(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一酸化炭素を酸化させる触媒が内部に設けられ、内部を流通するガス中の一酸化炭素を酸化して除去する反応器を備えてなる一酸化炭素除去装置において、
前記反応器が直列的に複数に分割されると共に、
前記反応器の間にそれぞれ配設されて、前記ガスを、燃料電池に供給する燃料水素ガスまたは酸化剤ガスを加湿する加湿水で冷却する温度保持手段を設けた
ことを特徴とする一酸化炭素除去装置。
【請求項２】
一酸化炭素を酸化させる触媒が内部に設けられ、内部を流通するガス中の一酸化炭素を酸化して除去する反応器を備えてなる一酸化炭素除去装置において、
前記反応器が直列的に複数に分割されると共に、
前記反応器の間にそれぞれ配設されて、前記ガスを、燃料電池を冷却する冷却水で冷却する温度保持手段を設けた
ことを特徴とする一酸化炭素除去装置。
【請求項３】
一酸化炭素を酸化させる触媒が内部に設けられ、内部を流通するガス中の一酸化炭素を酸化して除去する反応器を備えてなる一酸化炭素除去装置において、
前記反応器が直列的に複数に分割されると共に、
前記反応器の間にそれぞれ配設されて、前記ガスを、燃料電池に供給する酸化剤ガスとして用いる空気で冷却する温度保持手段を設けた
ことを特徴とする一酸化炭素除去装置。
【請求項４】
一酸化炭素を酸化させる触媒が内部に設けられ、内部を流通するガス中の一酸化炭素を酸化して除去する反応器を備えてなる一酸化炭素除去装置において、
前記反応器が直列的に複数に分割されると共に、
前記反応器の外面にそれぞれ配設されて、前記ガスを、燃料電池に供給する燃料水素ガスまたは酸化剤ガスを加湿する加湿水で冷却する温度保持手段を設けた
ことを特徴とする一酸化炭素除去装置。
【請求項５】
一酸化炭素を酸化させる触媒が内部に設けられ、内部を流通するガス中の一酸化炭素を酸化して除去する反応器を備えてなる一酸化炭素除去装置において、
前記反応器が直列的に複数に分割されると共に、
前記反応器の外面にそれぞれ配設されて、前記ガスを、燃料電池を冷却する冷却水で冷却する温度保持手段を設けた
ことを特徴とする一酸化炭素除去装置。
【請求項６】
一酸化炭素を酸化させる触媒が内部に設けられ、内部を流通するガス中の一酸化炭素を酸化して除去する反応器を備えてなる一酸化炭素除去装置において、
前記反応器が直列的に複数に分割されると共に、
前記反応器の外面にそれぞれ配設されて、前記ガスを、燃料電池に供給する酸化剤ガスとして用いる空気で冷却する温度保持手段を設けた
ことを特徴とする一酸化炭素除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一酸化炭素除去装置に関し、特に、固体高分子電解質型の燃料電池に炭化水素系燃料改質ガスを燃料水素ガスとして供給する場合の供給システムに適用すると有効なものである。
【０００２】
【従来の技術】
（１）固体高分子電解質型燃料電池の発電原理
固体高分子電解質型燃料電池は、図９に示すように、固体高分子イオン交換膜（例えば、スルホン酸基を持つフッ素樹脂系イオン交換膜）を用いた電解質２０１の両側に触媒電極２０２，２０３（例えば、白金）層および多孔質なカーボン電極２０４，２０５を設けた電極接合体２０６構造をなしている。
【０００３】
このような固体高分子電解質型燃料電池において、アノード極側に供給された加湿燃料水素ガスは、触媒電極（アノード極）２０２上で水素イオン化され、その水素イオンは、電解質２０１中を水の介在のもと、Ｈ+ ・ｘＨ2 Ｏのかたちで、カソード極側へ水と共に移動し、触媒電極（カソード極）２０３上で酸化剤ガス中の酸素および外部回路２０７を流通してきた電子と反応して水を生成する。この生成水は、カソード極２０３，２０５より残存酸化剤ガスに搬送されて燃料電池外へ排出される。この時、外部回路２０７を流通した電子流れを直流の電気エネルギとして利用できる。
【０００４】
なお、固体高分子イオン交換膜を用いた上述したような電解質２０１では、水素イオン透過性を発現させるために十分な湿潤状態に常に保持しておく必要がある。このため、通常、燃料水素ガスや酸化剤ガスに電池の運転温度（常温〜１００℃程度）近辺相当の飽和水蒸気を含ませて、すなわち、燃料水素ガスまたは酸化剤ガスを加湿して、当該ガスを電極接合体１０６に供給することにより、電解質１０１の湿潤状態を保つようにしている。
【０００５】
（２）固体高分子電解質型燃料電池の特性
固体高分子電解質型燃料電池に供給する燃料水素ガスには、純水素ガスや、メタノールやメタンなどを改質した炭化水素系燃料改質ガスなどが挙げられる。このうち、炭化水素系燃料改質ガスなどは、通常、一酸化炭素（ＣＯ）を多量（０．１％程度から数％程度）に含んでいるため、固体高分子電解質型燃料電池に直接供給すると問題を生じてしまう。
【０００６】
