(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質器から送り出される水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素を、外部から導入される酸化剤ガスにより選択酸化して除去するＣＯ選択酸化器への酸化剤ガスの導入方法において、
前記ＣＯ選択酸化器に対して、前記酸化剤ガスを周期的に間欠導入することを特徴とするＣＯ選択酸化器への酸化剤ガスの導入方法。
【請求項２】
１０ｍｓ以上２００ｍｓ以下の周期で、酸化剤ガスを前記ＣＯ選択酸化器に間欠導入することを特徴とする請求項１に記載のＣＯ選択酸化器への酸化剤ガスの導入方法。
【請求項３】
改質器から送り出される水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素を、外部から導入される酸化剤ガスにより選択酸化して除去するＣＯ選択酸化器に酸化剤ガスを導入する酸化剤ガス導入装置であって、
前記ＣＯ選択酸化器に対して酸化剤ガスを周期的に間欠導入するインジェクタを備えることを特徴とするＣＯ選択酸化器への酸化剤ガスの導入装置。
【請求項４】
改質器から送り出される水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素を、外部から導入される酸化剤ガスにより選択酸化して除去するＣＯ選択酸化器への酸化剤ガスの導入方法において、
前記ＣＯ選択酸化器に対し、
周期的に開閉可能な流路を備えた空気導入装置を介して前記酸化剤ガスを周期的に間欠導入することを特徴とするＣＯ選択酸化器への酸化剤ガスの導入方法。
【請求項５】
前記空気導入装置は、弁により周期的に開閉可能な流路を有するインジェクタによって構成されることを特徴とする請求項４に記載のＣＯ選択酸化器への酸化剤ガスの導入方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＯ選択酸化器に酸化剤ガスを導入するＣＯ選択酸化器への酸化剤ガスの導入方法および酸化剤ガスの導入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジンに代えて走行用モータを搭載する各種の電気自動車が開発されており、この種の電気自動車の一つとして、燃料電池システムを走行用モータの電源として搭載する自動車（以下「燃料電池電気自動車」という）の開発が急速に進められている。このような燃料電池電気自動車に用いる燃料電池システムの一つとして、従来、供給された原燃料をその都度改質して水素を得て、電気化学反応を起こす改質型の燃料電池システムが知られている。
【０００３】
このような改質型の燃料電池システムにおいては、たとえば水・メタノール混合液などの液体原燃料を蒸発させて原燃料ガスを生成する。この原燃料ガスを改質器で改質し、水素リッチな燃料ガスを生成して、この水素リッチな燃料ガスを燃料電池に供給するものである。ところが、水素リッチな燃料ガスには、一酸化炭素が含まれており、燃料ガスに含まれる一酸化炭素の量が多いと、燃料電池がＣＯ被毒して発電性能等に悪影響を与えることがある。そこで、改質器と燃料電池の間にＣＯ除去器として、たとえばＣＯ選択酸化器が介在されている。
【０００４】
このＣＯ選択酸化器は、改質器から送り出される水素含有ガスである燃料ガス中に含まれる一酸化炭素を、外部から導入されるＣＯ除去エアとしての酸化剤ガスである空気（以下、「導入空気」という）に含まれる酸素と選択酸化触媒を介して接触させる。そして、（１）式に示す選択酸化反応を起こさせ、一酸化炭素を二酸化炭素にして、一酸化炭素を除去する処理が行われるというものである。
ＣＯ＋１／２Ｏ2→ＣＯ2…（１）
また、従来におけるこの種のＣＯ選択酸化器では、マスフローコントローラ等を用いて、空気を外部から連続的に導入するようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＣＯ選択酸化器では、選択酸化反応のほか、（２）式に示すシフト反応も起こる。
