(57)【要約】【課題】一酸化炭素選択酸化触媒の劣化を精度よく判断することができる一酸化炭素除去システムおよび一酸化炭素除去方法を提供する。【解決手段】一酸化炭素を含む混合ガスを供給する供給装置と、混合ガス中の一酸化炭素と酸素とを反応させて一酸化炭素を除去する一酸化炭素選択酸化触媒と、一酸化炭素選択酸化触媒の上流または入口に酸化剤を供給する酸化剤供給装置と、を備え、酸化剤の添加量を、一酸化炭素選択酸化触媒の使用時間および累積した起動・停止回数に応じて増量補正する。また、２つの一酸化炭素選択酸化触媒が直列に接続され、下流側の一酸化炭素選択酸化触媒の酸化剤の増量係数の値を、上流側の一酸化炭素選択酸化触媒の酸化剤の増量係数の値よりも大きくする。【選択図】図１
2009161359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一酸化炭素を含む混合ガスを供給する供給装置からの前記混合ガス中の一酸化炭素と酸素とを反応させて一酸化炭素を除去する一酸化炭素選択酸化触媒と、
前記一酸化炭素選択酸化触媒の上流または入口に酸化剤を供給する酸化剤供給装置と、を備え、
前記一酸化炭素選択酸化触媒の使用時間に応じて、前記混合ガスに対する前記酸化剤の添加量を増加させる一酸化炭素除去システムにおいて、
前記酸化剤の添加量を、累積した起動・停止回数に応じて増量補正する酸化剤増量補正手段を備えることを特徴とする一酸化炭素除去システム。
【請求項２】
前記使用時間および前記累積した起動・停止回数に応じた増量係数に基づいて前記一酸化炭素選択酸化触媒の劣化状態を評価する触媒劣化状態評価手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の一酸化炭素除去システム。
【請求項３】
前記一酸化炭素選択酸化触媒が２つ以上直列に配置され、
前記酸化剤増量補正手段は、それぞれの一酸化炭素選択酸化触媒に供給する前記酸化剤の添加量を個別に補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の一酸化炭素除去システム。
【請求項４】
下流側の前記一酸化炭素選択酸化触媒の前記酸化剤の増量係数の値を、上流側の前記一酸化炭素選択酸化触媒の前記酸化剤の増量係数の値よりも大きくすることを特徴とする請求項３に記載に一酸化炭素除去システム。
【請求項５】
前記酸化剤供給装置は、前記一酸化炭素選択酸化触媒に供給する酸化剤を、燃料電池にも供給することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の一酸化炭素除去システム。
【請求項６】
一酸化炭素を含む混合ガスを供給する供給装置から前記混合ガス中の一酸化炭素と酸素とを反応させて一酸化炭素を除去する一酸化炭素選択酸化触媒と、
前記一酸化炭素選択酸化触媒の上流または入口に酸化剤を供給する酸化剤供給装置と、を備え、
前記一酸化炭素選択酸化触媒の使用時間に応じて、前記混合ガスに対する前記酸化剤の添加量を増加させる一酸化炭素除去方法において、
前記酸化剤の添加量を、累積した起動・停止回数に応じて増量補正するステップを含むことを特徴とする一酸化炭素除去方法。
【請求項７】
前記使用時間および前記累積した起動・停止回数に応じた増量係数に基づいて前記一酸化炭素選択酸化触媒の劣化状態を評価するステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の一酸化炭素除去方法。
【請求項８】
前記一酸化炭素選択酸化触媒が２つ以上直列に配置され、
