JP2000233905A - 一酸化炭素を含む水素ガス中の一酸化炭素濃度を低減する装置およびそれを用いた燃料電池発電システム - Google Patents
一酸化炭素を含む水素ガス中の一酸化炭素濃度を低減する装置およびそれを用いた燃料電池発電システムInfo
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＣＯを選択的に電解によって酸化し、ＣＯ濃
度が大きく変化するような場合にも、水素や電力を無駄
に消費することなく、効率よくしかも確実にＣＯ濃度を
低減する。 【解決手段】 ＣＯ低減第１および第2セル１，２、こ
れらのＣＯ低減セルにそれぞれ独立にパルス状電圧を加
える電圧印加第１電源４および電圧印加第２電源５、一
酸化炭素を含む水素ガスをＣＯ低減第１セルのアノード
に供給した後、ＣＯ低減第２セルのアノード、ＣＯ低減
第２セルのカソード、ＣＯ低減第１セルのカソードの順
に流す手段７，８，１０，１１、並びにＣＯ低減第２セ
ルのアノード出口のＣＯ濃度をモニタするＣＯ濃度モニ
タ手段３，６，９を備え、ＣＯ低減第１セルに対して電
圧印加第１電源を用いて連続的にパルス状電圧を印加
し、ＣＯ低減第２セルには上記ＣＯ濃度モニタ手段の信
号をもとに電圧印加第２電源を用いてパルス状電圧を断
続的に印加する。
度が大きく変化するような場合にも、水素や電力を無駄
に消費することなく、効率よくしかも確実にＣＯ濃度を
低減する。 【解決手段】 ＣＯ低減第１および第2セル１，２、こ
れらのＣＯ低減セルにそれぞれ独立にパルス状電圧を加
える電圧印加第１電源４および電圧印加第２電源５、一
酸化炭素を含む水素ガスをＣＯ低減第１セルのアノード
に供給した後、ＣＯ低減第２セルのアノード、ＣＯ低減
第２セルのカソード、ＣＯ低減第１セルのカソードの順
に流す手段７，８，１０，１１、並びにＣＯ低減第２セ
ルのアノード出口のＣＯ濃度をモニタするＣＯ濃度モニ
タ手段３，６，９を備え、ＣＯ低減第１セルに対して電
圧印加第１電源を用いて連続的にパルス状電圧を印加
し、ＣＯ低減第２セルには上記ＣＯ濃度モニタ手段の信
号をもとに電圧印加第２電源を用いてパルス状電圧を断
続的に印加する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気化学的な反応
を利用して発電や水素ガスの精製等を行う、例えば電気
自動車等で使用される燃料電池や電気化学的水素精製装
置に関するものである。さらに詳しくは、例えば燃料電
池において、メタノールや天然ガスを水蒸気改質や部分
酸化改質によって水素を主成分とする改質燃料ガスに変
換した際に含まれる一酸化炭素の濃度を低減する装置に
関する。
を利用して発電や水素ガスの精製等を行う、例えば電気
自動車等で使用される燃料電池や電気化学的水素精製装
置に関するものである。さらに詳しくは、例えば燃料電
池において、メタノールや天然ガスを水蒸気改質や部分
酸化改質によって水素を主成分とする改質燃料ガスに変
換した際に含まれる一酸化炭素の濃度を低減する装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】電気化学デバイスの典型例として燃料電
池は周知のように、電解質を介して一対の電極を接触さ
せ、この一方の電極に燃料を、他方の電極に酸化剤を供
給し、燃料の酸化を電池内で電気化学的に反応させるこ
とにより化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換す
る装置である。燃料電池には電解質によりいくつかの型
があるが、近年高出力の得られる燃料電池として、電解
質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池
が注目されている。燃料極に水素ガスを、酸化剤極に酸
素ガスを供給し、外部回路より電流を取り出すとき、下
記のような反応が生じる。 燃料極反応：Ｈ2→２Ｈ++２ｅ- （１） 酸化剤極反応：２Ｈ++２ｅ-+１/２Ｏ2→Ｈ2Ｏ （２）
池は周知のように、電解質を介して一対の電極を接触さ
せ、この一方の電極に燃料を、他方の電極に酸化剤を供
給し、燃料の酸化を電池内で電気化学的に反応させるこ
とにより化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換す
る装置である。燃料電池には電解質によりいくつかの型
があるが、近年高出力の得られる燃料電池として、電解
質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池
が注目されている。燃料極に水素ガスを、酸化剤極に酸
素ガスを供給し、外部回路より電流を取り出すとき、下
記のような反応が生じる。 燃料極反応：Ｈ2→２Ｈ++２ｅ- （１） 酸化剤極反応：２Ｈ++２ｅ-+１/２Ｏ2→Ｈ2Ｏ （２）
【０００３】このとき電極上の白金等の触媒が有効に作
用すれば、式１の反応ではほとんど過電圧を生じず、ス
ムーズに反応が進行する。一方、燃料として取り扱いが
容易なメタノール等の炭化水素を用いる場合には、改質
器により、式３のような反応により水素に改質してから