具体的には、固体高分子電解質型燃料電池に供給する燃料水素ガス中のＣＯ濃度と固体高分子電解質型燃料電池の発電特性との関係（電流密度−単電池電圧特性）の一例を表す図１０に示すように、固体高分子電解質型燃料電池に供給する燃料水素ガス中のＣＯ濃度が２０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、１００ｐｐｍと高くなるほど、固体高分子電解質型燃料電池の発電特性が悪くなってしまうのである。
【０００７】
この理由は、供給する燃料水素ガスがＣＯを含んでいると、アノード極の触媒成分である白金がＣＯにより吸着被毒されて活性化機能の低下を引き起し、前述のような水素のイオン化機能の低下を引き起こしてしまうためと考えられる。よって、炭化水素系燃料改質ガスなどのようなＣＯを多量に含んだ燃料水素ガスを固体高分子電解質型燃料電池に供給する場合には、当該ガス中のＣＯを極力低濃度に減量処理してから当該ガスを供給する必要がある。
【０００８】
（３）固体高分子電解質型燃料電池への従来の燃料水素ガス供給システム
炭化水素系燃料の一つであるメタノールを改質したガスを燃料水素ガスとして固体高分子電解質型燃料電池に供給する場合の従来の供給システムの一例の概略構成を図８に示す。
【０００９】
図８に示すように、メタノールと水とを所定の割合で混合したメタノール水１を蒸発器１０１で蒸発させ、改質触媒（例えば、銅系）を充填された改質器１０２で改質（２５０〜３００℃前後）する。この時の改質反応は、下記の（１）式で表され、その反応過程で副生成物としてＣＯが生じる。
【００１０】
【化１】
ＣＨ3 ＯＨ  ＋  Ｈ2 Ｏ  →  ３Ｈ2   ＋  ＣＯ2   （吸熱反応）  （１）
【００１１】
改質器１０２で生じた改質ガス２は、ＣＯシフト触媒（例えば、銅−亜鉛系）を充填されたＣＯ変成器１０３に導入され、ＣＯ濃度が低減（一般に０．１vol.％前後から２〜３vol.％前後）される。この時のＣＯシフト反応は、下記の（２）式で表される。
【００１２】
【化２】
ＣＯ  ＋  Ｈ2 Ｏ  →  Ｈ2   ＋  ＣＯ2     （発熱反応）  （２）
【００１３】
ＣＯ変成器１０３でＣＯ濃度を低減された改質ガス２は、ＣＯを選択的に酸化する選択酸化触媒（例えば、貴金属系）を充填された一酸化炭素除去装置１１０の反応器１１１内に導入され、ＣＯ濃度がさらに低減（１００ｐｐｍ程度、できれば２０ｐｐｍ以下が望ましい。）される。この時の選択酸化反応は、下記の（３）式で表される。
【００１４】
【化３】
ＣＯ  ＋   1/2Ｏ2   →    ＣＯ2             （発熱反応）  （３）
【００１５】
この選択酸化反応においては、酸化剤として酸素が必要であるため、上記一酸化炭素除去装置１１０の反応器１１１に導入する前の改質ガス中に所定量の空気（酸素）３を導入する。なお、上記触媒により改質ガス２中の水素（Ｈ2 ）が一部酸化される場合もあるが、その量は極めて少ないので特に問題を生じることはない。
【００１６】
一酸化炭素除去装置１１０でＣＯ濃度をさらに低減された改質ガス２は、加湿器１０４で加湿された後、燃料水素ガスとして固体高分子電解質型燃料電池１０７のアノード極１０７ａ部分に供給され、カソード極１０７ｂ部分に供給された酸化剤ガス４中の酸素と前述したように反応して発電に供与された後、残存燃料水素ガス２ａとして系外へ送出される一方、酸化剤ガス４は、残存酸化剤ガス４ａとして系外へ送出される。
【００１７】
なお、図８中、１０５は酸化剤ガス４を加湿する加湿器、１０６は固体高分子電解質型燃料電池１０７を冷却水５で所定の温度に保持する冷却ライン、１０６ａはポンプ、１０８は外部電気出力である。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、前述したような一酸化炭素除去装置１１０において、ＣＯの選択酸化触媒としてＲｕ系を用いた場合の触媒温度（触媒の雰囲気となる改質ガスの温度）と触媒を通過した送出口付近の改質ガスのＣＯ濃度との関係の一例を図１１に示し、また、ＣＯの選択酸化触媒としてＰｔ系を用いた場合の触媒温度（触媒の雰囲気となる改質ガスの温度）と触媒を通過した送出口付近の改質ガスのＣＯ濃度との関係の一例を図１２に示す。
【００１９】
図１１，１２からわかるように、選択酸化触媒には酸化機能を効率よく発現する最適温度領域が存在するため、選択酸化触媒が上記最適温度領域となるように雰囲気温度を調整する、すなわち、改質ガス２の温度を調整する必要がある。
【００２０】
ところが、改質ガス２がＣＯを約１vol.％含有していると、その酸化反応に伴う発熱により、改質ガス２の温度が一酸化炭素除去反応器１１１の受入口部分よりも送出口部分で約９０℃上昇してしまう、すなわち、改質ガス２中にＣＯが０．１vol.％含まれていると、改質ガス２が約９℃上昇してしまうため、選択酸化触媒が上記最適温度領域となるように一酸化炭素除去装置１１０に導入する改質ガス２の温度を調整しても、一酸化炭素除去装置１１０の反応器１１１の送出口に近づくにしたがって改質ガス２の温度が上昇してしまい、選択酸化触媒を上記最適温度領域に保持しておくことが困難となってしまう。