下流側の前記一酸化炭素選択酸化触媒の前記酸化剤の増量係数の値を、上流側の前記一酸化炭素選択酸化触媒の前記酸化剤の増量係数の値よりも大きくすることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の一酸化炭素除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば改質ガスに含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去システムおよび一酸化炭素除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、一般家庭や小規模店舗に設置される小型のコージェネレーション（Ｃｏｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）システムや水素製造装置においては、天然ガス、プロパンガスなどを改質して、その改質ガスを固体高分子電解質膜を備えた燃料電池に利用する技術が提案されている。このように、改質ガスを燃料電池に直接に投入する発電システムでは、改質ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度が、燃料電池の性能や劣化に大きく寄与しており、性能および耐久性の向上にはＣＯ濃度をできるだけ下げた状態で燃料電池に供給することが重要となっている。
【０００３】
また、大規模な改質システムにおいては、定期的にガスを採取してガス組成を分析し、ＣＯ濃度の保証を行っているが、一般家庭や小規模店舗に設置する分散小型の改質システムにおいては、小型であるとともに装置内でＣＯ濃度を検知できることが望まれている。しかし、水素リッチガス中の微小ＣＯ濃度を検知する小型のＣＯ濃度センサは技術的難易度およびコストが高いという問題がある。このため、小型の改質システムには、ＣＯ濃度を検知するセンサは搭載されておらず、触媒の耐久結果に応じて定期的に一酸化炭素選択酸化触媒（Ｐｒｏｘ触媒；Ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ触媒）を交換しているのが現状である。
【０００４】
また、Ｐｒｏｘ触媒を長期間に亘って使用すると、一酸化炭素選択酸化触媒が劣化して、一酸化炭素選択酸化触媒から排出される改質ガス（水素リッチガス）中のＣＯの除去効果がしだいに低下することが知られている。そこで、一酸化炭素を含む混合ガスと酸化剤とを反応させて一酸化炭素を除去し、さらにＰｒｏｘ触媒の使用時間に応じて酸化剤の添加量を増加させて一酸化炭素を除去する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２１６２号公報（請求項３、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このようなシステムを家庭用などに適用する場合、Ｐｒｏｘ触媒の劣化をその使用時間に応じて判断して酸化剤の添加量を増加させるだけでは、Ｐｒｏｘ触媒の劣化を正確に判断できないという問題があった。その結果、Ｐｒｏｘ触媒の定期交換時期よりも前に劣化して、濃度の高いＣＯが燃料電池に供給されることで燃料電池の耐久性を低下させることがあり、逆にまだ使用できるＰｒｏｘ触媒を定期交換することで触媒の交換費用がかさみ、日々のランニングコストがアップするという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、一酸化炭素選択酸化触媒の劣化を精度よく判断することができる一酸化炭素除去システムおよび一酸化炭素除去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、一酸化炭素を含む混合ガスを供給する供給装置からの前記混合ガス中の一酸化炭素と酸素とを反応させて一酸化炭素を除去する一酸化炭素選択酸化触媒と、前記一酸化炭素選択酸化触媒の上流または入口に酸化剤を供給する酸化剤供給装置と、を備え、前記一酸化炭素選択酸化触媒の使用時間に応じて、前記混合ガスに対する前記酸化剤の添加量を増加させる一酸化炭素除去システムにおいて、前記酸化剤の添加量を、累積した起動・停止回数に応じて増量補正する酸化剤増量補正手段を備えることを特徴とする。
また、請求項６に係る発明は、一酸化炭素を含む混合ガスを供給する供給装置から前記混合ガス中の一酸化炭素と酸素とを反応させて一酸化炭素を除去する一酸化炭素選択酸化触媒と、前記一酸化炭素選択酸化触媒の上流または入口に酸化剤を供給する酸化剤供給装置と、を備え、前記一酸化炭素選択酸化触媒の使用時間に応じて、前記混合ガスに対する前記酸化剤の添加量を増加させる一酸化炭素除去方法において、前記酸化剤の添加量を、累積した起動・停止回数に応じて増量補正するステップを含むことを特徴とする。
