(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質反応により一酸化炭素を含む水素リッチガスを生成する改質部と、
前記改質部において生成された水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素除去部と、
前記一酸化炭素除去部において一酸化炭素濃度を低減した水素リッチガスを用いて発電を行う燃料電池と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記一酸化炭素除去部には、一酸化炭素の選択的な酸化を促進させる一酸化炭素除去触媒を備え、
前記一酸化炭素除去触媒の上流側には、二回以上屈曲する複数の流路をもつ攪拌部と、
前記攪拌部の前記複数の流路毎に形成され、前記流路を流れる水素リッチガスに酸化剤を供給する導入部と、を備え、
前記複数の流路を、断面が略コの字状の部材と、前記導入部と、を前記水素リッチガスの主流断面面内に繰り返し配置することにより形成したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
改質反応により一酸化炭素を含む水素リッチガスを生成する改質部と、
前記改質部において生成された水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素除去部と、
前記一酸化炭素除去部において一酸化炭素濃度を低減した水素リッチガスを用いて発電を行う燃料電池と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記一酸化炭素除去部には、一酸化炭素の選択的な酸化を促進させる一酸化炭素除去触媒を備え、
前記一酸化炭素除去触媒の上流側には、二回以上屈曲する複数の流路をもつ攪拌部と、
前記攪拌部の前記複数の流路毎に形成され、前記流路を流れる水素リッチガスに酸化剤を供給する導入部と、を備え、
前記複数の流路を、断面が略コの字形状および略Ｔ字形状の部材と、前記導入部と、を水素リッチガスの主流の断面面内に繰り返し配置することにより形成したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
前記複数の流路を構成する部材に前記導入部を備えた請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記複数の流路を構成する部材に多孔質体を用いた請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料電池システム、特に空気を均一に混合した改質ガスから一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池システムにおける一酸化炭素除去装置（以下、ＣＯ除去装置）において、改質ガス中の一酸化炭素（以下、ＣＯ）を効率的に除去するためには、改質ガスと、それに混入する空気とを均一に攪拌する必要がある。改質ガスと空気とを均一に攪拌する従来の技術としては、以下のようなものが知られている。
【０００３】
まず、多孔板を備えたＣＯ除去装置が知られている。これは、ＣＯ除去器に改質ガスと空気を導入するガス導入部の下流側に、間隔を持って多数の孔を開けた板を流れの断面面内に配置した攪拌部を設けている。
【０００４】
また、特開２００１−２４０１号公報においては、ガス導入部の下流側に、ガス流を旋回させる偏向板や、ガス主流中に回転翼内部から混入ガスを噴出させてガス主流の運動エネルギを回転エネルギとして得る回転翼を配置している。
【０００５】
特開２０００−２０３８０１号公報においては、パイプの壁面に孔を開け、このパイプを複数本ガス主流中の断面面内に配置することにより攪拌している。
【０００６】
特開２００１−１３７６７６号公報においては、ガス主流中に著しく流れが阻害する板を流れの断面面内に配置し、阻害されたガス中に酸化剤を混入せることにより攪拌している。
【０００７】
特開２００１−１２０９７３号公報においては、ガスの主流通路内でねじり方向が逆であるねじれ板を、流れ方向に多数設置することにより攪拌している。
【０００８】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、上記従来技術には、以下のような問題があった。
