(57)【要約】【課題】  電力消費量の増加を招くことなく改質ガスとＣＯ選択酸化剤とを均一に混合させる。【解決手段】  原料ガスと空気と水又は水蒸気とを原料として水素を含む改質ガスを生成する改質反応器３と、前記改質ガス中に含まれるＣＯと水蒸気を反応させるＣＯシフト器４と、ＣＯシフト器４を通過した改質ガスのＣＯ濃度を低減するＣＯ選択酸化器６と、燃料電池のアノード排ガスを燃焼処理し熱回収する補助燃焼器１９とを含んでなる水素製造装置１と、ＣＯ選択酸化器６を通過した改質ガスを燃料として発電する固体高分子形燃料電池２とを有して固体高分子形燃料電池発電システムを構成し、ＣＯ選択酸化器６に、補助燃焼器１９の燃焼排ガスの一部を投入する選択酸化用ガス供給管（補助燃焼排ガス用）２７ａもしくは固体高分子形燃料電池２から排出されるカソード排ガスを投入する選択酸化用ガス供給管（カソード排ガス用）２９ａを接続する。【選択図】        図１
2006294467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素又はアルコール類又はエーテル類燃料と酸素又は空気と水又は水蒸気とを原料として水素を含む改質ガスを生成する改質反応器と、前記改質ガス中に含まれるＣＯと水蒸気を反応させるＣＯシフト器と、ＣＯシフト器を通過した改質ガスのＣＯ濃度を低減するＣＯ選択酸化器と、燃料電池のアノード排ガスを燃焼処理し熱回収する補助燃焼器とを含んでなる水素製造装置と、前記ＣＯ選択酸化器を通過した改質ガスを燃料として発電する固体高分子形燃料電池とを有してなり、前記ＣＯ選択酸化器に、前記補助燃焼器の燃焼排ガスの一部を投入する燃焼排ガス投入配管もしくは前記固体高分子形燃料電池から排出されるカソード排ガスを投入するカソード排ガス投入配管が接続されている固体高分子形燃料電池発電システム。
【請求項２】
請求項１記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、前記ＣＯ選択酸化器に、前記補助燃焼器の燃焼排ガスの一部を投入する燃焼排ガス投入配管が接続されており、燃料電池電流値及び補助燃焼器投入空気量及び水素製造装置運転条件とから、前記燃焼排ガス中の酸素濃度を算出し、前記ＣＯ選択酸化器への前記燃焼排ガスの投入量を調節する制御器を有してなることを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【請求項３】
請求項１記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、前記ＣＯ選択酸化器に、前記固体高分子形燃料電池から排出されるカソード排ガスを投入するカソード排ガス投入配管が接続されており、燃料電池電流値及び燃料電池投入空気量及び水素製造装置運転条件とから、前記燃料電池の前記カソード排ガス中の酸素濃度を算出し、前記ＣＯ選択酸化器への前記カソード排ガスの投入量を調節する制御器を有してなることを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【請求項４】
請求項１記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、前記ＣＯ選択酸化器を通過した改質ガスのＣＯ濃度を計測するＣＯ濃度計測手段を設け、計測されたＣＯ濃度値に基づいて前記補助燃焼器の燃焼排ガスまたは前記カソード排ガスのＣＯ選択酸化器への投入量を調節する制御器を有してなることを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【請求項５】