【０００８】
請求項１および請求項６に係る発明によれば、酸化剤の添加比率を例えば酸化剤の増量係数として求め、一酸化炭素選択酸化触媒の使用時間およびシステムの累積した起動・停止回数に応じて補正することで、一酸化炭素選択酸化触媒の劣化（寿命）を適切に判断することが可能になる。したがって、一酸化炭素濃度を直接に検出できないような小型分散型のシステムに適用した場合であっても、触媒の交換時期を正確に判断できる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記使用時間および前記累積した起動・停止回数に応じた増量係数に基づいて前記一酸化炭素選択酸化触媒の劣化状態を評価する触媒劣化状態評価手段を備えることを特徴とする。
また請求項７に係る発明は、前記使用時間および前記累積した起動・停止回数に応じた増量係数に基づいて前記一酸化炭素選択酸化触媒の劣化状態を評価するステップを含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項２および請求項７に係る発明によれば、酸化剤の増量係数が基準値（所定値）を超える係数となった時点で交換を通知することで、従来の使用時間だけで劣化を評価するのに比べて劣化に影響の大きい起動・停止の頻度も考慮に入れているので詳細な劣化判断が可能になる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記一酸化炭素選択酸化触媒が２つ以上直列に配置され、前記酸化剤増量補正手段は、それぞれの一酸化炭素選択酸化触媒に供給する前記酸化剤の添加量を個別に増量補正することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明によれば、使用履歴によって異なる一酸化炭素選択酸化触媒の浄化状態に合わせて補正をすることが可能となり、劣化を抑制できる効果がある。
【００１３】
請求項４に係る発明は、下流側の前記一酸化炭素選択酸化触媒の前記酸化剤の増量係数の値を、上流側の前記一酸化炭素選択酸化触媒の前記酸化剤の増量係数の値よりも大きくすることを特徴とする。
【００１４】
下流側の増量係数を上流側の増量係数よりも高く設定しているのは、一酸化炭素と反応する酸化剤の濃度を高くして、混合ガス中の一酸化炭素と衝突する確率を高めるためである。請求項４に係る発明によれば、細かい調整や設定が可能となり劣化の程度を抑えつつ長寿命化を図るとともに、一酸化炭素選択酸化触媒を通過する水素流量の低下を最小限に抑えることが可能になる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、前記酸化剤供給装置は、前記一酸化炭素選択酸化触媒に供給する酸化剤を、燃料電池にも供給することを特徴とする。
【００１６】
請求項５に係る発明によれば、燃料電池にカソードガスを供給する酸化剤供給手段と共用できるので、コストの低減が可能になる。
【００１７】
請求項８に係る発明は、前記一酸化炭素選択酸化触媒が２つ以上直列に配置され、下流側の前記一酸化炭素選択酸化触媒の前記酸化剤の増量係数の値を、上流側の前記一酸化炭素選択酸化触媒の前記酸化剤の増量係数の値よりも大きくすることを特徴とする。
【００１８】
請求項８に係る発明によれば、ひとつの一酸化炭素選択酸化触媒では除去しきれない一酸化炭素を下流側の一酸化炭素選択酸化触媒でさらに除去することが可能になり、しかも一酸化炭素選択酸化触媒を通過する水素流量の低下を最小限に抑えることが可能になる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の一酸化炭素除去システムおよび一酸化炭素除去方法によれば、Ｐｒｏｘ触媒の劣化度合いを高精度に判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は本実施形態の一酸化炭素除去システムを水素発生装置付きの燃料電池システムに適用した場合の全体構成図、図２は改質時の制御を示すフローチャート、図３は起動・停止回数を考慮した運転時間と増量係数との関係を示すマップ、図４（ａ）は上流側のＰｒｏｘ触媒の増量係数を算出するマップ、（ｂ）は下流側のＰｒｏｘ触媒の増量係数を算出するマップである。