供給することになる。 改質反応：ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2+ＣＯ2 （３） しかし、次のシフト反応により、微量の一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）が燃料中に混入する。 シフト反応：ＣＯ2+Ｈ2→ＣＯ＋Ｈ2Ｏ （４） 特に動作温度が低い固体高分子型燃料電池のような電気
化学デバイスでは、数十ｐｐｍのＣＯの混入により、触
媒が被毒して、アノード反応の過電圧が増大して特性が
低下することが問題となっている。
用すれば、式１の反応ではほとんど過電圧を生じず、ス
ムーズに反応が進行する。一方、燃料として取り扱いが
容易なメタノール等の炭化水素を用いる場合には、改質
器により、式３のような反応により水素に改質してから
供給することになる。 改質反応：ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2+ＣＯ2 （３） しかし、次のシフト反応により、微量の一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）が燃料中に混入する。 シフト反応：ＣＯ2+Ｈ2→ＣＯ＋Ｈ2Ｏ （４） 特に動作温度が低い固体高分子型燃料電池のような電気
化学デバイスでは、数十ｐｐｍのＣＯの混入により、触
媒が被毒して、アノード反応の過電圧が増大して特性が
低下することが問題となっている。
【０００４】そこで、改質燃料ガス中のＣＯ濃度を低減
するために、従来より数々の工夫がなされてきた。図５
は、従来例１による燃料電池において一般的なＣＯ濃度
低減装置（ＣＯ選択酸化器）の構成を模式的に示す図で
ある。図において、２９は第１のＣＯ選択酸化器、３０
は第２のＣＯ選択酸化器、３１は改質燃料ガス入口、３
２は連結配管、３３はＣＯ処理済み改質燃料ガス出口、
３４は第１のＣＯ選択酸化器用空気入口、３５は第１の
ＣＯ選択酸化器用空気入口である。
するために、従来より数々の工夫がなされてきた。図５
は、従来例１による燃料電池において一般的なＣＯ濃度
低減装置（ＣＯ選択酸化器）の構成を模式的に示す図で
ある。図において、２９は第１のＣＯ選択酸化器、３０
は第２のＣＯ選択酸化器、３１は改質燃料ガス入口、３
２は連結配管、３３はＣＯ処理済み改質燃料ガス出口、
３４は第１のＣＯ選択酸化器用空気入口、３５は第１の
ＣＯ選択酸化器用空気入口である。
【０００５】各ＣＯ選択酸化器２９、３０には、白金微
粒子触媒が充填されている。ＣＯは白金微粒子触媒の表
面に強く吸着するので、添加する空気によって水素より
も優先して酸化され、二酸化炭素（ＣＯ2）に変換され
る。しかし、余分の空気は、水素を酸化して水に変換し
てしまう。従って、第１のＣＯ選択酸化器２９と第２の
ＣＯ選択酸化器３０に分け、少量の空気を２回に分けて
添加する方法が用いられている。しかしながら、ＣＯ濃
度が変化する場合には、空気の添加量の制御が難しく、
水素の消費量が多いという問題点があった。これは、改
質燃料ガスを無駄に消費することを意味しており、固体
高分子型燃料電池発電システムの効率を低下させること
になる。また、空気には酸素の４倍もの窒素が含まれて
おり、ＣＯ濃度低減後の改質燃料ガス中にそのまま残る
ので、水素濃度を希釈し、固体高分子型燃料電池の性能
を低下させるという問題点があった。
粒子触媒が充填されている。ＣＯは白金微粒子触媒の表
面に強く吸着するので、添加する空気によって水素より
も優先して酸化され、二酸化炭素（ＣＯ2）に変換され
る。しかし、余分の空気は、水素を酸化して水に変換し
てしまう。従って、第１のＣＯ選択酸化器２９と第２の
ＣＯ選択酸化器３０に分け、少量の空気を２回に分けて
添加する方法が用いられている。しかしながら、ＣＯ濃
度が変化する場合には、空気の添加量の制御が難しく、
水素の消費量が多いという問題点があった。これは、改
質燃料ガスを無駄に消費することを意味しており、固体
高分子型燃料電池発電システムの効率を低下させること
になる。また、空気には酸素の４倍もの窒素が含まれて
おり、ＣＯ濃度低減後の改質燃料ガス中にそのまま残る
ので、水素濃度を希釈し、固体高分子型燃料電池の性能
を低下させるという問題点があった。
【０００６】被処理ガスに空気を添加して水素を消費し
てしまったり、窒素で水素を希釈してしまうという弊害
を改善するための画期的な方法として、パルス状の電圧
を印加する手法が発明された。本発明と同一出願人によ
る特開平１０ー２１６４６１号公報には、『一酸化炭素
を含む水素ガスから一酸化炭素を除去する方法、その電
気化学デバイス、その運転方法、燃料電池の運転方法お
よび燃料電池発電システム』と題して、電気化学セルで
一酸化炭素と水を反応させて対極に水素を発生させる方
法が開示されている。図６は、上記公報に記載された従
来例２によるＣＯ濃度低減装置の構成を模式的に示す図
である。図において、４１はＣＯ低減セル、４４はパル
ス電圧印加電源、７は被処理ガス入口、１０は連結部、
１１はＣＯ処理済みガス出口、１２は固体高分子電解質
膜である。ＣＯ低減セル４１はイオン導電性の電解質膜
の両面に一対のガス拡散電極がそれぞれ白金等の触媒層
を介して配設されて構成され、その両側にはそれぞれガ
ス流路が形成されている。
てしまったり、窒素で水素を希釈してしまうという弊害