請求項２又は３記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、前記ＣＯ選択酸化器を通過した改質ガスのＣＯ濃度を計測するＣＯ濃度計測手段を備え、前記制御器は、計測されたＣＯ濃度値に基づいて前記補助燃焼器の燃焼排ガスまたは前記カソード排ガスのＣＯ選択酸化器への投入量を調節するよう構成されていることを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体高分子形燃料電池発電システムに係り、特に、燃料電池用燃料を製造する水素製造装置のＣＯ選択酸化器における改質ガスと選択酸化剤の混合に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術に基づく固体高分子形燃料電池システムの水素製造装置は、改質ガスを生成する水素製造装置本体と、補助燃焼部起動バーナを備えて水素製造装置本体に水蒸気を供給する補助燃焼器から構成される。水素製造装置本体は、燃焼触媒と改質触媒を含んで構成された改質反応器と、改質反応器で生成された改質ガスを冷却する蒸気発生器と、蒸気発生器で冷却された改質ガス中に含有される一酸化炭素（以下ＣＯと記載）を水蒸気とのＣＯシフト反応により水素と二酸化炭素に変換するＣＯシフト触媒を含むＣＯシフト器と、そして固体高分子形燃料電池（以下ＰＥＦＣと記載）の電極の被毒物質になるＣＯを選択的に酸化除去し１０ppm以下にするためのＣＯ選択酸化触媒を備えたＣＯ選択酸化器と、を含んで構成される。
【０００３】
水素製造装置で生成された改質ガス中の水素は、固体高分子形燃料電池にて酸化剤と反応して電圧を発生し、インバータでＡＣ出力として外部へ供給される。未消費水素を含むアノード排ガスは補助燃焼器にて水を加熱して水蒸気にする燃料として利用するため、アノード排ガス排出管を通って補助燃焼部起動バーナへ送られる。
【０００４】
水素製造装置の原料の都市ガスは空気、水蒸気と共に燃焼触媒に入り、供給された都市ガス量の約２０％を、同伴させた空気により燃焼させる。この燃焼熱が次段の改質触媒へ受け渡され、改質反応の熱源となる。改質触媒では水素が生成される水蒸気改質反応(吸熱反応) （反応式（１））が進行し、６００〜６５０℃の改質ガスが得られる。
【０００５】
ＣＨ４  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ  ＋  ３Ｈ２  ・・・  （１）
【０００６】
続いてＣＯシフト器の前段である蒸気発生器内にある蒸気発生用熱交換器において、水により改質ガスが冷却される。冷却されて温度がＣＯシフト触媒の作動温度である２５０〜３００℃になった改質ガスがＣＯシフト器に送り込まれ、ＣＯシフト触媒にてＣＯシフト反応（反応式（２））が行われる。
【０００７】
ＣＯ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２  ＋  Ｈ２    ・・・  （２）
【０００８】
また、前記蒸気発生器内にて熱交換により発生した水蒸気は燃焼触媒に供給され、装置全体の熱効率を高める。
【０００９】
ＣＯシフト器出側には水により改質ガスを冷却するＣＯシフト用熱交換器が内装されており、改質ガスは、ＣＯ選択酸化触媒の作動温度である１２０〜２００℃に冷却される。ＣＯ選択酸化器には、酸化剤である空気と、１２０〜２００℃に冷却された改質ガスとが供給され、ＣＯ選択酸化反応（反応式（３））が進行する。
【００１０】
ＣＯ  ＋  １/２Ｏ２  →  ＣＯ２      ・・・  （３）
【００１１】