なお、図１に示す実施形態では、一酸化炭素除去システムによって精製された水素を、燃料電池に供給する場合を例に挙げて説明する。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の一酸化炭素除去システム１は、水素発生装置付きの燃料電池システムＦ１に組み込まれ、一酸化炭素選択酸化触媒５，６、ブロア７、可変流量制御弁８，９、制御部１０などを含んで構成されている。また、水素発生装置付きの燃料電池システムＦ１は、蒸発器２、改質器３およびシフト反応器４を含む供給装置を備え、この供給装置から一酸化炭素を含む混合ガスが一酸化炭素除去システム１に供給される。
【００２２】
前記蒸発器２は、原燃料供給装置（図示せず）から供給された原燃料および純水を改質エアとともに加熱して水蒸気混合燃料を生成する。なお、原燃料とは、天然ガス、プロパン、ＬＰＧ、灯油、バイオエタノールなどの炭化水素燃料である。
【００２３】
前記改質器３は、蒸発器２の下流に設けられ、蒸発器２から供給された水蒸気混合燃料を高温、所定の改質触媒存在下で反応させ、改質ガスを生成する。この時点における改質ガス中には、水素とともに、濃度が７％程度のＣＯが含まれている。
【００２４】
前記シフト反応器４は、改質器３の下流に設けられ、改質器３で生成された一酸化炭素が所定のシフト触媒存在下で変成され、改質ガス中の水素濃度を上げつつ、ＣＯ濃度を低減させる。この時点における改質ガス中には、例えば濃度が１％程度のＣＯが含まれている。
【００２５】
前記一酸化炭素選択酸化触媒（以下、Ｐｒｏｘ触媒と略記する）５は、所定の容器内に設けられ、シフト反応器４の下流に設けられている。このＰｒｏｘ触媒５には、後記するブロア７から空気（酸化剤）が供給されることにより、改質ガスに含まれる一酸化炭素と、供給された空気に含まれる酸素とが結合して二酸化炭素が生成され、改質ガス中の一酸化炭素が除去される。これにより、改質ガス中のＣＯ濃度が、例えば０．１％に低減される。
【００２６】
前記一酸化炭素選択酸化触媒（以下、Ｐｒｏｘ触媒と略記する）６は、所定の容器内に設けられ、Ｐｒｏｘ触媒５の下流に設けられている。このＰｒｏｘ触媒６には、後記するブロア７から空気（酸化剤）が供給されることにより、改質ガス中に含まれる一酸化炭素がさらに除去される。これにより、改質ガス中のＣＯ濃度が、例えば０．００１％に低減される。
【００２７】
前記ブロア７は、Ｐｒｏｘ触媒５，６に対して、酸化剤としての空気（酸素）を供給する供給源（酸化剤供給装置）であり、配管７ａ，７ｂを介してＰｒｏｘ触媒５の入口５ａと接続されている。また、ブロア７は、配管７ａ，７ｃを介してＰｒｏｘ触媒６の入口６ａと接続されている。ちなみに、Ｐｒｏｘ触媒５とＰｒｏｘ触媒６とが直列に接続されている場合において、Ｐｒｏｘ触媒６から見たときのＰｒｏｘ触媒５の入口５ａが上流に相当する。
【００２８】
前記可変流量制御弁８は、配管７ｂに設けられ、Ｐｒｏｘ触媒５に供給する空気（酸化剤）の供給量を調節する機能を有する。この可変流量制御弁８は、後記する制御部１０によって、その開度が制御される。
【００２９】
前記可変流量制御弁９は、配管７ｃに設けられ、Ｐｒｏｘ触媒６に供給する空気（酸化剤）の供給量を調節する機能を有する。この可変流量制御弁９は、後記する制御部１０によって、その開度が制御される。
【００３０】
前記制御部１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ、プログラムが記憶されたＲＯＭなどで構成され、酸化剤増量補正手段、触媒劣化状態評価手段を備えている。また、制御部１０は、ブロア７および可変流量制御弁８，９と接続され、ブロア７のモータの回転速度を制御し、可変流量制御弁８，９の開度を制御する。
【００３１】