を改善するための画期的な方法として、パルス状の電圧
を印加する手法が発明された。本発明と同一出願人によ
る特開平１０ー２１６４６１号公報には、『一酸化炭素
を含む水素ガスから一酸化炭素を除去する方法、その電
気化学デバイス、その運転方法、燃料電池の運転方法お
よび燃料電池発電システム』と題して、電気化学セルで
一酸化炭素と水を反応させて対極に水素を発生させる方
法が開示されている。図６は、上記公報に記載された従
来例２によるＣＯ濃度低減装置の構成を模式的に示す図
である。図において、４１はＣＯ低減セル、４４はパル
ス電圧印加電源、７は被処理ガス入口、１０は連結部、
１１はＣＯ処理済みガス出口、１２は固体高分子電解質
膜である。ＣＯ低減セル４１はイオン導電性の電解質膜
の両面に一対のガス拡散電極がそれぞれ白金等の触媒層
を介して配設されて構成され、その両側にはそれぞれガ
ス流路が形成されている。
【０００７】このように構成されたものにおいて、被処
理ガス入口７からＣＯを含む水素ガスとして改質燃料ガ
スを供給し、パルス電圧印加電源４４によってＣＯ低減
セル４１の両電極間に被処理ガス入口７側の電極が正と
なるようにパルス状の電圧を連続的に印加すると、アノ
ードではＣＯが水分と反応してＣＯ2、プロトンおよび
電子に変換され、カソードではプロトンと電子から水素
が発生する。このようにして被処理ガス中のＣＯが酸化
分解されて除去され、ＣＯ濃度が低減される。
理ガス入口７からＣＯを含む水素ガスとして改質燃料ガ
スを供給し、パルス電圧印加電源４４によってＣＯ低減
セル４１の両電極間に被処理ガス入口７側の電極が正と
なるようにパルス状の電圧を連続的に印加すると、アノ
ードではＣＯが水分と反応してＣＯ2、プロトンおよび
電子に変換され、カソードではプロトンと電子から水素
が発生する。このようにして被処理ガス中のＣＯが酸化
分解されて除去され、ＣＯ濃度が低減される。
【０００８】この手法では、電解のための電気エネルギ
ーを消費することになるが、空気を添加する必要がない
ので、被処理ガスが窒素によって希釈されない。また、
水素を無駄に消費して水に変換してしまうこともない。
しかしながら、白金触媒に充分にＣＯが吸着していない
状態でパルス状の電圧をかけると、水素が酸化されてプ
ロトンと電子になり、対極で水素になってしまう。この
現象は、１個の水素が消費されて１個の水素が生成する
ので、水素を無駄に消費する恐れはないが、その分、余
分な電流を流す必要があるので、消費電力が多くなると
いう問題点があった。
ーを消費することになるが、空気を添加する必要がない
ので、被処理ガスが窒素によって希釈されない。また、
水素を無駄に消費して水に変換してしまうこともない。
しかしながら、白金触媒に充分にＣＯが吸着していない
状態でパルス状の電圧をかけると、水素が酸化されてプ
ロトンと電子になり、対極で水素になってしまう。この
現象は、１個の水素が消費されて１個の水素が生成する
ので、水素を無駄に消費する恐れはないが、その分、余
分な電流を流す必要があるので、消費電力が多くなると
いう問題点があった。
【０００９】また、余分な電力を消費するのを防止する
ために、特開平１０ー２１６４６１号公報には、複数個
のＣＯ低減セルを直列に連結し、かつ下流側のＣＯ低減
セルのパルス幅を上流側のＣＯ低減セルのそれよりも小
さくする方法も記載されている。しかしながら、例えば
燃料電池発電システムにおいて改質量が変化するような
場合には、改質燃料ガスに含まれるＣＯ濃度が、改質器
の温度などによって大きく変化するために、この方法で
は対応できず、ＣＯを十分に低減できなかったり、余分
な電力を消費してしまうことがあるという問題点があっ
た。
ために、特開平１０ー２１６４６１号公報には、複数個
のＣＯ低減セルを直列に連結し、かつ下流側のＣＯ低減
セルのパルス幅を上流側のＣＯ低減セルのそれよりも小
さくする方法も記載されている。しかしながら、例えば
燃料電池発電システムにおいて改質量が変化するような
場合には、改質燃料ガスに含まれるＣＯ濃度が、改質器
の温度などによって大きく変化するために、この方法で
は対応できず、ＣＯを十分に低減できなかったり、余分
な電力を消費してしまうことがあるという問題点があっ
た。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来のＣＯ濃度低減装
置は以上のように構成されており、従来例１では、ＣＯ
濃度が変化する場合に、空気の添加量の制御が難しく、
水素の消費量が多いという問題点があった。また、従来
例２にも、ＣＯ濃度が大きく変化する場合にはＣＯを十
分に低減できなかったり、余分な電力を消費してしまう
ことがあるという問題点があった。
置は以上のように構成されており、従来例１では、ＣＯ
濃度が変化する場合に、空気の添加量の制御が難しく、
水素の消費量が多いという問題点があった。また、従来
例２にも、ＣＯ濃度が大きく変化する場合にはＣＯを十
分に低減できなかったり、余分な電力を消費してしまう
ことがあるという問題点があった。
【００１１】本発明は、上記のような従来のものの問題
点を解消するためになされたもので、ＣＯを選択的に電
解によって酸化し、ＣＯ濃度が大きく変化するような場
合にも、水素や電力を無駄に消費することなく、効率よ
くしかも確実にＣＯ濃度を低減することができる一酸化