ＣＯ選択酸化器の動作について、さらに説明する。従来技術に基づくＣＯ選択酸化器は、ＣＯ選択酸化触媒が充填された筐体と、この筐体の一方の端部に改質ガスを導入する改質ガス入り側流路と、この筐体の他方の端部から改質ガスを導出する改質ガス出側流路と、ＣＯ選択酸化触媒温度測定用の熱電対と、改質ガス入り側流路に空気を供給する空気供給管と、前記筐体中に配置されたＣＯ選択酸化用熱交換器に水を供給する水供給管と、を含んで構成されている。
【００１２】
改質ガス入り側流路より筐体中に流入する改質ガスのＣＯ濃度は、ＣＯシフト器でおよそ５０００ppm程度の濃度に低減されている。ＣＯ選択酸化触媒では、改質ガス中のＣＯは空気供給管より投入した空気(酸素)と選択的に反応し（ＣＯ選択酸化反応）、二酸化炭素となる。
【００１３】
このＣＯ選択酸化反応は発熱反応であるため、ＣＯ選択酸化触媒部の温度は上昇する。一般的にＣＯ選択酸化触媒においてＣＯ除去に適した温度域は、１２０〜２００℃の範囲である。そのため、ＣＯ選択酸化器にＣＯ選択酸化用熱交換器を設置し、ＣＯ選択酸化触媒の温度がＣＯ除去に適した温度域に収まるように除熱を行う構成となっている。
【００１４】
ＣＯ選択酸化反応を問題なく行うためには、改質ガスと選択酸化用空気（ＣＯ選択酸化剤）とを充分に混合し、ＣＯ選択酸化触媒に供給する必要がある。改質ガスと選択酸化用空気を混合させる方法として、一般にはＣＯ選択酸化器の改質ガス入り側流路にガス絞り部やオリフィスを設置する方法の他、ガス混合器（スタティックミキサー及び又はステンレススチールウールメッシュ及び又はバッフル）が設置されたものなどがある（特許文献１参照）。これらの方法は、ガスが充分に混合できないために反応が希釈であった経験に基づいて対処されたものである。
【００１５】
特許文献２には、攪拌手段としてファンを設ける技術が開示されている。
【００１６】
【特許文献１】特表２００１−５１７５９６号公報（第２頁）
【特許文献２】特開２００１−００２４０１号公報（第２−３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、ＣＯ選択酸化器の改質ガス入り側流路にガス絞り部を設置する方法やオリフィスを設置する方法では、改質ガスとＣＯ選択酸化剤とを均一に混合をさせることが出来るものの、圧損が大きくなってしまうという問題がある。圧力損失が大きくなると、水素製造装置内部に気体や水を投入するブロアやポンプの出力を上げる必要があり、余分な電力消費量が増加することとなる。また、特許文献２に示すようなファンをＣＯ選択酸化器内部にガス混合器として設置する方法でも同様に、ガス混合器を作動させるための余分な圧力を発生するために電力を必要とし、システム全体の効率を下げることとなる。
【００１８】
本発明の課題は、電力消費量の増加を招くことなく改質ガスとＣＯ選択酸化剤とを均一に混合させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題は、炭化水素又はアルコール類又はエーテル類燃料と酸素又は空気と水又は水蒸気とを原料として水素を含む改質ガスを生成する改質反応器と、前記改質ガス中に含まれるＣＯと水蒸気を反応させるＣＯシフト器と、ＣＯシフト器を通過した改質ガスのＣＯ濃度を低減するＣＯ選択酸化器と、燃料電池のアノード排ガスを燃焼処理し熱回収する補助燃焼器とを含んでなる水素製造装置と、前記ＣＯ選択酸化器を通過した改質ガスを燃料として発電する固体高分子形燃料電池とを有してなり、前記ＣＯ選択酸化器に、前記補助燃焼室の燃焼排ガスの一部を投入する燃焼排ガス投入配管もしくは前記固体高分子形燃料電池から排出されるカソード排ガスを投入するカソード排ガス投入配管が接続されている固体高分子形燃料電池発電システムにより、達成される。
