。 - 【請求項１７】 さらに、第２酸素透過性膜を設け、該
第２膜の第１側面の全体にわたって前記リホーミングさ
れた燃料ガスを通し、前記第２膜の第２側面に酸素供給
物質を供給し、前記第２膜を横切って酸素を拡散させる
ことによって、一次選択的接触酸化用の所定量の酸素を
供給することを特徴とする請求項１６記載の方法。 - 【請求項１８】 前記一次選択的酸化における触媒は水
素に関して優先的に一酸化炭素を吸着するのに適してい
ることを特徴とする請求項１６または１７記載の方法。 - 【請求項１９】 前記二次選択的酸化における触媒は前
記燃料電池における触媒であることを特徴とする請求項
１６〜１８のいずれか一つの項に記載の方法。 - 【請求項２０】 前記第１膜の前記第２側面および所要
に応じて前記第２膜の前記第２側面に、酸素を加えた液
体によって酸素を供給することを特徴とする請求項１６
〜１９のいずれか一つの項に記載の方法。 - 【請求項２１】 前記酸素を加えた液体は水であること
を特徴とする請求項２０記載の方法。 - 【請求項２２】 前記酸素を加えて液体は前記燃料電池
による生成水から供給される水であることを特徴とする
請求項２０または２１記載の方法。 - 【請求項２３】 第３酸素透過性膜を使用し、該第３膜
の第１側面を前記酸素供給物質と緊密に接触させ、前記
第３膜の第２側面を水と緊密に接触させ、前記第３膜を
横切って水を通すことにより、前記酸素供給物質を加湿
することを特徴とする請求項１６〜２２のいずれか一つ
の項に記載の方法。 - 【請求項２４】 前記第３膜を横切って前記水とは反対
方向に酸素を通して前記水に酸素を加えることを特徴と
する請求項２３記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9223660:3 | 1992-11-11 | ||
| GB9223660A GB2272430B (en) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | Processing of fuel gases,in particular for fuel cells and apparatus therefor |
Publications (1)
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|---|---|
| JPH06220468A true JPH06220468A (ja) | 1994-08-09 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5282604A Pending JPH06220468A (ja) | 1992-11-11 | 1993-11-11 | 燃料ガスの処理方法およびこれに使用する装置 |
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| EP (1) | EP0598530B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06220468A (ja) |
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| GB (1) | GB2272430B (ja) |
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