【化１】
0004382975.tif 000002
ＣＯ選択酸化器では、導入空気の量が少ないと選択酸化反応が充分に起こらず、ＣＯを充分に除去しきれない。このため、ＣＯ選択酸化器から排出される一酸化炭素の除去処理が行われた燃料ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度（以下「排出ＣＯ濃度」という）を所定の割合以下に維持するためには、ある程度の量の導入空気を必要とする。しかし、ＣＯ選択酸化器に大量の空気が導入されると、（２）式の右辺から左辺に移動する逆シフト反応が活発に行われるようになってしまう。
【０００６】
ここで、ＣＯ選択酸化器から排出される排出ＣＯ濃度と、ＣＯ選択酸化器に導入される導入空気の流量の関係の一例を図８に示す。図８から判るように、導入空気の流量が少ない範囲では（２）式に示す逆シフト反応が起こっていないか、起こっていてもわずかである。このため、（１）式に示す選択酸化反応が主勢を占めるので、導入空気の流量が増加するほど、排出ＣＯ濃度は減少する傾向にある。ところが、導入空気の流量がある程度の量を超えると、（２）式に示す逆シフト反応が主勢を占めるようになり、導入空気の流量が増加するのに伴い、排出ＣＯ濃度も増加するようになる。このため、排出ＣＯ濃度を目標上限値以下に抑えることができる導入空気の流量（以下「有効導入空気流量」という）の幅は、これまである程度の範囲に限定されてしまうものであった。
【０００７】
特に、改質器から送り出されてＣＯ選択酸化器に導入される燃料ガスの量が少ない場合には、燃料ガスや導入空気の偏りに起因してＣＯ選択酸化器中の選択酸化触媒が局所的に発熱してしまう。その発熱した部分で逆シフト反応が活発に起こり、ＣＯが生成されてしまうため、有効導入空気流量の幅はさらに狭くなってしまう。有効導入空気流量の幅が狭いと、改質器から送り出される燃料ガス中のＣＯの濃度などが小変動を起こしたときに、その変動を吸収することができなくなることがある。このような場合に、燃料電池に目標上限値を超える濃度の一酸化炭素を含む燃料ガスが供給されてしまうことが考えられ、燃料電池がＣＯ被毒してしまうおそれがあるなどの問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、ＣＯ選択酸化器から排出される燃料ガス中のＣＯ濃度を所定の上限値以下に抑えるためにＣＯ選択酸化器に導入する酸化剤の流量の幅が広くなるようにして、ＣＯ選択酸化器から排出される燃料ガス中のＣＯ濃度を、確実に上限値以下に抑えることができるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明では、改質器から送り出される水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素を、外部から導入される酸化剤ガスにより選択酸化して除去するＣＯ選択酸化器への酸化剤ガスの導入方法において、
前記ＣＯ選択酸化器に対して、前記酸化剤ガスを周期的に間欠導入するものである。
【００１０】
このとき、好ましくは、１０ｍｓ以上２００ｍｓ以下の周期で、酸化剤ガスを前記ＣＯ選択酸化器に間欠導入するようにする。
【００１１】
本発明において、周期的に間欠導入される酸化剤ガスは、摂動（ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）しながらＣＯ選択酸化器に導入される。この摂動により、後に説明する実験例から明らかになるように、ＣＯ選択酸化器における逆シフト反応を抑え、選択酸化反応を促進することができる。よって、燃料ガス中に含まれるＣＯ濃度を、たとえば目標上限値以下に抑えるためにＣＯ選択酸化器に導入される酸化剤の流量幅を広くすることができる。したがって、燃料電池に対して大量の一酸化炭素が流入するのを防止することができるので、燃料電池のＣＯ被毒を防止することができる。