【００２０】
上記構成によれば、ＣＯ選択酸化剤としてＣＯ選択酸化器に補助燃焼排ガスあるいはカソード排ガスが投入されるが、補助燃焼排ガスあるいはカソード排ガス中の酸素濃度が従来の空気に比べて低いために、多量のガスを投入することになる。そのため、ＣＯ選択酸化器における改質ガスとＣＯ選択酸化剤の混合部において改質ガスと投入した補助燃焼排ガスあるいはカソード排ガス中の酸素との混合が促進される。
【００２１】
ＣＯ選択酸化剤としてＣＯ選択酸化器に投入される補助燃焼排ガスの量は、燃料電池電流値及び補助燃焼器投入空気量及び水素製造装置運転条件を入力として前記燃焼排ガス中の酸素濃度を算出し、前記ＣＯ選択酸化器への前記燃焼排ガスの投入量を調節する制御器を設けて制御することが望ましい。同様に、ＣＯ選択酸化剤としてＣＯ選択酸化器に投入されるカソード排ガスの量は、燃料電池電流値及び燃料電池投入空気量及び水素製造装置運転条件を入力として前記燃料電池の前記カソード排ガス中の酸素濃度を算出し、前記ＣＯ選択酸化器への前記カソード排ガスの投入量を調節する制御器を設けて制御することが望ましい。
【００２２】
ＣＯ選択酸化剤としてＣＯ選択酸化器に投入される補助燃焼排ガスあるいはカソード排ガスの量はまた、ＣＯ選択酸化器通過後の改質ガス中のＣＯ濃度を計測するＣＯ濃度計測手段を設け、計測されたＣＯ濃度値に基づいて前記補助燃焼排ガスまたは前記カソード排ガスの投入量を調節する制御器を設けて制御するようにしてもよい。
【００２３】
さらに、前記制御器を、燃料電池電流値及び補助燃焼器投入空気量及び水素製造装置運転条件を入力として前記燃焼排ガス中の酸素濃度を算出し、前記ＣＯ選択酸化器への前記燃焼排ガスの投入量を調節するとともに、ＣＯ濃度計測手段で計測されたＣＯ濃度値に基づいて前記補助燃焼排ガスの投入量を調節するように構成してもよい。同様に、前記制御器を、燃料電池電流値及び燃料電池投入空気量及び水素製造装置運転条件を入力として前記カソード排ガス中の酸素濃度を算出し、前記ＣＯ選択酸化器への前記カソード排ガスの投入量を調節するとともに、ＣＯ濃度計測手段で計測されたＣＯ濃度値に基づいて前記カソード排ガスの投入量を調節するように構成してもよい。
【００２４】
なお、前記補助燃焼排ガスまたは前記カソード排ガスをＣＯ選択酸化器へ投入する場合、改質ガスの流れに対して、直交する方向に投入することで、改質ガスと選択酸化用ガスとの混合が更に促進される。また、燃焼排ガス投入配管あるいはカソード排ガス投入配管を２つ以上に分岐してＣＯ選択酸化器の改質ガス流路に接続することで、改質ガスと選択酸化用ガスとの混合が更に促進される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ＣＯ選択酸化反応に影響を及ぼす成分である酸素の濃度が低いカソード排ガスまたは補助燃焼排ガスを、ＣＯ選択酸化剤かつガス拡散用に用いることで、投入するガス量が増加し、乱流化により、改質ガスとＣＯ選択酸化剤として投入されるカソード排ガスまたは補助燃焼排ガスを均一に混合することができる。
【００２６】