【０００９】
多孔板では均一な混合を実現するために板の枚数を要するので、流れの方向に対して攪拌部が巨大化する。また、流れにおおきなエネルギ損失を与えてしまうので、ガスを流すための仕事が増加してしまう。
【００１０】
特開２００１−２４０１号公報においては、混合ガス導入部の下流側に偏向板を設置しているが、流速が小さくなる低負荷時にガスの混合が不十分であった。また、ガス主流中に回転翼を設けたものは、上記同様、低流速ではガスの攪拌が不十分であった。さらにこの手段では、回転可動とする部分があり、軸受が必要で量産に適さない点と、軸受の磨耗により半永久的な使用は不可能であるという問題点があった。
【００１１】
特開２０００−２０３８０１号公報においては、孔が多数開いたパイプ群と一対のマニホルドを用いて分配しているが、主流中に配置したパイプの孔からの混合では、均一度が不十分であった。
【００１２】
特開２００１−１３７６７６号公報では、仕切り板と多孔板に導入部を組み合わせることでコンパクトに構成でき、かつ、混合を促進しているが、仕切り板が流路断面積の８割を占めており、流れに大きな損失を与えてしまった。
【００１３】
特開２００１−１２９７３号公報においては、ガス主流通路内にねじり板を、ねじり方向を互い違いにして流れ方向に配置して混合を促進しているが、ガス主流の流れ方向に多数必要となり、コンパクトな構造をもてなかった。
【００１４】
このようにいずれの従来技術についても、攪拌が不十分である、または、構造が巨大化してしまう、または、流れに大きな損失を与えてしまうという問題が生じてしまう。そこで本発明は、コンパクトな構造で均一に攪拌することができ、かつ圧力損失の少ない攪拌部を、一酸化炭素除触媒の上流側に備えた燃料電池システムを提供することを目的とする。
【００１８】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、改質反応により一酸化炭素を含む水素リッチガスを生成する改質部と、前記改質部において生成された水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素除去部と、前記一酸化炭素除去部において一酸化炭素濃度を低減した水素リッチガスを用いて発電を行う燃料電池と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記一酸化炭素除去部には、一酸化炭素の選択的な酸化を促進させる一酸化炭素除去触媒を備え、前記一酸化炭素除去触媒の上流側には、二回以上屈曲する複数の流路をもつ攪拌部と、前記攪拌部の前記複数の流路毎に形成され、前記流路を流れる水素リッチガスに酸化剤を供給する導入部と、を備え、前記複数の流路を、断面が略コの字形状の部材と、前記導入部と、を水素リッチガスの主流断面面内に繰り返し配置することにより形成した。
【００２０】
第２の発明は、改質反応により一酸化炭素を含む水素リッチガスを生成する改質部と、前記改質部において生成された水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素除去部と、前記一酸化炭素除去部において一酸化炭素濃度を低減した水素リッチガスを用いて発電を行う燃料電池と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記一酸化炭素除去部には、一酸化炭素の選択的な酸化を促進させる一酸化炭素除去触媒を備え、前記一酸化炭素除去触媒の上流側には、二回以上屈曲する複数の流路をもつ攪拌部と、前記攪拌部の前記複数の流路毎に形成され、前記流路を流れる水素リッチガスに酸化剤を供給する導入部と、を備え、前記複数の流路を、断面が略コの字形状および略Ｔ字形状の部材と、前記導入部と、を水素リッチガスの主流断面面内に繰り返し配置することにより形成した。
【００２１】
第３の発明は、第１または２の発明において、前記複数の流路を構成する部材に前記導入部を備えた。
【００２２】
第４の発明は、第１から３のいずれか一つの発明において、前記複数の流路を構成する部材に多孔質体を用いた。
【００２６】
【作用及び効果】