なお、本実施形態の一酸化炭素除去システム１によって精製された水素（Ｐｒｏｘ触媒６から排出された水素）は、燃料電池ＦＣのアノードに燃料ガスとして供給される。また、ブロア７からの空気（酸化剤、カソードガス）が燃料電池ＦＣのカソードに供給される。この燃料電池ＦＣは、ＰＥＭ（Ｐｒｏｔｏｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ）型の燃料電池であり、固体高分子電解質膜を、それぞれ触媒を含むアノードとカソードで挟み、さらに一対の導電性のセパレータで挟んで単セルが構成され、この単セルが複数積層された構造を有している。
【００３２】
このような燃料電池ＦＣでは、Ｐｒｏｘ触媒６からの水素がアノードに供給され、ブロア７からの空気（酸素）がカソードに供給されることにより、アノードでは、水素から電子が乖離して、水素イオンが固体高分子電解質膜を介してカソードに透過し、電子が負荷２０を介してカソードに移動する。カソードでは、水素イオンおよび電子と、カソードに供給された空気中の酸素との反応により水が生成される。燃料電池ＦＣの発電によって生成された電力は、インバータ（図示せず）を介して負荷２０に供給される。なお、負荷２０とは、電化製品、燃料電池ＦＣの発電に必要な補機（ブロア、バルブ）などである。また、蒸発器２では、オフガス供給配管７ｅから供給されたオフガス（カソードオフガス＋アノードオフガス）によって触媒燃焼が行われ、その燃焼熱により圧縮空気（改質Ａｉｒ）、原燃料および純水が加熱されて比較的高温の水蒸気混合燃料が生成されるようになっている。
【００３３】
次に本実施形態の一酸化炭素除去システムの作用について図２ないし図６を参照（適宜、図１を参照）して説明する。
まず、制御部１０は、一酸化炭素除去システム１を含む水素発生装置付きの燃料電池システムＦ１の電源スイッチがオンにされたことを検知すると、ステップＳ１００において、Ｐｒｏｘ触媒５（図面ではＰｒｏｘ−１と表記）の増量係数およびＰｒｏｘ触媒６（図面ではＰｒｏｘ−２と表記）の増量係数が上限値以下であるか否かを判断する。なお、Ｐｒｏｘ触媒５の増量係数とＰｒｏｘ触媒６の増量係数は、図３に示すように、一酸化炭素除去システム１（燃料電池システムＦ１）の運転時間と、一酸化炭素除去システム１（燃料電池システムＦ１）の累積した起動・停止回数とを積算した値に基づいて決定される。すなわち、各増量係数は、（運転時間×起動・停止回数）の値が大きくなればなるほど（運転時間が長くなればなるほど、また起動・停止回数が多くなればなるほど）大きくなるように設定される。なお、このステップＳ１００が、本実施形態における触媒劣化状態評価手段が実施する処理に相当する。また、一酸化炭素除去システム１の運転時間は、Ｐｒｏｘ触媒５，６の使用時間に相当する。
【００３４】
ステップＳ１００において、制御部１０は、Ｐｒｏｘ触媒５および／またはＰｒｏｘ触媒６の増量係数が上限値を超えていると判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１１０に進み、ユーザーに警告を行う。警告の手段としては、アラーム音によるものであってもよく、システムを操作するための操作モニタに警告ランプを点灯させるようなものであってもよい。この警告を認識したユーザーは、Ｐｒｏｘ触媒５またはＰｒｏｘ触媒６の交換を行う。
【００３５】
また、ステップＳ１００において、制御部１０は、Ｐｒｏｘ触媒５およびＰｒｏｘ触媒６のそれぞれの増量係数が上限値以下であると判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１２０に進み、改質器３の暖機を開始する。なお、改質器３の暖機とは、例えば、図示しない触媒燃焼器または電気ヒータなどで改質器３および蒸発器２を、原燃料を改質できる状態の温度まで温めることである。
【００３６】
なお、Ｐｒｏｘ触媒５とＰｒｏｘ触媒６とを同時に交換できるようにすることが、ユーザーの触媒交換回数を減らす点において好ましいが、Ｐｒｏｘ触媒５とＰｒｏｘ触媒６との定期交換時期を個別に警告するようにして、別々に交換するような構成にしてもよい。
【００３７】