また、ＣＯ選択酸化器の入り口の改質ガス流路を絞る必要がなくなり、改質ガスの圧損が下がることで機器の設計強度を低く設定できるため、強度部材の厚さを薄くすることができる。更に、他のポンプの出力を下げることができるため、システム効率アップへとつながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１に係る固体高分子形燃料電池発電システムの系統図を示す。図１に示す固体高分子形燃料電池発電システムは、水素製造装置１と、この水素製造装置１に接続された改質ガス供給管２５と、改質ガス供給管２５に改質ガス入り口を接続された固体高分子形燃料電池（以下ＰＥＦＣと記載）２と、ＰＥＦＣ２のアノード排ガス出口と水素製造装置１を接続するアノード排ガス排出管２６と、ＰＥＦＣ２に空気供給管２２ｄを介して空気を供給する空気供給ブロア１５ｄと、ＰＥＦＣ２のカソード排ガス出口に接続されたカソード排ガス排出管２９と、ＰＥＦＣ２の正負の電極に接続されたインバータ１７と、前記改質ガス供給管２５に介装されたＣＯ濃度計測手段（以下、ＣＯモニタ９５）と、前記ＣＯモニタ９５と水素製造装置１に制御線９０で接続された制御器６０と、を含んで構成されている。
【００２８】
水素製造装置１は、改質ガスを生成する水素製造装置本体１８と、補助燃焼部起動バーナ１２及び熱交換器１９ａを内装した補助燃焼器１９と、補助燃焼部起動バーナ１２に空気供給管２２ｃを介して空気を供給する空気供給ブロア１５ｃと、補助燃焼部起動バーナ１２に都市ガス供給管２１ｂを介して都市ガスを供給する都市ガス供給ブロア１４ｂと、熱交換器１９ａの入り側に接続され水４３を供給する水供給ポンプ１３ａと、熱交換器１９ａの出側と水素製造装置本体１８を接続する水蒸気供給管２４ａと、補助燃焼器１９の燃焼排ガス出側に接続され下流端を水素製造装置１外部で開放した補助燃焼排ガス排出管２７と、補助燃焼排ガス排出管２７に分岐して設けられ下流端を水素製造装置本体１８に接続させた燃焼排ガス投入配管（以下、選択酸化用ガス供給管（補助燃焼排ガス用））２７ａと、選択酸化用ガス供給管（補助燃焼排ガス用）２７ａに介装された排ガスブロア１５ａと、を含んで構成されている。前記アノード排ガス排出管２６は、補助燃焼部起動バーナ１２に接続されてアノード排ガスを供給する。
【００２９】
水素製造装置本体１８は、起動バーナ１１と、起動バーナ１１に都市ガス供給管２１ａを介して都市ガスを供給する都市ガス供給ブロア１４ａと、起動バーナ１１に空気供給管２２ｂを介して空気を供給する空気供給ブロア１５ｂと、起動バーナ１１に接続され、燃焼触媒３１と改質触媒３２を内装して構成された改質反応器３と、蒸気発生用熱交換器９を内装して改質反応器３に接続され、改質反応器３で生成された改質ガスを冷却する蒸気発生器８と、蒸気発生器８に接続され、蒸気発生器８で冷却された改質ガス中に含有される一酸化炭素（以下ＣＯと記載）を水蒸気とのＣＯシフト反応により水素と二酸化炭素に変換するＣＯシフト触媒を含むＣＯシフト器４と、ＣＯシフト器４に内装されたＣＯシフト用熱交換器５と、ＣＯシフト用熱交換器５に水供給管２３ｂを介して水４３を供給する水供給ポンプ１３ｂと、ＣＯ選択酸化用熱交換器７及びＣＯ選択酸化触媒を内装してＣＯシフト器４に接続されたＣＯ選択酸化器６と、ＣＯ選択酸化用熱交換器７に水供給管２３ｃを介して水４３を供給する水供給ポンプ１３ｃと、を含んで構成されている。ＣＯ選択酸化器６には、内装されたＣＯ選択酸化触媒の温度を検出する熱電対１６が設けられている。
【００３０】
なお、本実施の形態では、原料ガスとして、都市ガスが起動バーナ１１に供給されているが、都市ガスに限らず、炭化水素又はアルコール類又はエーテル類燃料でもよい。
【００３１】
水素製造装置１と制御器６０を接続する前記制御線９０は、熱電対１６と制御器６０、排ガスブロア１５ａと制御器６０、水供給ポンプ１３ｃと制御器６０を、それぞれ接続している。
【００３２】
また、補助燃焼器１９に接続された前記水蒸気供給管２４ａの下流端は蒸気発生器８に内装された蒸気発生用熱交換器９の入り側に接続されており、蒸気発生用熱交換器９の出側は、起動バーナ１１に水蒸気供給管２４ｂで接続されている。ＣＯ選択酸化器６のＣＯ選択酸化触媒は、ＰＥＦＣ２の電極の被毒物質になるＣＯを選択的に酸化除去し１０ppm以下にするために備えられている。