第１または第２の発明によれば、一酸化炭素除去触媒の上流側には、二回以上屈曲する複数の流路をもつ攪拌部と、攪拌部の前記複数の流路毎に形成され、流路を流れる水素リッチガスに酸化剤を供給する導入部と、を備えたことで水素リッチガスと酸化剤の攪拌を促進することができる。また複数の流路とすることで、攪拌部において損失する圧力を抑制することができる。
また、複数の流路を、断面が略コの字形状の部材、または、略コの字形状および略Ｔ字形状の部材と、導入部と、を水素リッチガスの主流断面面内に繰り返し配置することにより攪拌部と導入部を一体化できるのでシステムの容積を小さくすることができる。
【００２７】
第３の発明によれば、複数の流路を構成する部材に導入部を備えることで、システムの容積を小さくすることができる。
【００２８】
第４の発明によれば、複数の流路を構成する部材に多孔質体を用いることで、システムの軽量化を図ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に用いる燃料電池システムの一部の構成を図１に示す。ここには、改質反応器２で生成された改質ガスを燃料電池３に供給するまでの構成を示している。
【００３０】
改質反応器２において、ガソリン等の炭化水素燃料と水や空気の混合ガスから改質反応により水素リッチな改質ガスを生成する。このとき、水素とともに生成される一酸化炭素（以下、ＣＯ）は、後流に配置した燃料電池３の劣化の原因となるので、改質ガス中から除去する必要がある。そこで、改質反応器２の下流側に酸化反応によりＣＯ濃度を低減するＣＯ除去器１を配置する。
【００３１】
ＣＯ除去器１には、ＣＯを二酸化炭素に変換させる酸化反応を促進するＣＯ除去触媒６を充填する。また、ＣＯ除去触媒６の上流側には、酸化反応に用いる酸素を供給する酸化剤、例えば空気を改質ガス中に導入する酸化剤導入部５を設置する。改質反応器２から排出される改質ガス中のＣＯ濃度は約１．５％程度であるが、燃料電池３が効率良く発電するためには、ＣＯ除去器１において１０ｐｐｍ以下に低減しなければならない。
【００３２】
ＣＯ除去器１において効率良くＣＯを酸化・除去するためには、ＣＯを含む改質ガスに均一に空気を混合する必要がある。そこで、酸化剤導入部５の下流側に改質ガスと空気を均一に混合するための攪拌部４を設ける。攪拌部４で改質ガスと空気を均一に混合することで、ＣＯが未酸化の状態でＣＯ除去器１を通過して燃料電池３に供給されるのを防ぐことができる。
【００３３】
このように、本実施形態では、ＣＯ除去器１を、酸化剤導入部５、攪拌部４、ＣＯ除去触媒６から構成する。
【００３４】
次に、本実施形態における攪拌部４の構成を図３、図４を用いて説明する。
【００３５】
図３に示すような断面がコの字型形状であるコの字型板材７を組み合わせることにより図４に示すような屈曲流路８を形成する。コの字型板材７を、側面７ａおよび上面７ｂ、下面７ｃの三つの平板部からなるコの字形状の断面により構成する。ここで、コの字型板材７は、一枚の板材を折り曲げることにより形成してもよいし、３枚の平板を接着することにより形成してもよい。また、コの字型板材７の長さを、改質ガスの流路面の一辺、ここでは高さとほぼ同じとする。このような二つのコの字型板材７の側面７ａ同士を接合することにより断面が略工の字形状をした工の字型板材９を形成する。
【００３６】
攪拌部４の構造を図４に示す。複数の工の字型板材９を改質ガス主流に対する流れの同一断面面内に配列する。このとき、各工の字型板材９の側面７ａが改質ガスの主流方向に沿うように配置する。また、各コの字型板材７の上面７ｂが下面７ｃの上流側に位置するように配置する。このように、同一断面面内に形成した工の字型板材９の列を上流側に一列、下流側に一列形成する。このとき、下流側の列に配置した下流側工の字型板材９ｂを、上流側の列の隣り合う上流側工の字型板材９ａの間に、且つ、改質ガスの主流方向に約半分程度重なるように配置する。また、各列の隣り合う工の字型板材９においては、断面の中心軸となる側面７ａ間の距離が、上面７ｂ、下面７ｃの幅の２倍より大きくなるように設定し、また、４倍以下になるように設定する。これにより、改質ガスの流路が複数回屈曲する屈曲流路８を形成することができる。
【００３７】