炭素を含む水素ガス中の一酸化炭素濃度を低減する装置
およびそれを用いた燃料電池発電システムを提供するこ
とを目的としている。
点を解消するためになされたもので、ＣＯを選択的に電
解によって酸化し、ＣＯ濃度が大きく変化するような場
合にも、水素や電力を無駄に消費することなく、効率よ
くしかも確実にＣＯ濃度を低減することができる一酸化
炭素を含む水素ガス中の一酸化炭素濃度を低減する装置
およびそれを用いた燃料電池発電システムを提供するこ
とを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係る一酸化
炭素を含む水素ガス中の一酸化炭素濃度を低減する装置
は、一対のガス拡散電極がイオン伝導性の電解質膜の両
面にそれぞれ触媒層を介して配設されてなるＣＯ低減第
１セルおよびＣＯ低減第２セル、ＣＯ低減第１セルおよ
びＣＯ低減第２セルにそれぞれ独立にパルス状電圧を加
える電圧印加第１電源および電圧印加第２電源、一酸化
炭素を含む水素ガスをＣＯ低減第１セルのアノードに供
給した後、ＣＯ低減第２セルのアノード、ＣＯ低減第２
セルのカソード、ＣＯ低減第１セルのカソードの順に流
す手段、並びにＣＯ低減第２セルのアノード出口のＣＯ
濃度をモニタするＣＯ濃度モニタ手段を備え、ＣＯ低減
第１セルに対して電圧印加第１電源を用いて連続的にパ
ルス状電圧を印加し、ＣＯ低減第２セルには上記ＣＯ濃
度モニタ手段の信号をもとに電圧印加第２電源を用いて
パルス状電圧を断続的に印加し、ＣＯ低減第１セルおよ
びＣＯ低減第２セルのアノードで一酸化炭素を水分と反
応させて二酸化炭素、プロトンおよび電子に変換し、Ｃ
Ｏ低減第１セルおよびＣＯ低減第２セルのカソードでプ
ロトンと電子から水素を発生させるものである。
炭素を含む水素ガス中の一酸化炭素濃度を低減する装置
は、一対のガス拡散電極がイオン伝導性の電解質膜の両
面にそれぞれ触媒層を介して配設されてなるＣＯ低減第
１セルおよびＣＯ低減第２セル、ＣＯ低減第１セルおよ
びＣＯ低減第２セルにそれぞれ独立にパルス状電圧を加
える電圧印加第１電源および電圧印加第２電源、一酸化
炭素を含む水素ガスをＣＯ低減第１セルのアノードに供
給した後、ＣＯ低減第２セルのアノード、ＣＯ低減第２
セルのカソード、ＣＯ低減第１セルのカソードの順に流
す手段、並びにＣＯ低減第２セルのアノード出口のＣＯ
濃度をモニタするＣＯ濃度モニタ手段を備え、ＣＯ低減
第１セルに対して電圧印加第１電源を用いて連続的にパ
ルス状電圧を印加し、ＣＯ低減第２セルには上記ＣＯ濃
度モニタ手段の信号をもとに電圧印加第２電源を用いて
パルス状電圧を断続的に印加し、ＣＯ低減第１セルおよ
びＣＯ低減第２セルのアノードで一酸化炭素を水分と反
応させて二酸化炭素、プロトンおよび電子に変換し、Ｃ
Ｏ低減第１セルおよびＣＯ低減第２セルのカソードでプ
ロトンと電子から水素を発生させるものである。
【００１３】第２の発明に係る一酸化炭素を含む水素ガ
ス中の一酸化炭素濃度を低減する装置は、前記第１の発
明において、ＣＯ低減第２セルにパルス状電圧を印加す
る間隔が所定の範囲に収まるように、ＣＯ低減第１セル
のパルス状電圧の周期を制御するものである。
ス中の一酸化炭素濃度を低減する装置は、前記第１の発
明において、ＣＯ低減第２セルにパルス状電圧を印加す
る間隔が所定の範囲に収まるように、ＣＯ低減第１セル
のパルス状電圧の周期を制御するものである。
【００１４】第３の発明に係る燃料電池発電システム
は、改質器で改質された改質燃料ガスを燃料電池の燃料
極に供給し、酸化剤ガスを燃料電池の酸化剤極に供給し
て発電を行う燃料電池発電システムにおいて、上記改質
器と上記燃料極との改質燃料ガスの経路中に、上記第１
または２の発明による一酸化炭素を含む水素ガス中の一
酸化炭素濃度を低減する装置を配置し、上記改質燃料ガ
ス中に含まれる一酸化炭素濃度を低減して上記燃料極に
供給するようにしたものである。
は、改質器で改質された改質燃料ガスを燃料電池の燃料
極に供給し、酸化剤ガスを燃料電池の酸化剤極に供給し
て発電を行う燃料電池発電システムにおいて、上記改質
器と上記燃料極との改質燃料ガスの経路中に、上記第１
または２の発明による一酸化炭素を含む水素ガス中の一
酸化炭素濃度を低減する装置を配置し、上記改質燃料ガ
ス中に含まれる一酸化炭素濃度を低減して上記燃料極に
供給するようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて従来と同一または相当部分には同一符号を付し
て説明する。 実施の形態１．図１は、本発明の実施の形態１による一
酸化炭素を含む水素ガス中の一酸化炭素濃度を低減する
装置すなわちＣＯ濃度低減装置の構成を模式的に示す図
である。図において、１はＣＯ低減第１セル、２はＣＯ
低減第２セル、３はＣＯモニタセルであり、これらのセ
ルはいずれも一対のガス拡散電極をイオン伝導性の電解
質膜すなわち固体高分子電解質膜１２の両面にそれぞれ
触媒層を介して配設して構成される。４はパルス電圧印
加第１電源、５はパルス電圧印加第２電源、６は電流
計、７は被処理ガス入口、８はガス配管、９は直流電
源、１０はＣＯ処理済みガス配管、１１はＣＯ処理済み
ガス出口、１２は固体高分子電解質膜である。一例とし
て、ＣＯ低減第１セル１およびＣＯ低減第２セル２の電