【００３３】
上記構成が従来の構成と異なるのは、ＣＯ選択酸化器に投入するＣＯ選択酸化剤を空気供給管から空気の形で投入する方法に代えて、補助燃焼器１９の補助燃焼排ガス排出管２７とＣＯ選択酸化器６を接続する選択酸化用ガス供給管（補助燃焼排ガス）２７ａを設け、この選択酸化用ガス供給管（補助燃焼排ガス）２７ａに排ガスブロア１５ａを介装し、補助燃焼排ガスをＣＯ選択酸化剤としてＣＯ選択酸化器に投入する点である。
【００３４】
前記制御器６０は、水素製造装置１で生成された改質ガスをＰＥＦＣ２に供給する改質ガス供給管２５を通る改質ガスのＣＯ濃度を計測するＣＯモニタ９５の出力であるＣＯ濃度値を入力として排ガスブロア１５ａを制御し、ＣＯ選択酸化器６への補助燃焼排ガスの投入量を調節するとともに、熱電対１６で検出されるＣＯ選択酸化触媒３４の温度に応じて水供給ポンプ１３ｃの回転を調節するように構成されている。
【００３５】
図２にＣＯ選択酸化器６の断面図、図３に図２のＡ−Ａ線矢視平面図を示す。ＣＯ選択酸化器６は、長手方向を上下方向にして配置された筐体６ａと、この筐体６ａの下端部に改質ガスを導入する改質ガス入り側流路６１ａと、この筐体６ａの上端部から改質ガスを導出する改質ガス出側流路６１ｂと、筐体６ａ内の改質ガス流れ方向に直交する方向に２段に設置されたパンチングプレート６４ａ，６４ｂと、筐体６ａ内に充填され、パンチングプレート６４ａ，６４ｂに支持されているＣＯ選択酸化触媒３４と、このＣＯ選択酸化触媒３４の温度測定用の熱電対１６と、改質ガス入り側流路６１ａに補助燃焼排ガス５２を供給する選択酸化用ガス供給管２７ａと、前記筐体中に配置されたＣＯ選択酸化用熱交換器７に水４３を供給する水供給管２３ｃと、を含んで構成されている。
【００３６】
改質ガス入り側流路６１ａと下段のパンチングプレート６４ａの間にはバッフルプレート６３が改質ガス流れ方向に直交する方向に配置され、選択酸化用ガス供給管２７ａ下流側端部は、改質ガス入り側流路６１ａ内に、改質ガス流れ方向に直交する方向に、改質ガス入り側流路６１ａの幅全体にわたって配置されている。また、改質ガス入り側流路６１ａ内に位置する選択酸化用ガス供給管２７ａには、図３に示すように、改質ガス流れ方向に直交する方向に複数の開口部７０が形成されている。
【００３７】
すなわち、選択酸化用ガス供給管（補助燃焼排ガス用）２７ａには、改質ガス入り側流路６１ａを流れる改質ガス４５の流れ方向と直交する方向に開口部７０を設けてあるために、改質ガス入り側流路６１ａを流れる改質ガス４５と、改質ガス入り側流路６１ａに供給される補助燃焼排ガス５２の混合が円滑に進むことになる。
【００３８】
また、たとえば、改質ガス４３．７４（Ｌ/min）がＰＥＦＣ２内部で空気と反応して３．３（Ｌ/min）の水素が残留した場合を考える。このアノード排ガスを補助燃焼器１９にて空気と燃焼反応させて４．３３（Ｌ/min）の酸素を含んだ酸素濃度８．５％のガスを排出する。これを空気の代わりにＣＯ選択酸化器６に投入してＣＯ選択酸化反応に利用すると、必要な投入酸素量０．１８（Ｌ/min）に対して、投入する補助燃焼ガス量は２．１２（Ｌ/min）となる。これに基づいてレイノルズ数を計算すると４７４８となり、乱流による混合が見込まれる。
【００３９】
一方、ＣＯ濃度が低い場合でも、ＣＯ選択酸化触媒３４の温度が高い場合には、制御器６０は、水供給ポンプ１３ｃにて供給する水４３の量を増加させて温度調節する。
【００４０】