【００２１】
このため、一酸化炭素除去装置１１０のＣＯ酸化機能が低下してしまい、固体高分子電解質型燃料電池１０７のアノード極１０７ａの触媒成分（例えば、白金）が前述したようにＣＯにより吸着被毒されて活性化機能の低下を引き起してしまう虞があった。
【００２２】
このようなことから、本発明は、ＣＯ酸化機能を常に最大限に発揮できる一酸化炭素除去装置を提供することを目的とした。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための、本発明による一酸化炭素除去装置は、一酸化炭素を酸化させる触媒が内部に設けられ、内部を流通するガス中の一酸化炭素を酸化して除去する反応器を備えてなる一酸化炭素除去装置において、前記反応器が直列的に複数に分割されると共に、前記反応器の間にそれぞれ配設されて、前記ガスを、燃料電池に供給する燃料水素ガスまたは酸化剤ガスを加湿する加湿水で冷却する温度保持手段を設けたことを特徴とする。
また、本発明による一酸化炭素除去装置は、一酸化炭素を酸化させる触媒が内部に設けられ、内部を流通するガス中の一酸化炭素を酸化して除去する反応器を備えてなる一酸化炭素除去装置において、前記反応器が直列的に複数に分割されると共に、前記反応器の間にそれぞれ配設されて、前記ガスを、燃料電池を冷却する冷却水で冷却する温度保持手段を設けたことを特徴とする。
また、本発明による一酸化炭素除去装置は、一酸化炭素を酸化させる触媒が内部に設けられ、内部を流通するガス中の一酸化炭素を酸化して除去する反応器を備えてなる一酸化炭素除去装置において、前記反応器が直列的に複数に分割されると共に、前記反応器の間にそれぞれ配設されて、前記ガスを、燃料電池に供給する酸化剤ガスとして用いる空気で冷却する温度保持手段を設けたことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明による一酸化炭素除去装置は、一酸化炭素を酸化させる触媒が内部に設けられ、内部を流通するガス中の一酸化炭素を酸化して除去する反応器を備えてなる一酸化炭素除去装置において、前記反応器が直列的に複数に分割されると共に、前記反応器の外面にそれぞれ配設されて、前記ガスを、燃料電池に供給する燃料水素ガスまたは酸化剤ガスを加湿する加湿水で冷却する温度保持手段を設けたことを特徴とする。
また、本発明による一酸化炭素除去装置は、一酸化炭素を酸化させる触媒が内部に設けられ、内部を流通するガス中の一酸化炭素を酸化して除去する反応器を備えてなる一酸化炭素除去装置において、前記反応器が直列的に複数に分割されると共に、前記反応器の外面にそれぞれ配設されて、前記ガスを、燃料電池を冷却する冷却水で冷却する温度保持手段を設けたことを特徴とする。
また、本発明による一酸化炭素除去装置は、一酸化炭素を酸化させる触媒が内部に設けられ、内部を流通するガス中の一酸化炭素を酸化して除去する反応器を備えてなる一酸化炭素除去装置において、前記反応器が直列的に複数に分割されると共に、前記反応器の外面にそれぞれ配設されて、前記ガスを、燃料電池に供給する酸化剤ガスとして用いる空気で冷却する温度保持手段を設けたことを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明による一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用した場合の第一番目の実施の形態を図１を用いて説明する。なお、図１は、その概略構成図である。
【００３２】
図１に示すように、メタノールと水とを所定の割合で混合したメタノール水１を蒸発させる蒸発器１０１の送出口は、内部に改質触媒（例えば、銅系）を充填された改質器１０２の受入口に連結されている。改質器１０２の送出口は、当該改質器１０２からの改質ガス２のＣＯ濃度を低減させるＣＯシフト触媒（例えば、銅−亜鉛系）を内部に充填されたＣＯ変成器１０３の受入口に連結されている。ＣＯ変成器１０３の送出口は、ＣＯを選択的に酸化する選択酸化触媒（例えば、貴金属系）を内部に充填された一酸化炭素除去装置１０の反応器１１の受入口に連結されている。
【００３３】
前記反応器１１の内部には、冷却管１２が配設されている。冷却管１２は、その一端側が、冷媒である冷却水６を貯溜する冷却水タンク１３に循環ポンプ１４を介して連結され、他端側が、上記冷却水タンク１３に放熱器１５を介して連結されている。つまり、冷却水タンク１３内の冷却水６は、循環ポンプ１４の作動により、冷却管１２内を流通した後、放熱器１５で所定の温度範囲以内に冷却されてから冷却水タンク１３内に再び戻されるようになっているのである。このような冷却管１２、冷却水タンク１３、循環ポンプ１４、放熱器１５などにより、本実施の形態では温度保持手段を構成している。