極有効面積は２２５ｃｍ2、ＣＯモニタセル３の有効面
積は１ｃｍ2である。なお、ＣＯモニタセル３について
は、温度を一定にしてＣＯ濃度の絶対値を知るために８
０℃に加温されている。なお、ＣＯモニタセル３の代り
にＣＯ処理済みガス配管１０にサンプリングポートを設
けて、赤外線式のＣＯガスセンサーでＣＯ濃度がモニタ
できるようにしてもよい。
基づいて従来と同一または相当部分には同一符号を付し
て説明する。 実施の形態１．図１は、本発明の実施の形態１による一
酸化炭素を含む水素ガス中の一酸化炭素濃度を低減する
装置すなわちＣＯ濃度低減装置の構成を模式的に示す図
である。図において、１はＣＯ低減第１セル、２はＣＯ
低減第２セル、３はＣＯモニタセルであり、これらのセ
ルはいずれも一対のガス拡散電極をイオン伝導性の電解
質膜すなわち固体高分子電解質膜１２の両面にそれぞれ
触媒層を介して配設して構成される。４はパルス電圧印
加第１電源、５はパルス電圧印加第２電源、６は電流
計、７は被処理ガス入口、８はガス配管、９は直流電
源、１０はＣＯ処理済みガス配管、１１はＣＯ処理済み
ガス出口、１２は固体高分子電解質膜である。一例とし
て、ＣＯ低減第１セル１およびＣＯ低減第２セル２の電
極有効面積は２２５ｃｍ2、ＣＯモニタセル３の有効面
積は１ｃｍ2である。なお、ＣＯモニタセル３について
は、温度を一定にしてＣＯ濃度の絶対値を知るために８
０℃に加温されている。なお、ＣＯモニタセル３の代り
にＣＯ処理済みガス配管１０にサンプリングポートを設
けて、赤外線式のＣＯガスセンサーでＣＯ濃度がモニタ
できるようにしてもよい。
【００１６】ＣＯ低減第１セル１には、パルス電圧印加
第１電源４によって、パルス状の電圧が印加され、被処
理ガスに含まれていて、陽極（アノード）の触媒に吸着
していた一酸化炭素は酸化されて二酸化炭素となる。す
なわち、式５の反応により、一酸化炭素と水から二酸化
炭素とプロトンと電子が生じる。一方、陰極（カソー
ド）では、プロトンと電子から水素が発生する。 ＣＯ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋２Ｈ+＋２ｅ- （５） ２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2 （６）
第１電源４によって、パルス状の電圧が印加され、被処
理ガスに含まれていて、陽極（アノード）の触媒に吸着
していた一酸化炭素は酸化されて二酸化炭素となる。す
なわち、式５の反応により、一酸化炭素と水から二酸化
炭素とプロトンと電子が生じる。一方、陰極（カソー
ド）では、プロトンと電子から水素が発生する。 ＣＯ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋２Ｈ+＋２ｅ- （５） ２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2 （６）
【００１７】これらの反応により、ＣＯ低減第１セル１
において被処理ガスに含まれていた一酸化炭素の大部分
は二酸化炭素に変換される。処理されなかった一酸化炭
素は徐々にＣＯ低減第２セル２のアノードの触媒に吸着
して蓄積していく。一方、ＣＯモニタセル３では、直流
電源９によって常に０．５Ｖの印加電圧がかけられてい
る。有効面積が小さいので、０．５アンペアのわずかな
電流が流れ、ＣＯ被毒を受けると、流れる電流が低下す
るので、電流計６によって簡単に検知できる。一酸化炭
素がＣＯ低減第２セル２のアノードの触媒に吸着しきれ
なくなって、ＣＯモニタセル３の方にスリップしてくる
と、電流計６によって検知され、パルス電圧印加第２電
源５が起動されて、ＣＯ低減第２セル２にパルス電圧が
印加され、上記式５と式６の反応により、ＣＯ低減第２
セル２においてＣＯ低減第１セル１では除去できなかっ
た一酸化炭素が二酸化炭素に変換される。
において被処理ガスに含まれていた一酸化炭素の大部分
は二酸化炭素に変換される。処理されなかった一酸化炭
素は徐々にＣＯ低減第２セル２のアノードの触媒に吸着
して蓄積していく。一方、ＣＯモニタセル３では、直流
電源９によって常に０．５Ｖの印加電圧がかけられてい
る。有効面積が小さいので、０．５アンペアのわずかな
電流が流れ、ＣＯ被毒を受けると、流れる電流が低下す
るので、電流計６によって簡単に検知できる。一酸化炭
素がＣＯ低減第２セル２のアノードの触媒に吸着しきれ
なくなって、ＣＯモニタセル３の方にスリップしてくる
と、電流計６によって検知され、パルス電圧印加第２電
源５が起動されて、ＣＯ低減第２セル２にパルス電圧が
印加され、上記式５と式６の反応により、ＣＯ低減第２
セル２においてＣＯ低減第１セル１では除去できなかっ
た一酸化炭素が二酸化炭素に変換される。
【００１８】ＣＯ処理済みガス出口１１のＣＯ濃度は、
ＣＯ低減第１セル１の連続的なＣＯ酸化処理と、ＣＯ低
減第２セル２の断続的なＣＯ酸化処理によって、効果的
に低減される。もし、触媒に一酸化炭素が充分吸着して
いない時に、電圧が印加されると、アノードとカソード
ではそれぞれ式７と式８の反応が起こり、電力が無駄に
消費されることになるが、本実施の形態では、ＣＯモニ
タセル３で、ＣＯ低減第２セル２での一酸化炭素の吸着
を確認してから電圧を印加するので、無駄に消費される