上述のように、制御器６０は、ＣＯモニタ９５で検出されるＣＯ濃度及び熱電対１６で検出されるＣＯ選択酸化触媒３４の温度を入力として、ＣＯ選択酸化器６に供給する補助燃焼排ガス量及び水の量を調節し、安定な反応を行わせる。
【００４１】
本実施の形態によれば、ＣＯ選択酸化器６にＣＯ選択酸化反応のために供給されるＣＯ選択酸化剤として空気に代えて補助燃焼排ガスを用いることで供給する気体量が増加し、電力消費を増大させることなく、改質ガスと酸素の混合が均一に行なわれる。
（実施の形態２）
図４に、本発明の実施の形態２に係る固体高分子形燃料電池システムの系統図を示す。本実施の形態が前記実施の形態１と異なるのは、選択酸化剤用ガス供給管（補助燃焼排ガス用）２７ａ及び排ガスブロア１５ａに代えて、カソード排ガス排出管２９から分岐するカソード排ガス投入配管（以下、選択酸化剤用ガス供給管（カソード排ガス用））２９ａを設け、選択酸化剤用ガス供給管（カソード排ガス用）２９ａに制御器６０で制御される排ガスブロア１５ｅを介装するとともに、選択酸化剤用ガス供給管（カソード排ガス用）２９ａの下流側を二つに分岐させ、分岐した端部を、ＣＯ選択酸化器６の改質ガス入り側流路６１ａに、改質ガス流れ方向に直交する方向に、かつ互いに直交する方向に開口させ、ＣＯ選択酸化器６に投入するＣＯ選択酸化剤を、補助燃焼排ガスに代えて、カソード排ガスとした点である。選択酸化剤用ガス供給管（カソード排ガス用）２９ａの下流側の二つの端部は、改質ガス入り側流路６１ａの改質ガス流れ方向に互いにずれた位置に接続されている。他の構成は実施の形態１と同じであるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４２】
図５にＣＯ選択酸化器６の断面図、図６に図５のＢ−Ｂ線矢視平面図を示す。選択酸化用ガス供給管（カソード排ガス用）２９ａには、改質ガス入り側流路６１ａを流れる改質ガス４５の流れ方向と直交する方向に、かつ上下２段になるように開口を設けてあるために、改質ガス４５とカソード排ガス４９の混合が円滑に進む。
【００４３】
カソード排ガス４９の流量を８０（Ｌ/min）として、これをＰＥＦＣ２にて改質ガス４５と反応させて６．４（Ｌ/min）の酸素を含んだ酸素濃度９％のガスを排出する場合、これをＣＯ選択酸化反応の還元剤にＣＯ選択酸化剤に利用すると、必要な投入酸素量０．１８（Ｌ/min）に対して、投入するカソード排ガス量は１．９８（Ｌ/min）となる。これに基づいてレイノルズ数を計算すると４４５４となり、乱流による混合が見込まれる。
【００４４】
一方、制御器６０は、ＣＯ濃度が低い場合でも、ＣＯ選択酸化触媒３４の温度が高い場合には、水供給ポンプ１３ｃにて水４３の量を増加させて温度調節する。
【００４５】
上述のように、制御器６０は、ＣＯモニタ９５で検出されるＣＯ濃度及び熱電対１６で検出されるＣＯ選択酸化触媒３４の温度を入力として、ＣＯ選択酸化器６に供給するカソード排ガス量及び水の量を調節し、安定な反応を行わせる。
【００４６】
本実施の形態によれば、ＣＯ選択酸化器６にＣＯ選択酸化反応のために供給されるＣＯ選択酸化剤として空気に代えてカソード排ガスを用いることで供給する気体量が増加し、電力消費を増大させることなく、改質ガスと酸素の混合が均一に行なわれる。
【００４７】
なお、上記実施の形態１では、制御器６０は、ＣＯモニタ９５で検出される改質ガス中のＣＯ濃度を入力としてＣＯ選択酸化器６に投入される補助燃焼排ガスの量を調整するが、燃料電池電流値、補助燃焼器投入空気量及び水素製造装置運転条件を入力として補助燃焼器の燃焼排ガス中の酸素濃度を算出し、算出結果に基づいてＣＯ選択酸化器６に投入する補助燃焼排ガスの量を調整するようにしてもよい。
【００４８】