【００１２】
ここで、ＣＯ選択酸化器に酸化剤ガスを間欠導入する際の周期を１０ｍｓ以上２００ｍｓ以下に設定することによって、より逆シフト反応を防止して選択酸化反応を促進できるので好適である。特に、後に説明する実験の結果から、周期を２００ｍｓとするのが最適であるといえる。
【００１３】
また、前記課題を解決する本発明は、改質器から送り出される水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素を、外部から導入される酸化剤ガスにより選択酸化して除去するＣＯ選択酸化器に酸化剤ガスを導入する酸化剤ガス導入装置であって、
前記ＣＯ選択酸化器に対して酸化剤ガスを周期的に間欠導入するインジェクタを備えることを特徴とするものである。
【００１４】
このように、ＣＯ選択酸化器に対して、酸化剤ガスを周期的に間欠導入するための装置としては、インジェクタを用いるのが好適となる。インジェクタを用いることにより、ＣＯ選択酸化器に対して、好適に酸化剤ガスを周期的に間欠導入することができるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る酸化剤ガス導入装置を備える燃料電池システムの構成図、図２は、本発明に係る酸化剤ガス導入装置に用いられるインジェクタの側断面図、図３は、ＣＯ除去器近傍の構成図である。
図１に示すように、本発明に係る燃料電池システムＦＣＳは、燃料電池電気自動車に搭載されているものであり、燃料電池１、蒸発器２、改質器３、本発明のＣＯ選択酸化器であるＣＯ除去器４、酸化剤ガス導入装置である空気導入装置５、および空気圧縮機６を備えている。また、改質器３とＣＯ除去器４の間には第１熱交換器７が介設されており、ＣＯ除去器４と燃料電池１の間には、第２熱交換器８が介設されている。
【００１６】
燃料電池１は、発電単位である多数のセルが積層された構造を有しており、これらのセルは、燃料ガスが供給されるアノード側と、酸化剤ガスとしての酸素を含む空気が供給されるカソード側とを備えている。
【００１７】
蒸発器２は、蒸発器本体、原燃料噴射装置、および触媒燃焼器を備えている。蒸発器本体の上方には、原燃料噴射装置が設けられており、蒸発器本体に供給される原燃料の量は、原燃料噴射装置の噴射量によって調整される。原燃料噴射装置には、水・メタノール混合液などの液体原燃料を貯蔵する貯蔵タンクＴが接続されており、この貯蔵タンクＴからポンプＰを介して原燃料噴射装置に対して液体原燃料が供給される。また、蒸発器本体の下部には、触媒燃焼器が配設されている。この触媒燃焼器には、燃料電池１より排出されるオフガスが導入されて触媒燃焼器でオフガスが燃やされて熱が生成される。そして、触媒燃焼器で生成された熱によって、蒸発器本体内の液体原燃料が蒸発させられる。さらに、蒸発器２には、改質器３における改質反応に必要な改質エアとなる空気が空気圧縮機６から供給される。この空気は、蒸発器２内および蒸発器２と改質器３をつなぐ配管内で原燃料ガスと混合される。
【００１８】
改質器３は、蒸発器２によって液体原燃料が蒸発して得られた原燃料ガスを改質反応によって水素を多く含む水素含有ガスである燃料ガスにするものである。改質器３によって改質反応させて得られた燃料ガスは、第１熱交換器７を介してＣＯ除去器４に供給される。
【００１９】
ＣＯ除去器４は、燃料ガス中に含まれる一酸化炭素と、ＣＯ除去エアとしての空気中に含まれる酸素との間の選択酸化反応を促進させるための選択酸化触媒が設けられている。この選択酸化触媒を利用して、改質器３から導入される燃料ガス中に含まれる一酸化炭素と、空気圧縮機６から供給され、空気導入装置５によって導入される酸化剤ガスである空気中の酸素とを反応させ、ＣＯを選択酸化させる。
【００２０】