水素の比率が小さくなる。 Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- （７） ２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2 （８）
ＣＯ低減第１セル１の連続的なＣＯ酸化処理と、ＣＯ低
減第２セル２の断続的なＣＯ酸化処理によって、効果的
に低減される。もし、触媒に一酸化炭素が充分吸着して
いない時に、電圧が印加されると、アノードとカソード
ではそれぞれ式７と式８の反応が起こり、電力が無駄に
消費されることになるが、本実施の形態では、ＣＯモニ
タセル３で、ＣＯ低減第２セル２での一酸化炭素の吸着
を確認してから電圧を印加するので、無駄に消費される
水素の比率が小さくなる。 Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- （７） ２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2 （８）
【００１９】図２は、本実施の形態によるＣＯ濃度低減
第１セルの構成を示す断面図である。図において、１３
はアノード流路板、１４はカソード流路板、１５はアノ
ード、１６はカソード、１７はアノードガス流路、１８
はカソードガス流路である。アノード１５およびカソー
ド１６は、触媒層として白金微粒子を担持したカーボン
を、溶媒と液化した固体高分子電解質を混ぜてペースト
化した後、外形１５ｃｍ×１５ｃｍ、厚さ０．２ｍｍの
カーボンペーパーの片面に２０μｍの厚さに塗布して乾
燥することによりそれぞれ製作した。次に固体高分子電
解質膜１２の両面にアノード１５とカソード１６をそれ
ぞれ触媒層を介して重ね合わせ、ホットプレスして電極
・膜接合体を作製した。このようにして作製された電極
・膜接合体の両側にアノードガス流路１７が形成された
アノード流路板１３とカソードガス流路１８が形成され
たカソードガス流路板１４が配置されてＣＯ濃度低減第
１セル１が形成されている。なお、液化した固体高分子
電解質としてアルドリッチ社製のナフィオン溶液を用
い、固体高分子電解質膜１２としてデュポン社製のナフ
ィオン１１２を用いた。
第１セルの構成を示す断面図である。図において、１３
はアノード流路板、１４はカソード流路板、１５はアノ
ード、１６はカソード、１７はアノードガス流路、１８
はカソードガス流路である。アノード１５およびカソー
ド１６は、触媒層として白金微粒子を担持したカーボン
を、溶媒と液化した固体高分子電解質を混ぜてペースト
化した後、外形１５ｃｍ×１５ｃｍ、厚さ０．２ｍｍの
カーボンペーパーの片面に２０μｍの厚さに塗布して乾
燥することによりそれぞれ製作した。次に固体高分子電
解質膜１２の両面にアノード１５とカソード１６をそれ
ぞれ触媒層を介して重ね合わせ、ホットプレスして電極
・膜接合体を作製した。このようにして作製された電極
・膜接合体の両側にアノードガス流路１７が形成された
アノード流路板１３とカソードガス流路１８が形成され
たカソードガス流路板１４が配置されてＣＯ濃度低減第
１セル１が形成されている。なお、液化した固体高分子
電解質としてアルドリッチ社製のナフィオン溶液を用
い、固体高分子電解質膜１２としてデュポン社製のナフ
ィオン１１２を用いた。
【００２０】アノード流路板１３とカソード流路板１４
はカーボンの板を用い、アノードガス流路１７およびカ
ソードガス流路１８としてサーペンタイン型の流路を用
いた。これらは、ＰＥＦＣ（固体高分子型燃料電池）の
２２５ｃｍ2級の単セルハウジングと似た構造のもので
あるが、多くの流量を流すために流路の深さを通常
（１．５ｍｍ）の３倍にした。金メッキを施した銅板２
枚でＣＯ濃度低減第１セル１を挟み、銅板にパルス電圧
印加第１電源４へのリード線を取り付けた。ＣＯ濃度低
減第２セル２についても同様の構成とし、パルス電圧印
加第１電源４およびパルス電圧印加第２電源５にはそれ
ぞれ、ポテンショスタット（北斗電工社製）とファンク
ションジェネレーター（北斗電工社製）を組み合わせた
ものを用いた。
はカーボンの板を用い、アノードガス流路１７およびカ
ソードガス流路１８としてサーペンタイン型の流路を用
いた。これらは、ＰＥＦＣ（固体高分子型燃料電池）の
２２５ｃｍ2級の単セルハウジングと似た構造のもので
あるが、多くの流量を流すために流路の深さを通常
（１．５ｍｍ）の３倍にした。金メッキを施した銅板２
枚でＣＯ濃度低減第１セル１を挟み、銅板にパルス電圧
印加第１電源４へのリード線を取り付けた。ＣＯ濃度低
減第２セル２についても同様の構成とし、パルス電圧印
加第１電源４およびパルス電圧印加第２電源５にはそれ
ぞれ、ポテンショスタット（北斗電工社製）とファンク
ションジェネレーター（北斗電工社製）を組み合わせた
ものを用いた。
【００２１】ＣＯモニタセル３については、棒状電気ヒ
ータを備えたＰＥＦＣの２５ｃｍ2級の単セルハウジン
グを用いて構成したが、多くの流量を流すために、流路
の深さを通常（１．５ｍｍ）の５倍にした。白金−ルテ
ニウム合金をカーボンに担持した触媒を用いたアノード
を５ｃｍ×５ｃｍ（２５ｃｍ2）の大きさに、白金を担
持したカーボンを用いたカソードを１ｃｍ×１ｃｍ（１