同様に、上記実施の形態２では、制御器６０は、ＣＯモニタ９５で検出される改質ガス中のＣＯ濃度を入力としてＣＯ選択酸化器６に投入されるカソード排ガスの量を調整するが、燃料電池電流値、燃料電池投入空気量及び水素製造装置運転条件を入力として前記燃料電池のカソード排ガス中の酸素濃度を算出し、算出結果に基づいてＣＯ選択酸化器６に投入するカソード排ガスの量を調整するようにしてもよい。
【００４９】
さらに、前記補助燃焼器の燃焼排ガス中の酸素濃度あるいは燃料電池のカソード排ガス中の酸素濃度を算出し、算出結果に基づいてＣＯ選択酸化器６に投入する補助燃焼排ガスあるいはカソード排ガスの量を調整する方法と、ＣＯモニタ９５で検出される改質ガス中のＣＯ濃度を入力としてＣＯ選択酸化器６に投入される補助燃焼排ガスあるいはカソード排ガスの量を調整する方法を組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１を示す固体高分子形燃料電池発電システムの系統図である。
【図２】図１の部分の詳細を示す断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線矢視平面図である。
【図４】本発明の実施の形態２を示す固体高分子形燃料電池発電システムの系統図である。
【図５】図４の部分の詳細を示す断面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線矢視平面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  水素製造装置
２  固体高分子形燃料電池
３  改質反応器
４  ＣＯシフト器
５  ＣＯシフト用熱交換器
６  ＣＯ選択酸化器
７  ＣＯ選択酸化用熱交換器
８  蒸気発生器
９  蒸気発生用熱交換器
１１  起動バーナ
１２  補助燃焼部起動バーナ
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ  水供給ポンプ
１４ａ，１４ｂ  都市ガス供給ブロア
１５ａ，１５ｅ  排ガスブロア
１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ  空気供給ブロア
１６  熱電対
１７  インバータ
１８  水素製造装置本体
１９  補助燃焼器
１９ａ  熱交換器
２１ａ，２１ｂ  都市ガス供給管
２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ  空気供給管  ２３ｂ，２３ｃ  水供給管
２４ａ，２４ｂ  水蒸気供給管
２５  改質ガス供給管
２６  アノード排ガス排出管
２７  補助燃焼排ガス排出管
２７ａ  選択酸化用ガス供給管（補助燃焼排ガス用）
２９  カソード排ガス排出管
２９ａ  選択酸化用ガス供給管（カソード排ガス用）
３１  燃焼触媒
３２  改質触媒
３４  ＣＯ選択酸化触媒
４３  水
４５  改質ガス
４９  カソード排ガス
５２  補助燃焼排ガス
６０  制御器
６１ａ  改質ガス入り側流路
６１ｂ  改質ガス出側流路
６３  バッフルプレート
６４ａ，６４ｂ  パンチングプレート
７０  開口部
８０  逆止弁
９０  制御線
９５  ＣＯモニタ
【図１】
2006294467.tif 000003
【図２】
2006294467.tif 000004
【図３】
2006294467.tif 000005
【図４】
2006294467.tif 000006
【図５】
2006294467.tif 000007
【図６】
2006294467.tif 000008