空気導入装置５は、図２に示すインジェクタ１０によって構成されている。このインジェクタ１０は、図２に示すように、流入口１１を備えている。この流入口１１には図１に示す空気圧縮機６から供給された空気が流入する。また、流入口１１にはフィルタ１２が設けられており、空気中に混入している塵埃などを捕捉し除去している。流入口１１の先端部には、インナー部材１３の一端部が配設されており、インナー部材１３の他端部にはスプリング１４の一端部が配設されている。このスプリング１４の他端部には弁体１５が配設されており、スプリング１４が伸張している状態では、インナー部材１３の他端部と弁体１５の後端部との間は離間している。また、弁体１５がインナー部材１３側に押し込まれてスプリング１４が収縮すると、インナー部材１３の他端部と弁体１５の後端部が接触し、弁体１５がさらに移動するのを抑制するようになっている。
【００２１】
弁体１５の先端位置には、開閉流路１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃが形成されている。この開閉流路１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃは、流入口１１と連通している。また、弁体１５の先端部にはリング状の弁座１７が配設されている。この弁座１７の中央部には、流出口１７Ａが形成されている。そして、弁体１５が弁座１７から離れて開いたときに、弁体１５における開閉流路１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃが、弁座１７に形成された流出口１７Ａと連通して、流入口１１から導入された空気が流出口１７Ａから排出されるようになっている。逆に、弁体１５の先端部が弁座１７に押しつけられて閉じているときには、流出口１７Ａから空気は排出されないようになっている。
【００２２】
また、スプリング１４が設けられている位置には、スプリング１４の周りを囲むようにして、電磁コイル１８が設けられている。電磁コイル１８に対しては、図示しない電流供給手段からの電気を供給するための電気配線１９が接続されている。そして、電磁コイル１８に対して電気を供給して電磁力を発生させると、スプリング１４の付勢力に反して弁体１５がインナー部材１３の方向に引き付けられて弁体１５と弁座１７が離れて弁が開き、開閉流路１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃを介して流出口１７Ａから空気が排出される。また、電磁コイル１８に電気が供給されず、電磁コイル１８が電磁力を発現しないときには、スプリング１４の付勢力によって弁体１５の先端部が弁座１７に押し付けられて、弁が閉じて流出口１７Ａから空気は排出されないようになっている。
【００２３】
このインジェクタ１０の流入口１１には、空気圧縮機６から空気がＣＯ除去エアとして連続的に供給されている。また、電磁コイル１８に対しては所定の周期をもって電流が流されており、電磁コイル１８に電流が流れているときには電磁力が作用して弁体１５が弁座１７から離れる方向に移動して弁が開き、流出口１７Ａから空気が排出される。また、電磁コイル１８に電流が流れていないときには、スプリング１４の付勢力によって弁体１５が弁座１７に近づく方向に移動して弁が閉じ、流出口１７Ａからの空気が排出されないようになる。こうして弁体１５および弁座１７からなる弁は周期的に開閉している。このように、流入口１１には連続的に空気が供給され、弁体１５および弁座１７からなる弁は周期的に開閉しているので、空気圧縮機６から供給された空気は、空気導入装置５によってＣＯ除去器４に対して周期的に間欠導入される。こうして、空気は、摂動しながらＣＯ除去器４に供給される。
【００２４】