隣り合う上流側工の字型板材９ａの上面７ｂ間に、改質ガスの屈曲流路８への入口部１０を形成し、また、隣り合う下流側工の字型板材９ｂの下面７ｃ間に、屈曲流路８からの出口部１１を形成する。酸化剤導入部５で空気が混入された改質ガスを入口部１０から屈曲流路内に導入すると、改質ガスは、上流側工の字型板材９ａを構成するコの字型板材７の凹部に沿って、下流側工の字型板材９ｂの上面７ｂを回り込むように流れる。さらに、下流側工の字型板材９ｂを構成するコの字型板材７の凹部に沿って、上流側工の字型板材９ａの下面７ｃを回り込むように流れてから出口部１１から排出される。
【００３８】
このように、２回以上の屈曲を持つ流路に酸化剤が供給された改質ガスを流すことで、酸化剤と改質ガスの攪拌が促進される。ここでは、攪拌部４において、平板より形成したコの字型板材７を繰り返し配置して、屈曲を持つ流路を形成することで、改質ガスの流れが板面に複数回衝突し、乱流の渦とこの渦の大きさよりさらに大きい対流の渦とを発生することができるので、改質ガスと空気との混合を促進することができる。これにより、空気と改質ガスが均一に混合したガスをＣＯ除去器１に供給することができるので、効率のよいＣＯ除去を行うことができる。
【００３９】
また、攪拌部４を構成する部材をコの字型板材７のみとするので、簡単でコンパクトな構造で効率のよい攪拌を行う攪拌部４を形成することができる。さらに、複数の流路を形成することで、改質ガスの流れを大きく妨げることなく形成することができるので、改質ガスをＣＯ除去器１に供給するために生じる圧力損失を抑制することができる。
【００４０】
ここで、工の字型板材９の列を上流側と下流側の二列としたが、複数列であればよいが、ここでは二列にすることで改質ガスの主流方向の構成をコンパクトにすることができる。また、ここでは同一流路断面内に五つのコの字型板材７を配置したが流路断面積等に応じて配置するコの字型板材７の数を決めることができる。ただし、空気を供給された全ての改質ガスが入口部１０より屈曲流路８内に流れ込む構成にするのが望ましい。
【００４１】
次に、第２の実施形態について説明する。燃料電池システムの構成は、第１の実施形態と同様に図１の構成とし、攪拌部４を構成する部材を図５に、攪拌部４の構成を図６に示す。
【００４２】
図５に示すように、攪拌部４を構成する部材を、複数のコの字型板材７（図３）の側面７ａの長さ方向の上端および下端を、それぞれ板状の接続部１３ａ、１３ｂにより接続された部材とし、これを連続コの字型板材１２とする。このとき、隣り合うコの字型板材７間には隙間を設け、この隙間を後述するように改質ガスの入口部１０または出口部１１とする。
【００４３】
連続コの字型板材１２は、例えば、改質ガスの流路断面積とほぼ同じ面積の板材に、複数の工の字型の切込みをいれ、切り起こしにより形成することができる。このように、流路内に配置する以前に、コの字型板材７の流路面に対する位置を決めることができ、正確に、且つ、容易に位置を決めることができる。
【００４４】
連続コの字型板材１２を用いた攪拌部４の構成を図６に示す。
【００４５】
二つの連続コの字型板材１２を流路断面に平行に、且つ、コの字型板材７の凹部が対向するように配置する。このとき、上流側の隣り合うコの字型板材７の上面７ｂ、下面７ｃを下流側のコの字型板材７の凹部内に収容するように、上流側と下流側の連続コの字型板材１２を側面７ａ方向にずらして配置する。また、上流側と下流側の側面７ａの距離を、上面７ｂ、下面７ｃの幅より大きく、２倍以下とする。これにより、改質ガスが複数回屈曲する屈曲流路８を構成することができる。
【００４６】
改質ガスは上流側のコの字型板材７間に形成した屈曲流路８の入口部１０から導入し、上流側の上面７ｂまたは下面７ｃに沿って屈曲する。その後、下流側の上面７ｂまたは下面７ｃに沿って屈曲してから、下流側のコの字型板材７間に形成した屈曲流路８の出口部１１から排出される。
【００４７】
このように構成することにより、改質ガスはコの字型板材７の壁面に多数衝突し、乱流の渦と対流の渦とを発生するので、改質ガスと空気の混合を促進することができる。また、屈曲流路８をコの字型板材７の形状で構成することで簡単な構成とすることができ、またコンパクトな構成で効率のよい混合を行うことができる。さらに、本実施形態は、図３に示すコの字型板材７により構成することもできるが、１枚の板状部材１０により構成することで、流路面に対する各コの字型板材７の位置決めを容易にすることができる。
【００４８】
第３の実施形態について説明する。燃料電池システムは、第１の実施形態と同様に図１のような構成とし、攪拌部４を構成する部材を図７に、攪拌部４の構成を図８に示す。