そして、ステップＳ１３０に進み、制御部１０は、改質器３の暖機が完了したか否かを判断する。なお、改質器３の暖機完了の条件としては、例えば、改質触媒の温度やタイマなどを用いて、暖機開始から予め設定した所定時間が経過するまで計測することにより判断できる。ステップＳ１３０において、制御部１０は、改質器３の暖機が完了していないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１４０に進み、タイマによって所定時間が経過しているか否かを判断し、所定時間内であると判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１３０に戻り、所定時間を超えていると判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１５０に進み、システムに不具合が発生したと判断して一酸化炭素除去システム１（燃料電池システムＦ１）を停止する。
【００３８】
また、ステップＳ１３０において、制御部１０は、改質器３の暖機が完了していると判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１６０に進み、Ｐｒｏｘ触媒５への空気（酸化剤）の供給量を算出する。本実施形態における算出方法としては、増量係数を算出することによって行われ、この増量係数は、図３に示すマップに基づいて算出される。図３に示すＰｒｏｘ触媒５の増量係数は、図４（ａ）に示す運転時間と増量係数との関係を示すマップと、起動・停止回数と増量係数との関係を示すマップとを積算することにより得られる。すなわち、Ｐｒｏｘ触媒５の増量係数は、運転時間だけではなく、起動・停止回数を加味して設定されるものであり、（運転時間×起動・停止回数）の値が大きくなるに比例して増量係数が大きく設定される。なお、算出されたＰｒｏｘ触媒５の増量係数（α）は、（Ｏ２／ＣＯ）に積算されて用いられる（（Ｏ２／ＣＯ）α）。なお、ステップＳ１６０が、本実施形態における酸化剤増量補正手段が実施する処理に相当する。
【００３９】
そして、ステップＳ１７０に進み、制御部１０は、Ｐｒｏｘ触媒６に供給する空気（酸化剤）の量を算出する。この場合の増量係数は、図３に示すマップに基づいて算出される。図３に示すＰｒｏｘ触媒６の増量係数は、図４（ｂ）に示す運転時間と増量係数との関係を示すマップと、起動・停止回数と増量係数との関係を示すマップとを積算することにより得られる。すなわち、Ｐｒｏｘ触媒６の増量係数は、Ｐｒｏｘ触媒５と同様に、運転時間だけではなく、起動・停止回数を加味して設定されるものであり、（運転時間×起動・停止回数）の値が大きくなるに比例して増量係数が大きくなる。なお、算出されたＰｒｏｘ触媒６の増量係数（β）は、（Ｏ２／ＣＯ）に積算されて用いられる（（Ｏ２／ＣＯ）β）。なお、ステップＳ１７０が、本実施形態における酸化剤増量補正手段が実施する処理に相当する。
【００４０】
なお、（運転時間×起動・停止回数）の具体的な値は、触媒の大きさや供給する空気の流量で大きく変動するため、試験データなどを用いて算出されるようになっている。
【００４１】
また、上流側のＰｒｏｘ触媒５にはＣＯが多数存在するため供給するＯ２はもともと多く、これに対して下流側のＰｒｏｘ触媒６は上流側のＰｒｏｘ触媒５でＣＯ除去が一度行われているため分母のＣＯ量が少なくなっている。したがって、Ｐｒｏｘ触媒５の増量係数に比べてＰｒｏｘ触媒６の増量係数を高くしているが、実際にＰｒｏｘ触媒５、Ｐｒｏｘ触媒６に供給するそれぞれのＯ２の総量は、同等であるか、または下流側の方が少なくなっている。
【００４２】
そして、ステップＳ１８０に進み、制御部１０は、蒸発器２に図示しない原燃料供給装置から原燃料、改質Ａｉｒ、純水を供給して改質を開始する。すなわち、蒸発器２で生成された水蒸気混合燃料が改質器３に供給されて水素やＣＯなどを含む改質ガスが生成され、さらに改質ガスはシフト反応器４によってＣＯが低減された後にＰｒｏｘ触媒５に供給される。このＰｒｏｘ触媒５には、ブロア７から配管７ａ，７ｂを通って酸化剤としての空気が供給される。このときの空気の供給量は、一酸化炭素除去システム１の運転時間に加えて累積の起動・停止回数を考慮して決定される。運転時間×起動・停止回数の値が増加するにつれて、制御部１０によって可変流量制御弁８の開度が拡大され、Ｐｒｏｘ触媒５への空気の供給量が増量される。