空気圧縮機６は、酸化剤ガスである空気、すなわち外気を吸入するとともに、吸入した外気を燃料電池１におけるカソード側および蒸発器２に対して必要な空気を供給している。また、空気圧縮機６は、空気導入装置５にもＣＯ除去エアとしての空気を供給しており、空気導入装置５に供給された空気は、改質器３と第１熱交換器７の間にＣＯ除去エアとして周期的に間欠導入される。
【００２５】
第１熱交換器７は、改質器３とＣＯ除去器４の間に介設されており、ＣＯ除去器４において逆シフト反応が起こらないように改質器３から排出された高温の燃料ガスを冷却している。また、第２熱交換器８は、ＣＯ除去器４と燃料電池１の間に介設されており、ＣＯ除去器４によって一酸化炭素を除去された燃料ガスを燃料電池１での発電が円滑に行われる温度にまで冷却している。
【００２６】
燃料電池１においては、反応に利用されなかった燃料ガスおよび空気をオフガスとして排出する。燃料電池１から排出されたオフガスは、蒸発器２の触媒燃焼器に供給される。蒸発器２における触媒燃焼器では、燃料ガスのオフガス中に含まれる水素を触媒燃焼して熱量を得ている。空気のオフガス中に含まれる酸素は、水素を触媒燃焼させる際の酸化剤として利用している。
【００２７】
次に、改質器３によって生成した燃料ガスから一酸化炭素を除去する手順について説明する。
図３は、改質器およびＣＯ除去器近傍の構成図である。
図３に示すように、改質器３には、水・メタノール混合ガス（Ｈ2Ｏ，ＣＨ3ＯＨ）を含む原燃料ガスＰＦＧおよび改質エアとしての酸素を含む空気ＡＲ（Ｏ2）が供給される。改質器３では、改質エアとしての空気に含まれる酸素を利用して、図示しない改質触媒によって原燃料ガスＰＦＧを改質反応させて、水素リッチな燃料ガスＦＧを生成する。このとき、燃料ガスＦＧは水素（Ｈ2）を多く含むものの、改質器３においては、水素を生成する際の副産物としておよそ１００００ｐｐｍ程度の一酸化炭素（ＣＯ）が生成されてしまう。そのため、燃料ガスＦＧ中には、水素のほかに一酸化炭素が含まれている。この水素と一酸化炭素が含まれた燃料ガスＦＧは、管路９Ａを介して第１熱交換器７に供給される。また、管路９Ａには、インジェクタ１０よりなる空気導入装置５が接続されている。空気導入装置５には、空気圧縮機６より供給された酸素（Ｏ2）を含む導入空気ＡＲが管路９Ｂを介して導入される。空気導入装置５に供給された空気は、空気導入装置５によって、周期的、たとえば１００ｍｓの周期をもって管路９ＡにＣＯ除去エアとして間欠導入される。導入空気を間欠導入する際には、たとえば５０ｍｓは導入空気を導入し、続いての５０ｍｓは導入空気の導入を停止し、以後この周期で導入空気の導入と停止を繰り返している。したがって、導入空気は１００ｍｓの周期をもって摂動している。管路９Ａに導入された導入空気は、燃料ガスＦＧとともに第１熱交換器７に供給される。ここで、ＣＯ除去エアは、第１熱交換器７の上流側位置で供給されているので、ＣＯ除去エアがＣＯ除去器４に導入される際には、ＣＯ除去エアと燃料ガスの混合状態がよくなっているので、ＣＯ除去器４によるＣＯ除去性能の向上に寄与される。
【００２８】
第１熱交換器７では、高温となっている燃料ガスＦＧを冷却した後、導入空気ＡＲとともに排出し、管路９Ｃを介してＣＯ除去器４に供給する。ここで、燃料ガスＦＧと導入空気ＡＲは、管路９Ａ、第１熱交換器７および管路９Ｃを通過している間に混合される。
【００２９】
管路９Ｃを介してＣＯ除去器４に供給された燃料ガスＦＧと導入空気ＡＲの混合ガスは、ＣＯ除去器４における選択酸化触媒に接触する。燃料ガスＦＧと導入空気ＡＲが選択酸化触媒に接触すると、燃料ガスＦＧ中の一酸化炭素と空気中の酸素が前記（１）式に示す選択酸化反応を起こす。その結果、一酸化炭素に替わり燃料電池１に対して無害な二酸化炭素（ＣＯ2）が生成される。ここで生成された酸化燃料ガスＦＧＡ中には、水素と二酸化炭素が含まれることになり、酸化燃料ガスＦＧＡ中の排出ＣＯ濃度が低く抑えられる。また、後に説明する実験例から明らかになるように、空気導入装置５によってＣＯ除去器４に対して供給される導入空気を周期的に間欠導入しているので、有効導入空気流量の幅が広がる。そのため、たとえば改質器３から供給される燃料ガスＦＧの流量が少なく、燃料ガスＦＧ中のＣＯ濃度が小変動を起こした場合であっても、ＣＯ除去器における前記（２）式に示す逆シフト反応を効果的に防止することができる。その結果、酸化燃料ガスＦＧＡ中の排出ＣＯ濃度を低く、たとえば燃料電池１がＣＯ被毒しない上限値、たとえば１００ｐｐｍ以下に抑えることができる。