ｃｍ2）の大きさにそれぞれ形成し、両電極の間にナフ
ィオン１１２（デュポン社製）を挟んで触媒層を介して
重ね合わせ、ホットプレスして有効面積１ｃｍ2級の電
極・膜接合体を作製した。ＣＯモニタセル３は、直流電
源９と電流計６に接続し、電流計６のシグナル（電圧出
力）をパルス電圧印加第２電源５のファンクションジェ
ネレータの起動用トリガーとして用いた。
ータを備えたＰＥＦＣの２５ｃｍ2級の単セルハウジン
グを用いて構成したが、多くの流量を流すために、流路
の深さを通常（１．５ｍｍ）の５倍にした。白金−ルテ
ニウム合金をカーボンに担持した触媒を用いたアノード
を５ｃｍ×５ｃｍ（２５ｃｍ2）の大きさに、白金を担
持したカーボンを用いたカソードを１ｃｍ×１ｃｍ（１
ｃｍ2）の大きさにそれぞれ形成し、両電極の間にナフ
ィオン１１２（デュポン社製）を挟んで触媒層を介して
重ね合わせ、ホットプレスして有効面積１ｃｍ2級の電
極・膜接合体を作製した。ＣＯモニタセル３は、直流電
源９と電流計６に接続し、電流計６のシグナル（電圧出
力）をパルス電圧印加第２電源５のファンクションジェ
ネレータの起動用トリガーとして用いた。
【００２２】図３は、本実施の形態によるＣＯ濃度低減
装置の作用を説明するグラフである。図中、２３は被処
理ガス入口におけるＣＯ濃度を示す破線、２４はＣＯ低
減第２セルアノードの出口におけるＣＯ濃度を示す実線
である。改質燃料ガスを模擬したガスとして、一酸化炭
素４００ｐｐｍ、二酸化炭素２５％、水素７５％の混合
ガスを用い、８０℃に保温した外部加湿器で加湿して図
１に示した本実施の形態によるＣＯ濃度低減装置に供給
した。通過させるガスの量は、５００ｍＡ／ｃｍ2、水
素利用率７０％の水素に換算して２２５ｃｍ2×４０セ
ル分とした。
装置の作用を説明するグラフである。図中、２３は被処
理ガス入口におけるＣＯ濃度を示す破線、２４はＣＯ低
減第２セルアノードの出口におけるＣＯ濃度を示す実線
である。改質燃料ガスを模擬したガスとして、一酸化炭
素４００ｐｐｍ、二酸化炭素２５％、水素７５％の混合
ガスを用い、８０℃に保温した外部加湿器で加湿して図
１に示した本実施の形態によるＣＯ濃度低減装置に供給
した。通過させるガスの量は、５００ｍＡ／ｃｍ2、水
素利用率７０％の水素に換算して２２５ｃｍ2×４０セ
ル分とした。
【００２３】図３に示すように、ＣＯ低減第１セル１で
は、連続的なパルス電位印加によってＣＯ濃度が激減す
るが、処理されなかった一酸化炭素が少しずつＣＯ低減
第２セル２にも蓄積し、さらにＣＯ低減第２セル２に吸
着しきれなかった一酸化炭素が徐々に増えて、一分を経
過した頃にはＣＯ低減第２セル２出口の一酸化炭素濃度
が１００ｐｐｍを超えるレベルにまで増加している。こ
れに対応して、ＣＯモニタセル３の電流値が増大し、パ
ルス電圧印加第２電源５のファンクションジェネレータ
に起動トリガ２ーがかかってＣＯ低減第２セルにパルス
電圧が印加され、吸着していた一酸化炭素が一掃され
る。この繰り返しがおよそ１分間隔で安定に続き、この
間、第２セルアノード出口のＣＯ濃度は、一時的に１０
０ｐｐｍを超えてはいるものの、平均値では４０ｐｐｍ
程度と被処理ガス入口での４００ｐｐｍに比べ１０分の
１にまで低減できた。
は、連続的なパルス電位印加によってＣＯ濃度が激減す
るが、処理されなかった一酸化炭素が少しずつＣＯ低減
第２セル２にも蓄積し、さらにＣＯ低減第２セル２に吸
着しきれなかった一酸化炭素が徐々に増えて、一分を経
過した頃にはＣＯ低減第２セル２出口の一酸化炭素濃度
が１００ｐｐｍを超えるレベルにまで増加している。こ
れに対応して、ＣＯモニタセル３の電流値が増大し、パ
ルス電圧印加第２電源５のファンクションジェネレータ
に起動トリガ２ーがかかってＣＯ低減第２セルにパルス
電圧が印加され、吸着していた一酸化炭素が一掃され
る。この繰り返しがおよそ１分間隔で安定に続き、この
間、第２セルアノード出口のＣＯ濃度は、一時的に１０
０ｐｐｍを超えてはいるものの、平均値では４０ｐｐｍ
程度と被処理ガス入口での４００ｐｐｍに比べ１０分の
１にまで低減できた。
【００２４】この装置を用いて、１％の一酸化炭素を含
む改質燃料ガスを処理した所、４００ｐｐｍにまでＣＯ
濃度を低減できた。そこで、ＣＯ低減第１セル１とＣＯ
低減第２セル２の間にさらにもう１セル追加し、追加し
たＣＯ低減セルに対しても連続的にパルス電圧を印加し
た所、１％のＣＯ濃度が平均４０ｐｐｍ、最大１００ｐ
ｐｍのＣＯ濃度にまで低減できた。
む改質燃料ガスを処理した所、４００ｐｐｍにまでＣＯ
濃度を低減できた。そこで、ＣＯ低減第１セル１とＣＯ
低減第２セル２の間にさらにもう１セル追加し、追加し
たＣＯ低減セルに対しても連続的にパルス電圧を印加し
た所、１％のＣＯ濃度が平均４０ｐｐｍ、最大１００ｐ
ｐｍのＣＯ濃度にまで低減できた。
【００２５】このように、ＣＯ低減第１セル１およびＣ
Ｏ低減第２セル２は少なくとも一方が複数のセルで構成
されていてもよく、数セルを積層したスタックであって
も同様の効果が得られる。さらに、ＣＯ低減第１セル１
およびＣＯ低減第２セル２の少なくとも一方が複数のセ
ルの直列接続体で構成されていてもよい。要するに、Ｃ
Ｏ低減セルを定常的にパルス電圧を印加するセルと、非
定常的にパルス電圧を印加するセルとに分けることで、