【００４３】
Ｐｒｏｘ触媒５によってＣＯが低減された水素は、下流側のＰｒｏｘ触媒６に供給される。このＰｒｏｘ触媒６には、ブロア７から配管７ａ，７ｃを通って空気が供給される。このときの空気の供給量は、前記と同様にして、運転時間×起動・停止回数の値が増加するにつれて、制御部１０によって可変流量制御弁９の開度が拡大され、Ｐｒｏｘ触媒６への空気の供給量が増量される。
【００４４】
Ｐｒｏｘ触媒６によってＣＯがさらに低減された水素は、燃料電池ＦＣのアノードに供給される。また、燃料電池ＦＣのカソードにはブロア７から配管７ｄを介して酸化剤としての空気が供給される。なお、図示していないが、ブロア７と燃料電池ＦＣのカソードとの間には、ブロア７からの空気を加湿する加湿器が設けられ、加湿された空気がカソードに供給されるようになっている。燃料電池ＦＣで発電された電力は、電力を必要とする機器（電化製品、システムの補機など）に供給される。なお、燃料電池ＦＣから排出されるカソードオフガスやアノードオフガスの熱を利用して給湯に利用してもよい。
【００４５】
本実施形態によれば、一酸化炭素選択酸化触媒への酸化剤（空気）の増量係数を、一酸化炭素除去システムの運転時間（一酸化炭素選択酸化触媒の使用時間）と累積の起動・停止回数に応じて補正することで、従来（触媒の使用時間のみで判断）であれば経年劣化して定期交換が必要と判断されていた場合であっても性能を維持することが可能になり、長寿命化を図ることが可能になる。したがって、技術的難易度およびコストが高い一酸化炭素濃度センサを取り付けられないような家庭用や小規模店舗用のシステムに適用することが可能になる。ちなみに、累積の起動・停止を加味したのは、一酸化炭素選択酸化触媒５，６を家庭用などとして設置する場合にはＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ  Ｓｔａｒｔ−ｕｐ＆Ｓｈｕｔ−ｄｏｗｎ）が必要になるが、この起動・停止の繰り返しが連続運転よりも触媒に与える影響が大きいからである。
【００４６】
また本実施形態によれば、増量係数が上限値を超えた時点で定期交換が必要な旨をユーザーに通知することで、従来に比べてより正確な劣化判断（触媒の交換判断）が可能になる。したがって、一酸化炭素選択酸化触媒（Ｐｒｏｘ触媒５、Ｐｒｏｘ触媒６）の正確な交換時期を判断できるため、ランニングコストの低減が可能になる。また、頻繁な起動・停止によって触媒劣化が進行し、触媒の定期交換の時期が遅れて、燃料電池ＦＣにＣＯ除去が十分でない水素が供給されるのを防止できる。
【００４７】
また、本実施形態によれば、一酸化炭素選択酸化触媒（Ｐｒｏｘ触媒５、Ｐｒｏｘ触媒６）を直列に配置することで、ひとつの触媒（Ｐｒｏｘ触媒５）では除去しきれない一酸化炭素を、下流側に設けた触媒（Ｐｒｏｘ触媒６）でさらに除去することが可能になる。
【００４８】
また、本実施形態によれば、下流側のＰｒｏｘ触媒６の増量係数を上流側のＰｒｏｘ触媒５よりも高く設定することにより、酸素（Ｏ２）濃度が高くなって混合ガス中のＣＯと衝突する確率が上がるので、一酸化炭素選択酸化触媒を通過する水素流量の低下を最小限に抑えることが可能になる。
【００４９】
また、本実施形態によれば、燃料電池ＦＣに供給するカソードガス（酸化剤）と、一酸化炭素選択酸化触媒（Ｐｒｏｘ触媒５、Ｐｒｏｘ触媒６）に供給する酸化剤とをひとつのブロア７で共用しているので、コストの低減が可能になる。
【００５０】
さらに、本実施形態の一酸化炭素除去システムを従来のシステムと比較した場合の効果について図５および図６を参照して説明する。図５は運転時間とＰｒｏｘ出口ＣＯ濃度との関係を従来と比較した場合のグラフ、図６は運転時間と反応器熱効率との関係を従来と比較した場合のグラフである。なお、図５に示すＣＯ濃度許容ラインは、Ｐｒｏｘ触媒の定期交換が必要な濃度を意味し、図５の破線で示すグラフは、供給するエア量を一定にした場合の濃度を示し、実線で示すグラフは、エア量を増量した場合の濃度を示している。また、図６の破線で示すグラフは、上流側と下流側のＰｒｏｘ触媒の増量係数を同一にした場合の反応器の熱効率を示し、実線で示すグラフは、上流側と下流側のＰｒｏｘ触媒の増量係数を変えた場合の反応器の熱効率を示している。