【００３０】
こうして生成された酸化燃料ガスＦＧＡは、管路９Ｄを介して第２熱交換器８に供給される。第２熱交換器では、酸化燃料ガスＦＧＡを燃料電池１での発電が円滑に行われる温度にまで冷却してから、燃料電池１に対して酸化燃料ガスＦＧＡを供給する。このように、ＣＯ除去器４によって逆シフト反応を抑制することによって、酸化燃料ガスＦＧＡ中の排出ＣＯ濃度を低く抑えることができることから、燃料電池１におけるＣＯ被毒を有効に防止することができる。
【００３１】
続いて、以下に示す実験例に基づいて、本発明の効果について言及する。
図４は、第１および第２の実験例で用いた実験装置の構成図である。
実験装置３０は、燃料ガスＦＧが流れる上流側から順に蒸発器３１、改質器３２、第１熱交換器３３、第１ＣＯ除去器３４、第２熱交換器３５、第２ＣＯ除去器３６を備えている。第２ＣＯ除去器３６の下流側には、燃料ガス中に含まれるＣＯ濃度を、燃料ガス中のＣＯ濃度を測定するための連続分析計である図示しないガスクロマトグラフィ（以下「ガスクロ」という）が設けられている。
【００３２】
また、改質器３２と第１熱交換器３３の間における管路には、ＣＯ除去エアとしての空気を導入する第１ＣＯ除去エア導入装置３７が設けられており、第１ＣＯ除去器３４と第２熱交換器３５の間における管路には、やはりＣＯ除去エアとしての空気を導入する第２ＣＯ除去エア導入装置３８が設けられている。他方、蒸発器３１には、改質器３２における改質反応を促進するための改質エアを燃料ガスに導入する改質エア導入装置３９が設けられており、蒸発器３１に導入された改質エアが蒸発器３１内で燃料ガスに混合されるようになっている。これらの第１ＣＯ除去エア導入装置３７、第２ＣＯ除去エア導入装置３８、および改質エア導入装置３９としては、いずれも、図２に示すインジェクタ１０を用いた。
【００３３】
第１の実験例では、かかる実験装置３０を用いて、改質器３２から排出される燃料ガスの流量を、７０ｌ／ｍｉｎと一定にして、第２ＣＯ除去エア導入装置３８によって供給される導入空気を間欠的に導入する実験を行った。この実験では、第２ＣＯ除去器３６に導入される燃料ガスにおけるＣＯ濃度が６５００ｐｐｍ、５０００ｐｐｍの二通りとなるように、第１ＣＯ除去エア導入装置３７から導入される導入空気の導入量を調整した。そして、第２ＣＯ除去エア導入装置３８から導入される導入空気を連続的または間欠的に導入した。このとき、第２ＣＯ除去エア導入装置３８によって第２熱交換器３５を介して第２ＣＯ除去器３６に導入する導入空気の周期を１０ｍｓ，５０ｍｓ，１００ｍｓ，２００ｍｓ…，以下１００ｍｓずつ増加させながら１０００ｍｓとなるまで変化させ、各周期ごとに導入空気を摂動させた。
【００３４】
かかる条件の下、第２ＣＯ除去器３６から排出される燃料ガス中に含まれるＣＯ濃度を、ガスクロで測定した。図５は、第１の実験例の結果を示し、導入空気を導入する際の周期ＴINTと、ガスクロで測定されたＣＯ濃度との関係を示すグラフである。図５において、燃料ガスにおけるＣＯ濃度が６５００ｐｐｍであった場合の結果を丸印をつないだグラフで示し、燃料ガスにおけるＣＯ濃度が５０００ｐｐｍであった場合の結果を三角の印をつないだグラフで示している。
【００３５】
図５に示すように、第２熱交換器３６に導入空気を導入する周期が０ｍｓ、すなわち連続的に導入空気を導入しているときには、６４００ｐｐｍであった。この連続的に導入空気を導入している状態が従来例に相当する。これに対して、周期ＴINTを１０ｍｓとした場合には、およそ５７００ｐｐｍに減少した。以後、周期ＴINTを長くするほど排出ＣＯ濃度は減少し、周期ＴINTを２００ｍｓとしたときに、およそ４５００ｐｐｍに減少するという結果が得られた。この２００ｐｐｍを境に、排出ＣＯ濃度は増加する傾向が見られた。