【００３４】
前記一酸化炭素除去装置１０の反応器１１の送出口は、加湿器１０４の受入口に接続されている。加湿器１０４の送出口は、固体高分子電解質型燃料電池１０７のアノード極１０７ａ部分に連結されている。一方、固体高分子電解質型燃料電池１０７のカソード極１０７ｂ部分には、酸化剤ガス４を加湿する加湿器１０５の送出口が連結されている。
なお、図１中、１０６は上記燃料電池１０７に冷却水５を流通させる冷却ライン、１０６ａは冷却水ポンプ、１０８は外部電気出力である。
【００３５】
このようにして構成された燃料水素ガスの供給システムでは、メタノール水１を蒸発器１０１で蒸発させ、改質器１０２で改質（２５０〜３００℃前後）し、改質ガス２をＣＯ変成器１０３に導入して、ＣＯ濃度を低減（一般に０．１vol.％前後から２〜３vol.％前後）した後、空気（酸素）３と共に一酸化炭素除去装置１０の反応器１１に導入すると、冷却管１２を流通する冷却水６により、改質ガス２中のＣＯの選択酸化反応の進行に伴う発熱が吸収され、反応器１１内の温度上昇が抑制される。このため、選択酸化機能を最も効率よく発現できる最適温度領域に選択酸化触媒の温度を保持することができるので、改質ガス２中のＣＯ濃度を効率よくさらに低減することができる。
【００３６】
一酸化炭素除去装置１０でＣＯ濃度を効率よくさらに低減された改質ガス２は、加湿器１０４で加湿された後、燃料水素ガスとして固体高分子電解質型燃料電池１０７のアノード極１０７ａ部分に供給され、固体高分子電解質型燃料電池１０７のアノード極１０７ａの触媒成分の活性化機能の低下を引き起してしまうことなくカソード極１０７ｂ部分に供給された酸化剤ガス４中の酸素と前述したように反応して発電に供与された後、残存燃料水素ガス２ａとして系外へ送出される一方、酸化剤ガス４は、残存酸化剤ガス４ａとして系外へ送出される。このため、固体高分子電解質型燃料電池１０７は、発電特性の低下が抑えられ、安定して発電することができるようになる。
【００３７】
したがって、上述したような一酸化炭素除去装置１０によれば、選択酸化機能を最も効率よく発現できる最適温度領域に選択酸化触媒の温度を保持することができるので、ＣＯ酸化機能を常に最大限に発揮することができ、固体高分子電解質型燃料電池１０７の発電特性の低下を抑制することができる。
【００３８】
本発明による一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用した場合の第二番目の実施の形態を図２を用いて説明する。なお、図２は、その概略構成図である。ただし、前述した第一番目の実施の形態と同様な部分については、前述した第一番目の実施の形態と同様な符号を用いることにより、その説明を省略する。
【００３９】
図２に示すように、一酸化炭素除去装置２０の反応器１１の内部に配設された冷却管１２は、その一端が加湿器１０５に連結され、他端が循環ポンプ１４および放熱器１５を介して加湿器１０５に連結されており、酸化剤ガス４を加湿する加湿水の一部を冷却管１２内に流通させた後に再び戻すことができるようになっている。
【００４０】
つまり、酸化剤ガス４を加湿する加湿水を冷媒として用いるようにしたのである。
【００４１】
このため、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様に、選択酸化機能を最も効率よく発現できる最適温度領域に選択酸化触媒の温度を保持して、改質ガス２中のＣＯ濃度を効率よくさらに低減することができるのはもちろんのこと、酸化剤ガス４の加湿水の加湿器１０５での加熱エネルギ量を少なくすることができる。
【００４２】
したがって、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、熱エネルギの効率化を図ることができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、放熱器１５を用いたが、前記加湿水を所定の温度範囲内に保持できるのであれば、放熱器１５を省くことも可能である。また、本実施の形態では、酸化剤ガス４を加湿する加湿水を冷媒として用いたが、燃料水素ガス２を加湿する加湿器１０４の加湿水を冷媒として用いてもよい。
【００４４】
本発明による一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用した場合の第三番目の実施の形態を図３を用いて説明する。なお、図３は、その概略構成図である。ただし、前述した各実施の形態と同様な部分については、前述した各実施の形態と同様な符号を用いることにより、その説明を省略する。
【００４５】