【００４９】
図７に示すように、攪拌部４を構成する部材を、図３に示したコの字型板材７と、断面がＴ字型形状のＴ字型板材１４とを合体した合体型板材１５とする。ここで、Ｔ字型板材の水平部を上部１４ａ、垂直部を下部１４ｂとしたとき、合体型板材１４は上部１４ａとコの字型板材７の側面７ａとを一体化した構成とする。
【００５０】
このように構成した複数の合体型板材１５を、側面７ａが改質ガスの主流方向に沿うように、且つ、コの字型板材７の凹部が同一方向を向くように配置する。このとき、複数の合体型板材１５を改質ガス主流の同一断面面内に配置する。つまり、下部１５ｂは、改質ガスの主流方向に対して、隣に配置したコの字型板材７の凹部の略中央部に位置するように配置する。また、下部１５ｂの端部と隣に配置したコの字型板材７の側面７ａは接触させず、その距離を上面７ｂ、下面７ｃの幅より小さくなるように配置した。これにより、改質ガスが複数回屈曲する屈曲流路８を形成することができる。
【００５１】
ここで、コの字型板材７の上流側の側面を上面７ｂ、下流側の側面を下面７ｃとすると、改質ガスは隣り合う上面７ｂ間に形成された入口部１０から流入し、下部１５ｂをコの字型板材７の凹部に沿って迂回して下面７ｃ間に形成された出口部１１から排出される。
【００５２】
このように構成することで、改質ガスはコの字型板材７の壁面に多数衝突し、乱流の渦と対流の渦とを発生するので、改質ガスと空気の混合を促進することができる。また、攪拌部４を構成する部材をコの字型板材７とＴ字型板材１５を組み合わせて形成することで、さらに簡単な構造で効率的な攪拌を行うことができる。
【００５３】
次に、第４の実施形態について説明する。
【００５４】
本実施形態に用いる燃料電池システムの構成を図２に示す。ここでは、酸化剤の酸化剤導入部５を攪拌部４内に形成する。このように酸化剤導入部５と攪拌部４を同一部分に形成することで、ＣＯ除去装置１をコンパクトにすることができる。
【００５５】
攪拌部４（酸化剤導入部５を含む）を構成する部材を図９、１０に、攪拌部４の構成を図１１に示す。本実施形態では、図９で示す部材を上流側に、図１０で示す部材を下流側に配置する。
【００５６】
図９において、上流側の導入部付きコの字型板材１６を、コの字部材１６ａと改質ガス流の断面積とほぼ同じ面積の板状部材からなる導入部付き板材１６ｂとから構成する。ここでは、図３のコの字型板材７の側面７ａの中央部分に、コの字形状の凹部内に向けて凸となる、また側面７ａの長さ方向に延びる溝部１７を形成することによりコの字部材１６を構成する。一方、導入部付き板材１６ｂには、コの字部材１６ａの幅間隔毎に屈曲流路８の入口部１０となる孔を設ける。また、後述するようにコの字部材１６ａを導入部付き板材１６ｂに配置した際に溝部１７に対向する部分に、長さ方向に並ぶ複数の空気噴出孔１８を形成する。
【００５７】
このような導入部付き板材１６ｂの入口部１０間にコの字部材１６ａを配置する。このとき溝部１７と導入部付き板材１６ｂにより形成された空間を空気流路１９とし、ここに空気を供給することにより導入部付き板材１６ｂに形成した空気噴出孔１８から空気を噴出させる。
【００５８】
一方、下流側の導入部付きコの字型板材２０を、導入部付きコの字部材２０ａと板材２０ｂにより構成する。導入部付きコの字部材２０ａは、図９におけるコの字部材１６ａの形状と同じとするが、溝部１７の底面に長さ方向に連なる空気噴出孔１８を形成する。一方、板材２０ｂを改質ガス流路面積とほぼ同じ面積とし、また、導入部付きコの字部材２０ａの幅間隔毎に屈曲流路８の出口部１１を形成する。導入部付きコの字部材２０ａと板状部材２０ｂを上流側の導入部付きコの字型板材１６と同様に組み合わせることで空気流路１９を形成する。
【００５９】
次に、導入部付きコの字型板材１６と導入部付きコの字型板材２０を組み合わせて形成した攪拌部４を図１１に示す。ここでは、コの字部材１６ａ、２０ａを図６のコの字型板材７と同様に、凹部が対向するように、また、上流側と下流側でコの字断面の中心線がずれるように配置する。
【００６０】
まず、上流側の導入部付きコの字型板材１６に形成した空気噴射孔１８から空気が導入された改質ガスが、上流側の側面７ａ間に形成した屈曲流路８の入口部１０、つまり導入部付き板状部材１６ｂに形成した入口部１０から屈曲流路８に供給される。さらに下流側の導入部付きコの字型板材２０に形成した空気噴射孔１８から空気が混入されてから、第２の実施形態と同様に屈曲流路８を流れて出口部１１から排出される。