【００３６】
また、第２ＣＯ除去器３５に導入する燃料ガス中のＣＯ濃度を５０００ｐｐｍに調整した場合には、周期ＴINTが１０ｍｓとなった時点で大きな除去能力の向上は見られないものの、従来例である連続導入した場合と比較してＣＯ除去性能は向上していることがわかる。また、周期ＴINTが２００ｍｓとなった点を境に、排出ＣＯ濃度は増加する傾向が見られるのは、ＣＯ濃度が６５００ｐｐｍの燃料ガスを導入した場合と同様であった。
【００３７】
この結果より、導入空気を導入する周期ＴINTが１０ｍｓ以上であれば、連続導入した場合よりも、ＣＯ濃度が低くなっており、すでに連続導入する場合よりもＣＯ除去能力の向上が見られる。２００ｍｓ以下であるときには、第２ＣＯ除去器３６においては、前記（１）式に示す選択酸化反応と、前記（２）式に示す逆シフト反応とでは、選択酸化反応の方が主勢であると考えられる。また、空気を導入する周期ＴINTが２００ｍｓを超えたときに、徐々にＣＯ濃度が増加していることから、少しずつ逆シフト反応が主勢となっていると考えられる。
【００３８】
第１の実験の結果から導入空気をＣＯ除去器に導入する場合には、連続導入の場合よりもＣＯ除去能力が高く、かつ逆シフト反応よりも選択酸化反応が主勢と考えられる１０〜２００ｍｓの範囲に設定するのが好適であることが判った。
【００３９】
次に、第２の実験例について説明する。
第２の実験例では、改質器３２から排出される燃料ガスが少ない場合と多い場合とでは、いずれの方が本発明の効果が大きいかについて調べた。この実験では、改質器３２から排出される燃料ガスの流量が少ない場合（７０ｌ／ｍｉｎ）に、第１ＣＯ除去エア導入装置３７および第２ＣＯ除去エア導入装置３８から導入される導入空気を周期的に間欠導入する本発明例と、連続的に導入する従来例とについて調べた。同様に、改質器３２から排出される燃料ガスの流量が多い場合（１９０ｌ／ｍｉｎ）に、第１ＣＯ除去エア導入装置３７および第２ＣＯ除去エア導入装置３８から導入される導入空気を周期的に間欠導入する本発明例と、連続的に導入する従来例とについて調べた。ここで、いずれの実験でも、ＣＯ除去エアを周期的に間欠導入する際の周期ＴINTは１００ｍｓに設定した。図６は、第２の実験例の結果を示し、（ａ）は燃料ガスの流量を７０ｌ／ｍｉｎに設定した場合の導入空気流量と排出ＣＯ濃度の関係を示すグラフであり、（ｂ）は燃料ガスの流量を１９０ｌ／ｍｉｎに設定した場合の導入空気流量と排出ＣＯ濃度の関係を示すグラフである。
【００４０】
図６（ａ）に示すように、燃料ガスの流量を７０ｌ／ｍｉｎに設定した場合には、導入空気を連続導入する従来例と比較して、排出ＣＯ濃度の減少割合が大きくなることが判った。また、従来例では、導入空気の流量がおよそ４．５〜５．３ｌ／ｍｉｎの範囲内になければ排出ＣＯ濃度を目標上限値以下に抑えることができなかったが、本発明例によれば、導入空気流量をおよそ３．２ｌ／ｍｉｎ以上に設定することで排出ＣＯ濃度を目標上限値以下に抑えることができることも判った。
【００４１】
一方、図６（ｂ）に示すように、燃料ガスの流量を１９０ｌ／ｍｉｎに設定した場合、燃料ガスの流量を７０ｌ／ｍｉｎに設定した場合よりも、減少割合は低いものの、導入空気を連続的に導入する従来例よりも排出ＣＯ濃度を低下させることができることが判った。また、従来例では、導入空気の流量がおよそ１０．８ｌ／ｍｉｎ以上でなければ排出ＣＯ濃度を目標上限値以下に抑えることができなかったが、本発明例によれば、導入空気流量をおよそ９．８ｌ／ｍｉｎ以上に設定することで排出ＣＯ濃度を目標上限値以下に抑えることができることも判った。
【００４２】