図３に示すように、固体高分子電解質型燃料電池１０７を冷却した後の冷却水５の流通する冷却ライン１０６部分には、バルブ３１が設けられている。一酸化炭素除去装置３０の反応器１１の内部に配設された冷却管１２は、その一端がバルブ３２を介して冷却ライン１０６の上記バルブ３１の上流側に連結され、他端が冷却ライン１０６の上記バルブ３１の下流側に連結されており、冷却水５の一部または全部を冷却ライン１０６から冷却管１２内に流通させた後に冷却ライン１０６に再び戻すことができるようになっている。
【００４６】
つまり、固体高分子電解質型燃料電池１０７を冷却した冷却水５を冷媒として用いるようにしたのである。
【００４７】
このため、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様に、選択酸化機能を最も効率よく発現できる最適温度領域に選択酸化触媒の温度を保持して、改質ガス２中のＣＯ濃度を効率よくさらに低減することができるのはもちろんのこと、上記燃料電池１０７の冷却にかかる冷却水ポンプ１０６ａや図示しない放熱器等の各種部材を温度保持手段として利用することができる。
【００４８】
したがって、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、部材点数を少なくすることができ、コストの上昇を抑えることができる。
【００４９】
本発明による一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用した場合の第四番目の実施の形態を図４を用いて説明する。なお、図４は、その概略構成図である。ただし、前述した各実施の形態と同様な部分については、前述した各実施の形態と同様な符号を用いることにより、その説明を省略する。
【００５０】
図４に示すように、固体高分子電解質型燃料電池１０７を冷却した後の冷却水５の流通する冷却ライン１０６部分には、流量制御弁４１が設けられている。一酸化炭素除去装置４０の反応器１１の内部に配設された冷却管１２は、その一端が流量制御弁４２を介して冷却ライン１０６の上記流量制御弁４１の上流側に連結され、他端が冷却ライン１０６の上記流量制御弁４１の下流側に連結されている。一酸化炭素除去装置４０と加湿器１０４との間には、当該一酸化炭素除去装置４０を通過した改質ガス２の温度を計測する温度センサ４３が設けられている。温度センサ４３は、制御装置４４の入力部に電気的に接続され、流量制御弁４１，４２は、制御装置４４の出力部に電気的に接続されており、当該制御装置４４は、温度センサ４３からの信号に基づいて、流量制御弁４２，４３を制御することができるようになっている。このような流量制御弁４１，４２、温度センサ４３、制御装置４４などにより、本実施の形態では冷媒流量調整手段を構成している。
【００５１】
このような一酸化炭素除去装置４０では、反応器１１内を流通した改質ガス２が所定の温度範囲を越えると、温度センサ４３からの信号に基づいて、冷却管１２内を流通する前記冷却水５の流量を増やすように制御装置４４が流量制御弁４１，４２を制御する一方、反応器１１内を流通した改質ガス２が所定の温度範囲に満たないと、温度センサ４３からの信号に基づいて、冷却管１２内を流通する前記冷却水５の流量を減らすように制御装置４４が流量制御弁４１，４２を制御する。これにより、反応器１１内を流通する改質ガス２は、所定の温度範囲内に常に一定に保たれるようになる。
【００５２】
したがって、選択酸化機能を最も効率よく発現できる最適温度領域に選択酸化触媒の温度を前述した実施の形態の場合よりも確実に保持することができるので、前述した実施の形態の場合よりもＣＯ酸化機能をさらに確実に発揮することができ、固体高分子電解質型燃料電池１０７の発電特性の低下をさらに確実に抑制することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、一酸化炭素除去装置４０と加湿器１０４との間に温度センサ４３を設けたが、反応器１１の送出口部分や内部に当該温度センサ４３を設けてもよい。
【００５４】
また、本実施の形態では、温度センサ４３からの信号に基づいて冷却水５の流量を調整するようにしたが、温度センサ４３に代えて、反応器１１を流通した改質ガス２のＣＯ濃度を検出するＣＯ濃度検知センサを設け、反応器１１を流通した改質ガス２のＣＯ濃度が所定値を越えた場合には、当該センサからの信号に基づいて、冷却管１２内を流通する前記冷却水５の流量を増やすように流量制御弁４１，４２を制御する一方、反応器１１内を流通した改質ガス２のＣＯ濃度が所定値以下になった場合には、当該センサからの信号に基づいて、冷却管１２内を流通する前記冷却水５を所定の流量とするように流量制御弁４１，４２を制御することにより、反応器１１内を流通する改質ガス２を所定の温度範囲内に常に一定に保つようにすることも可能である。
【００５５】
本発明による一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用した場合の第五番目の実施の形態を図５を用いて説明する。なお、図５は、その概略構成図である。ただし、前述した各実施の形態と同様な部分については、前述した各実施の形態と同様な符号を用いることにより、その説明を省略する。