【００６１】
このように構成することで、攪拌部４と酸化剤導入部５を同時に構成することができる。このとき屈曲流路８の上流側で空気を導入することにより、攪拌部４から排出されるまでに十分に攪拌することができる。また、空気を改質ガスの流れの上流側に向かって噴出することで、空気と改質ガスの混合を促進することができる。また、流路面積とほぼ同面積の板材にコの字部材１６ａ、２０ａを配置することにより流路構成部材を形成するので、流路内に配置する以前に、各コの字部材１６ａ、２０ａの流れの断面に対する位置決めを容易に行うことができる。
【００６２】
次に第５の実施形態について説明する。燃料電池システムの構成を第４の実施形態と同様に図２に示す。また、攪拌部４を構成する部材を図１２に、攪拌部４の構成を図１３に示す。
【００６３】
図１２に示すように、攪拌部４を構成する部材を図７に示した合体型板材１５に空気導入部２１を接続した合体型板材２２とする。これは、合体型板材１５の下部１４ｂの端部に円筒形状の空気流路１９を形成する空気導入部２１を配置したものとする。空気導入部２１の側面には、軸方向に沿って複数の空気噴出孔１９を形成する。
【００６４】
このように形成した合体型板材２２を図８と同様に配置する。つまり、側面７ａを改質ガスの主流方向に沿って、かつ、コの字形状の凹部方向を揃えて配置する。ここで、図８では、側面７ａと下部１４ｂの端部との距離に制限を設けたが、ここでは側面７ａと空気導入部２１の距離を上面７ｂ、下面７ｃの幅以下とする。
【００６５】
また、空気噴出孔１８は空気導入部２１の上流側側面に形成され、改質ガス主流の上流方向に向かって空気を噴出する。このように構成することで、攪拌部４と酸化剤導入部５を一体化できると共に、改質ガスと空気の混合を促進することができる。また、屈曲流路８の上流側から空気を導入するので、屈曲流路８から排出されるまでに十分に混合することができる。さらに第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
ここで、本実施形態では、空気導入部２１を円筒形状に形成しているがこの限りではない。
【００６７】
第６の実施形態を図１４、１５を用いて説明する。燃料電池システムの構成を図２と同様とし、攪拌部４を構成する部材を図１４に、攪拌部４の構成を図１５に示す。
【００６８】
ここでは図１４に示すように、図７におけるコの字型板材７とＴ字型板材１４とを合体した合体型板材１５を、角材の削りだし、または、材料の引き抜きにより作製した合体型部材２３を攪拌部４の構成部材とする。合体型部材２３は、合体型板材１５と比較して十分に部材の厚みがあるので、下部１４ｂの端部に空気流路１９を形成する。また、流路に配置した際に上流側となる下部１４ｂの側面に空気噴出孔１８を空気流路１９に連通するように形成する。
【００６９】
このように構成することで、空気導入部２１を別に設けることなく、混合部を形成する部材の一部で構成することができる。このとき、空気を改質ガスの主流方向の上流側に向かって噴出させるので、改質ガスと空気の混合を促進することができる。また、概略構成は第３実施形態と同じなので、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
次に、第７の実施形態の説明をする。燃料電池システムの構成を図２に、空気の導入部を構成する部材を図１６に、攪拌部４の構成を図１７に示す。
【００７１】
本実施形態の空気の導入部となる空気導入部２４は、図１６に示すように、柱状の部材内部に軸方向に沿って二本の空気流路１９を形成する。側面には軸方向に沿って空気噴出孔１８を形成し、空気流路１９に空気を供給することにより空気導入部２４の側面から空気を導入する。ここで、本実施形態では空気導入部２４を構成する柱状部材を八角形のものとしているが、形状はこの限りではない。
【００７２】
このような空気導入部２４を、図１７に示すように向かい合う略コの字型部材２５に収容する。ここで、略コの字型部材２５は、図３に示したコの字型板材７を用いてもよいが、ここではコの字形状における二箇所の角を、面により形成したものを採用する。また、第６の実施形態と同様に、角材の削りだし、または、材料の引き抜きにより製作する。