この第２の実験例の結果、ＣＯ除去器に対して導入空気を間欠的に導入する場合には、改質器から導入される燃料ガスの流量が少ないほど、導入空気を間欠導入することの効果が大きいことが判った。
【００４３】
他方、導入空気を間欠導入する場合には、当然、導入空気が導入されているタイミングと、導入されていないタイミングが並存していることになる。いま、導入空気を導入する周期ＴINTと排出ＣＯ濃度の関係の例を図７に示す。たとえば、周期ＴINTが５００ｍｓや１０００ｍｓの場合には、排出ＣＯ濃度の目標上限値を超えることはない。しかし、周期ＴINTが長すぎて、たとえば２０００ｍｓの場合だと、導入空気が導入されているタイミングには排出ＣＯ濃度が目標上限値を超えていなくとも、導入空気が導入されていないタイミングのときに排出ＣＯ濃度が目標上限値を超えてしまうことが考えられる。このため、導入空気を間欠導入する場合、その周期が長すぎないようにし、たとえば１０００ｍｓ以下、あるいは５００ｍｓ以下などとするのが好適である。
【００４４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。たとえば導入空気をＣＯ除去器に導入する際に、インジェクタを用いているが、その他、圧力変動を付加したり、磁場印加するなどの方法を採ることもできる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明のうちの請求項１に係る発明によれば、ＣＯ選択酸化器における逆シフト反応を抑え、選択酸化反応を促進することができる。このため、燃料ガス中に含まれるＣＯ濃度を低く、たとえば目標上限値以下に抑えるために選択酸化器に導入する酸化剤の流量の幅を広くすることができる。したがって、燃料電池に供給される燃料ガスのＣＯ濃度を確実に低く抑えることができるので、燃料電池のＣＯ被毒を防止することができる。
【００４６】
また、請求項２に係る発明によれば、逆シフト反応を好適に抑制することができる範囲で酸化剤ガスをＣＯ選択酸化器に供給することができる。
【００４７】
請求項３に係る発明によれば、ＣＯ選択酸化器に酸化剤ガスを好適に導入することができる導入装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る酸化剤ガス導入装置を備える燃料電池システムの構成図である。
【図２】本発明に係る酸化剤ガス導入装置に用いられるインジェクタの側断面図である。
【図３】ＣＯ除去器近傍の構成図である。
【図４】本発明の実験例で用いた実験装置の構成図である。
【図５】第１の実験例の結果を示し、導入空気を導入する際の周期ＴINTと、ガスクロで測定されたＣＯ濃度との関係を示すグラフである。
【図６】第２の実験例の結果を示し、（ａ）は燃料ガスの流量を７０ｌ／ｍｉｎに設定した場合の導入空気流量と排出ＣＯ濃度の関係を示すグラフであり、（ｂ）は燃料ガスの流量を１９０ｌ／ｍｉｎに設定した場合の導入空気流量と排出ＣＯ濃度の関係を示すグラフである。
【図７】導入空気を導入する周期ＴINTと排出ＣＯ濃度の関係の例を示すグラフである。
【図８】ＣＯ選択酸化器から排出される排出ＣＯ濃度と、ＣＯ選択酸化器に導入される導入空気の流量の関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１        燃料電池
２        蒸発器
３        改質器
４        ＣＯ除去器（ＣＯ選択酸化器）
５        空気導入装置
６        空気圧縮機
１０      インジェクタ
ＦＣＳ    燃料電池システム
ＦＧ      燃料ガス（水素含有ガス）
ＡＲ      ＣＯ除去エア（酸化剤ガス）
【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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