【００５６】
図５に示すように、ＣＯ変成器１０３の送出口は、ＣＯを選択的に酸化する選択酸化触媒（例えば、貴金属系）を内部に充填された第一反応器５１ａの受入口に連結されている。第一反応器５１ａの送出口は、空気を冷媒とする空冷式の温度保持手段であるガス放熱器５２の受入口に連結されている。ガス放熱器５２の送出口は、上記第一反応器５１ａと同様な構造をなす第二反応器５１ｂの受入口に連結されている。第二反応器５１ｂの送出口は、加湿器１０４の受入口に連結されている。
【００５７】
つまり、前述した各実施の形態の反応器１１の選択酸化反応機能を第一反応器５１ａと第二反応器５１ｂとに複数に分割（二分割）し、当該反応器５１ａ，５１ｂ間にガス放熱器５２を設けるようにしたのである。
【００５８】
このため、前述した各実施の形態の場合よりも、簡単な構成のガス放熱器５２で改質ガス２を冷却することができる。
【００５９】
したがって、このような一酸化炭素除去装置５０によれば、前述した第一番目の実施の形態と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した各実施の形態の場合よりも簡単な構成とすることができる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、空冷式のガス放熱器５２を用いたが、冷媒を水とした水冷式のガス冷却器を用いることも可能である。
【００６１】
本発明による一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用した場合の第六番目の実施の形態を図６を用いて説明する。なお、図６は、その概略構成図である。ただし、前述した各実施の形態と同様な部分については、前述した各実施の形態と同様な符号を用いることにより、その説明を省略する。
【００６２】
図６に示すように、第一反応器５１ａと第二反応器５１ｂとの間には、空気熱交換器６１が設けられている。空気熱交換器６１の空気受入口には、空気コンプレッサ６２が連結されている。空気熱交換器６１の空気送出口は、酸化剤ガス４を加湿する加湿器１０５に連結されている。
【００６３】
つまり、本実施の形態では、空気熱交換器６１、空気コンプレッサ６２などにより温度保持手段を構成し、冷媒として用いた空気を酸化剤ガス４として利用するようにしているのである。
【００６４】
このため、前述した第五番目の実施の形態と同様に、簡単な構造の温度保持手段で改質ガス２を冷却することができると共に、前述した第二番目の実施の形態の場合と同様に、酸化剤ガス４の加熱にかかるエネルギ量を少なくすることができる。
【００６５】
したがって、このような一酸化炭素除去装置６０によれば、前述した第二番目の実施の形態と第五番目の実施の形態とで得られるような効果を併せて得ることができる。
【００６６】
本発明による一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用した場合の第七番目の実施の形態を図７を用いて説明する。なお、図７は、その概略構成図である。ただし、前述した各実施の形態と同様な部分については、前述した各実施の形態と同様な符号を用いることにより、その説明を省略する。
【００６７】
図７に示すように、第一反応器５１ａおよび第二反応器５１ｂの外面には、温度保持手段である放熱フィン７１ａ，７１ｂがそれぞれ複数立設されている。
【００６８】
つまり、前述した第五、六番目の実施の形態のガス放熱器５２や空気熱交換器６１等に代えて放熱フィン７１ａ，７１ｂを用いることにより、改質ガス２の熱エネルギを冷媒である空気に上記反応器５１ａ，５１ｂを介して系外に放出する、すなわち、改質ガス２を冷却するようにしたのである。
【００６９】
このため、前述した第五、六番目の実施の形態の場合よりもさらに簡単な構造で改質ガス２を冷却することができる。
【００７０】
したがって、このような一酸化炭素除去装置７０によれば、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した第五、六番目の実施の形態の場合よりもさらに簡単な構成とすることができる。
【００７１】
なお、上記反応器５１ａ，５１ｂに向けて送風する強制冷却ファンを設け、当該第二反応器５１ｂを流通した改質ガス２の温度やＣＯ濃度に基づいて、上記放熱フィン７１ａ，７１ｂからの放熱量を調整するように上記強制冷却ファンを制御するようにした冷媒流量調整手段を設けることも可能である。
【００７２】
また、放熱フィン７１ａ，７１ｂに代えて、冷却水の流通する冷却管を前記反応器５１ａ，５１ｂの外面に設ける、すなわち、水冷式とすることも可能である。
【００７３】
前述した第五〜七番目の実施の形態では、一体の反応器１１の選択酸化反応機能を直列に二分割した第一反応器５１ａおよび第二反応器５１ｂを用いたが、直列や並列に三分割以上にわけるようにしてもよい。