【００７３】
このような略コの字形状の側面２５ａを合わせて略工の字型の部材を形成し、それを改質ガスの流れの断面面内に一列に配置する。このとき、隣り合う略コの字型板材２５の上面２５ｂ、下面２５ｃ間には隙間を形成し、上流側を入口部１０、下流側を出口部１１とする。空気導入部２４を隣り合う略コの字型部材の凹部間に配置する。このとき、入口部１０および出口部１１の幅を、空気導入部２４の幅より狭くし、また、空気導入部２４と略コの字型板材２５を接触しないように配置する。さらに、空気噴出孔１８から噴出される空気は、改質ガスの主流の上流に向けて噴出する。
【００７４】
このように構成することで、複数回屈曲する屈曲流路８を形成することができるので、改質ガスと空気を均一に混合することができる。また、攪拌部４と酸化剤導入部５を一体化することで、特に、酸化剤導入部５を屈曲流路８の構成部材の一つとすることで、ＣＯ除去器１をコンパクトにすることができる。また、空気導入部２４には形状の自由がきくので、製造し易い、また渦を形成し易い形状に設定することができる。
【００７５】
最後に、図１８、１９に改質ガスと空気の混合のシュミレーション結果を示す。図１８は改質ガスの流れの中に、円筒形の空気導入部を形成したものである。このとき、空気の噴出孔を空気流路１９を構成する円筒の主流方向に対する側面に形成し、主流の断面方向に向かって噴出しているものを想定した。一方、図１９には、本発明の第３実施形態の攪拌部４についての改質ガスと空気の混合状態を示す。図１８では、空気導入部間では改質ガス空気が混入し難いのに対して、図１９では流路断面全体に均一に混入することができることがわかる。
【００７６】
なお、実施形態に用いる攪拌部４を構成する部材を例えば多孔質板などの多孔質部材により形成することで、システムの軽量化を図ることができる。また、攪拌部４、酸化剤導入部をＣＯ除去器１の内部に配置したが、ＣＯ触媒６の上流側であればよい。
【００７７】
このように、本発明は、上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１〜３の実施形態の燃料電池システムにおけるＣＯ除去装置周辺の構成図である。
【図２】第４〜７の実施形態の燃料電池システムにおけるＣＯ除去装置周辺の構成図である。
【図３】第１の実施形態の混合部の屈曲流路を構成するコの字板材形状を示す図である。
【図４】第１の実施形態の混合部における屈曲流路の構成図である。
【図５】第２の実施形態の混合部の屈曲流路を構成する板材形状を示す図である。
【図６】第２の実施形態の混合部における屈曲流路の構成図である。
【図７】第３の実施の実施形態における屈曲流路を構成する板材形状を示す図である。
【図８】第３の実施形態の混合部における屈曲流路の構成図である。
【図９】第４の実施形態の混合部の屈曲流路を構成する上流側の部材の構成を示す図である。
【図１０】第４の実施形態の混合部の屈曲流路を構成する下流側の部材の構成を示す図である。
【図１１】第４の実施形態の混合部における屈曲流路の構成図である。
【図１２】第５の実施形態の混合部の屈曲流路を構成する部材の構成を示す図である。
【図１３】第５の実施形態の混合部における屈曲流路の構成図である。
【図１４】第６の実施形態の混合部の屈曲流路を構成する部材の構成を示す図である。
【図１５】第６の実施形態の混合部における屈曲流路の構成図である。
【図１６】第７の実施形態の混合部の屈曲流路を構成する部材の構成を示す図である。
【図１７】第７の実施形態の混合部における屈曲流路の構成図である。
【図１８】従来技術における改質ガスと空気の混合を表す図である。
【図１９】第５の実施形態における混合部の改質ガスと空気の混合を示す図である。
【符号の説明】
１    ＣＯ除去器
２    改質反応器
３    燃料電池
４    攪拌部
５    酸化剤導入部
６    ＣＯ除去触媒
７    コの字型板材
８    屈曲流路
１４  Ｔ字型板材
２１、２４  空気導入部
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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