【００５１】
図５に示すように、一酸化炭素除去システム１の運転時間（一酸化炭素選択酸化触媒の使用時間）とシステムの累積の起動・停止回数とを考慮してＰｒｏｘ触媒５，６に投入する酸化剤を増量補正することで、Ｐｒｏｘ触媒出口のＣＯ濃度がＣＯ濃度許容ラインに至るまでの運転時間を、従来（Ａｉｒ量一定）の場合と比べて、触媒寿命として、例えば、１．３倍以上にすることが可能になる。
【００５２】
また、図６に示すように、Ｐｒｏｘ触媒５の増量係数とＰｒｏｘ触媒６の増量係数を変えることで、長期の運転時間においてＣＯ濃度（Ｐｒｏｘ出口）が許容値を超えることがない。これに対して、従来の場合（増量係数同一の場合）には本発明よりも短い運転時間においてＣＯ濃度が許容値を超えるという問題がある。本発明のように上流と下流の増量係数を変えることで、触媒の長寿命化を図ることが可能になる。なお、図６の縦軸に記載の反応器の熱効率とは、投入した原燃料から得られる発熱量のうち、Ｐｒｏｘ触媒６出口の水素から得られる発熱量の割合（％）を示したものである。
【００５３】
なお、本実施形態の一酸化炭素除去システム１では、Ｐｒｏｘ触媒５，６によってＣＯが除去された水素を燃料電池ＦＣに供給しているが、このような構成に限定されるものではなく、燃料電池ＦＣに替えて、図７に示すように水素ポンプ１２に供給するようにしてもよい。この水素ポンプ（コンプレッサ）１２は、電源１４（商用電源、燃料電池、バッテリなど）の電力によって駆動され、Ｐｒｏｘ触媒６の下流に設けられ、水素を圧縮して除湿器１３に供給する。除湿器１３では、Ｐｒｏｘ触媒６から排出される水分が取り除かれる。なお、除湿器１３で除湿された水素は、例えば、図示しない水素タンクに貯蔵され、水素タンクに接続された供給ホースを介して燃料電池車と接続して、燃料電池車に水素が供給される。
【００５４】
なお、本実施形態では、２つの一酸化炭素選択酸化触媒を直列に配置した場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、一酸化炭素選択酸化触媒を３つ以上配置したものでもよい。また、本実施形態は、単一の一酸化炭素選択酸化触媒で構成してもよく、その場合には、図２のステップＳ１７０を削除したフローが適用される。
【００５５】
また、図１に示す構成と図７に示す構成とを組み合わせて、一酸化炭素除去システム１によって精製された水素を燃料電池ＦＣに供給して電力供給と給湯に利用するとともに、水素ポンプ１２に供給して水素供給に利用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施形態の一酸化炭素除去システムを水素発生装置付きの燃料電池システムに組み込んだ全体構成図である。
【図２】改質時の制御を示すフローチャートである。
【図３】起動・停止回数を考慮した運転時間と増量係数との関係を示すマップである。
【図４】（ａ）は上流側のＰｒｏｘ触媒の増量係数を算出するマップ、（ｂ）は下流側のＰｒｏｘ触媒の増量係数を算出するマップである。
【図５】運転時間とＰｒｏｘ出口のＣＯ濃度との関係を従来と比較した場合のグラフである。
【図６】運転時間と反応器熱効率との関係を従来と比較した場合のグラフである。
【図７】本実施形態の一酸化炭素除去システムを含む水素発生装置と水素ポンプとを組み合わせた場合の全体構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
１      一酸化炭素除去システム
２      蒸発器（供給装置）
３      改質器（供給装置）
４      シフト反応器（供給装置）
５，６  一酸化炭素選択酸化触媒
７      ブロア（酸化剤供給装置）
８，９  可変流量制御弁
１０    制御部
ＦＣ    燃料電池
【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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