【００７４】
【発明の効果】
本発明による一酸化炭素除去装置では、一酸化炭素を酸化させる触媒が内部に設けられ、内部を流通するガス中の一酸化炭素を酸化して除去する反応器を備えてなる一酸化炭素除去装置において、前記反応器が直列的に複数に分割されると共に、前記反応器の間にそれぞれ配設されて、前記ガスを、燃料電池に供給する燃料水素ガスまたは酸化剤ガスを加湿する加湿水で冷却する温度保持手段を設けたことから、選択酸化機能を最も効率よく発現できる最適温度領域に触媒の温度を保持することが簡単な構成でできるので、ＣＯ酸化機能を常に最大限に発揮することが簡単な構成でできる。このため、当該一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用すれば、当該燃料電池のアノード極の触媒成分の活性化機能の低下を防止することができ、発電特性の低下を抑制することができる。さらに、温度保持手段が燃料電池に供給する燃料水素ガスまたは酸化剤ガスを加湿する加湿水で前記ガスを冷却することから、加湿水の加湿にかかるエネルギ量を少なくすることができるので、熱エネルギの効率化を図ることができる。
また、本発明による一酸化炭素除去装置は、一酸化炭素を酸化させる触媒が内部に設けられ、内部を流通するガス中の一酸化炭素を酸化して除去する反応器を備えてなる一酸化炭素除去装置において、前記反応器が直列的に複数に分割されると共に、前記反応器の間にそれぞれ配設されて、前記ガスを、燃料電池を冷却する冷却水で冷却する温度保持手段を設けたことから、選択酸化機能を最も効率よく発現できる最適温度領域に触媒の温度を保持することが簡単な構成でできるので、ＣＯ酸化機能を常に最大限に発揮することが簡単な構成でできる。このため、当該一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用すれば、当該燃料電池のアノード極の触媒成分の活性化機能の低下を防止することができ、発電特性の低下を抑制することができる。さらに、温度保持手段が燃料電池を冷却する冷却水で前記ガスを冷却することから、燃料電池の冷却にかかる各種部材を温度保持手段として利用することができるので、部品点数を少なくすることができ、コストの上昇を抑えることができる。
また、本発明による一酸化炭素除去装置は、一酸化炭素を酸化させる触媒が内部に設けられ、内部を流通するガス中の一酸化炭素を酸化して除去する反応器を備えてなる一酸化炭素除去装置において、前記反応器が直列的に複数に分割されると共に、前記反応器の間にそれぞれ配設されて、前記ガスを、燃料電池に供給する酸化剤ガスとして用いる空気で冷却する温度保持手段を設けたことから、選択酸化機能を最も効率よく発現できる最適温度領域に触媒の温度を保持することが簡単な構成でできるので、ＣＯ酸化機能を常に最大限に発揮することが簡単な構成でできる。このため、当該一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用すれば、当該燃料電池のアノード極の触媒成分の活性化機能の低下を防止することができ、発電特性の低下を抑制することができる。さらに、温度保持手段が燃料電池に供給する酸化剤ガスとして用いる空気で前記ガスを冷却することから、酸化剤ガスの加熱にかかるエネルギ量を少なくすることができるので、熱エネルギの効率化を図ることができる。
【００７７】
また、本発明による一酸化炭素除去装置は、一酸化炭素を酸化させる触媒が内部に設けられ、内部を流通するガス中の一酸化炭素を酸化して除去する反応器を備えてなる一酸化炭素除去装置において、前記反応器が直列的に複数に分割されると共に、前記反応器の外面にそれぞれ配設されて、前記ガスを、燃料電池に供給する燃料水素ガスまたは酸化剤ガスを加湿する加湿水で冷却する温度保持手段を設けたことから、選択酸化機能を最も効率よく発現できる最適温度領域に触媒の温度を保持することが簡単な構成でできるので、ＣＯ酸化機能を常に最大限に発揮することが簡単な構成でできる。このため、当該一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用すれば、当該燃料電池のアノード極の触媒成分の活性化機能の低下を防止することができ、発電特性の低下を抑制することができる。さらに、温度保持手段が燃料電池に供給する燃料水素ガスまたは酸化剤ガスを加湿する加湿水で前記ガスを冷却することから、加湿水の加湿にかかるエネルギ量を少なくすることができるので、熱エネルギの効率化を図ることができる。
また、本発明による一酸化炭素除去装置は、一酸化炭素を酸化させる触媒が内部に設けられ、内部を流通するガス中の一酸化炭素を酸化して除去する反応器を備えてなる一酸化炭素除去装置において、前記反応器が直列的に複数に分割されると共に、前記反応器の外面にそれぞれ配設されて、前記ガスを、燃料電池を冷却する冷却水で冷却する温度保持手段を設けたことから、選択酸化機能を最も効率よく発現できる最適温度領域に触媒の温度を保持することが簡単な構成でできるので、ＣＯ酸化機能を常に最大限に発揮することが簡単な構成でできる。このため、当該一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用すれば、当該燃料電池のアノード極の触媒成分の活性化機能の低下を防止することができ、発電特性の低下を抑制することができる。さらに、温度保持手段が燃料電池を冷却する冷却水で前記ガスを冷却することから、燃料電池の冷却にかかる各種部材を温度保持手段として利用することができるので、部品点数を少なくすることができ、コストの上昇を抑えることができる。
また、本発明による一酸化炭素除去装置は、一酸化炭素を酸化させる触媒が内部に設けられ、内部を流通するガス中の一酸化炭素を酸化して除去する反応器を備えてなる一酸化炭素除去装置において、前記反応器が直列的に複数に分割されると共に、前記反応器の外面にそれぞれ配設されて、前記ガスを、燃料電池に供給する酸化剤ガスとして用いる空気で冷却する温度保持手段を設けたことから、選択酸化機能を最も効率よく発現できる最適温度領域に触媒の温度を保持することが簡単な構成でできるので、ＣＯ酸化機能を常に最大限に発揮することが簡単な構成でできる。このため、当該一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用すれば、当該燃料電池のアノード極の触媒成分の活性化機能の低下を防止することができ、発電特性の低下を抑制することができる。さらに、温度保持手段が燃料電池に供給する酸化剤ガスとして用いる空気で前記ガスを冷却することから、酸化剤ガスの加熱にかかるエネルギ量を少なくすることができるので、熱エネルギの効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用した場合の第一番目の実施の形態の概略構成図である。
【図２】本発明による一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用した場合の第二番目の実施の形態の概略構成図である。
【図３】本発明による一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用した場合の第三番目の実施の形態の概略構成図である。
【図４】本発明による一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用した場合の第四番目の実施の形態の概略構成図である。
【図５】本発明による一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用した場合の第五番目の実施の形態の概略構成図である。
【図６】本発明による一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用した場合の第六番目の実施の形態の概略構成図である。
【図７】本発明による一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用した場合の第七番目の実施の形態の概略構成図である。
【図８】従来の一酸化炭素除去装置を固体高分子電解質型燃料電池への燃料水素ガスの供給システムに適用した場合の一例の概略構成図である。
【図９】固体高分子電解質型燃料電池の発電原理の説明図である。
【図１０】燃料水素ガス中のＣＯ濃度と発電特性との関係（電流密度−単電池電圧特性）の一例を表すグラフである。
【図１１】Ｒｕ系選択酸化触媒における触媒温度と処理後の改質ガスのＣＯ濃度との関係の一例を表すグラフである。
【図１２】Ｐｔ系選択酸化触媒における触媒温度と処理後の改質ガスのＣＯ濃度との関係の一例を表すグラフである。
【符号の説明】
１  メタノール水
２  改質ガス
３  空気（酸素）
４  酸化剤ガス
５  冷却水
６  冷却水
７  空気
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０  一酸化炭素除去装置
１１  反応器
１２  冷却管
１３  冷却水タンク
１４  循環ポンプ
１５  放熱器
３１，３２  バルブ
４１，４２  流量調整弁
４３  温度センサ
４４  制御装置
５１ａ  第一反応器
５１ｂ  第二反応器
５２  ガス放熱器
６１  空気熱交換器
６２  空気コンプレッサ
７１ａ，７１ｂ  冷却フィン
１０４，１０５  加湿器
１０６  冷却ライン
１０６ａ  冷却水ポンプ
１０７  固体高分子電解質型燃料電池
１０７ａ  アノード極
１０７ｂ  カソード極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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