無駄に消費される電力の量を少なくすることを意図して
おり、この発明の趣旨の範囲内でさまざまな構成の応用
が考えられる。
Ｏ低減第２セル２は少なくとも一方が複数のセルで構成
されていてもよく、数セルを積層したスタックであって
も同様の効果が得られる。さらに、ＣＯ低減第１セル１
およびＣＯ低減第２セル２の少なくとも一方が複数のセ
ルの直列接続体で構成されていてもよい。要するに、Ｃ
Ｏ低減セルを定常的にパルス電圧を印加するセルと、非
定常的にパルス電圧を印加するセルとに分けることで、
無駄に消費される電力の量を少なくすることを意図して
おり、この発明の趣旨の範囲内でさまざまな構成の応用
が考えられる。
【００２６】なお、図３では供給される被処理ガス中の
ＣＯ濃度が一定である場合について説明したが、ＣＯ濃
度が大きく変動する場合にも、モニタセル３の信号に応
じてＣＯ低減第２セル２に電圧を印加するので電解量を
常に必要最小限にとどめ、電力を無駄に消費することな
くしかも確実にＣＯ濃度を低減することができる。
ＣＯ濃度が一定である場合について説明したが、ＣＯ濃
度が大きく変動する場合にも、モニタセル３の信号に応
じてＣＯ低減第２セル２に電圧を印加するので電解量を
常に必要最小限にとどめ、電力を無駄に消費することな
くしかも確実にＣＯ濃度を低減することができる。
【００２７】ここで、改質器で改質された改質ガスを燃
料電池の燃料極に供給し、酸化剤ガスを燃料電池の酸化
剤極に供給して発電を行う燃料電池発電システムにこの
ＣＯ濃度低減装置を適用した場合について述べる。図４
は、本実施の形態によるＣＯ濃度低減装置を含む固体高
分子型燃料電池発電システムの構成図である。図におい
て、１９は燃料改質器、２０は本実施の形態によるＣＯ
濃度低減装置、２１は固体高分子型燃料電池、２２は燃
料入口である。ＣＯ濃度低減装置２０は、被処理ガス入
口７を改質器１９と連結し、出口１１を燃料極のガス供
給口と連結するように該燃料電池発電システムに接続さ
れる。そして、改質器１９で改質された改質ガスは、Ｃ
Ｏ濃度低減装置２０に供給され、ＣＯ濃度低減装置２０
を通過する際に改質燃料ガス中に含まれるＣＯが上述の
ようにして除去され、燃料極に導入される。１％のＣＯ
濃度は改質器１９直後の一酸化炭素濃度であり、平均４
０ｐｐｍ、最大１００ｐｐｍのＣＯ濃度は、ＰＥＦＣ２
１で許容されるＣＯ濃度である。
料電池の燃料極に供給し、酸化剤ガスを燃料電池の酸化
剤極に供給して発電を行う燃料電池発電システムにこの
ＣＯ濃度低減装置を適用した場合について述べる。図４
は、本実施の形態によるＣＯ濃度低減装置を含む固体高
分子型燃料電池発電システムの構成図である。図におい
て、１９は燃料改質器、２０は本実施の形態によるＣＯ
濃度低減装置、２１は固体高分子型燃料電池、２２は燃
料入口である。ＣＯ濃度低減装置２０は、被処理ガス入
口７を改質器１９と連結し、出口１１を燃料極のガス供
給口と連結するように該燃料電池発電システムに接続さ
れる。そして、改質器１９で改質された改質ガスは、Ｃ
Ｏ濃度低減装置２０に供給され、ＣＯ濃度低減装置２０
を通過する際に改質燃料ガス中に含まれるＣＯが上述の
ようにして除去され、燃料極に導入される。１％のＣＯ
濃度は改質器１９直後の一酸化炭素濃度であり、平均４
０ｐｐｍ、最大１００ｐｐｍのＣＯ濃度は、ＰＥＦＣ２
１で許容されるＣＯ濃度である。
【００２８】このように、改質器１９とＰＥＦＣ２１の
間に、本実施の形態によるＣＯ濃度低減装置２０を配置
すれば、従来のようなＣＯ選択酸化装置を用いなくても
燃料電池における触媒の被毒が抑えられ、安定して発電
することができる。また、改質燃料ガスに空気を添加す
ることがないので、水素が空気中の酸素によって無駄に
消費されることもなく、添加した空気中の窒素で水素濃
度が希釈されることもない。これにより、トータルの発
電効率が２％程度も上昇する大きな効果が得られる。さ
らに、モニタセル３の信号に応じてＣＯ低減第２セル２
に電圧を印加するので、ＣＯ濃度が大きく変動するよう
な場合にも電解量を常に必要最小限にとどめ、電力を無
駄に消費することなくしかも確実にＣＯ濃度を低減でき
る。したがって、高特性・高出力の燃料電池発電システ
ムが得られる。
間に、本実施の形態によるＣＯ濃度低減装置２０を配置
すれば、従来のようなＣＯ選択酸化装置を用いなくても
燃料電池における触媒の被毒が抑えられ、安定して発電
することができる。また、改質燃料ガスに空気を添加す
ることがないので、水素が空気中の酸素によって無駄に
消費されることもなく、添加した空気中の窒素で水素濃
度が希釈されることもない。これにより、トータルの発
電効率が２％程度も上昇する大きな効果が得られる。さ
らに、モニタセル３の信号に応じてＣＯ低減第２セル２
に電圧を印加するので、ＣＯ濃度が大きく変動するよう
な場合にも電解量を常に必要最小限にとどめ、電力を無
駄に消費することなくしかも確実にＣＯ濃度を低減でき
る。したがって、高特性・高出力の燃料電池発電システ
ムが得られる。
【００２９】実施の形態２．次に、本発明の実施の形態
２によるＣＯ濃度低減装置について説明する。本実施の
形態によるＣＯ濃度低減装置の基本的な構成は、図１と
同様としたが、ＣＯ低減第２セル２にパルス状電圧を印
加する間隔が所定の範囲例えば１０秒から６０秒の範囲
に収まるように、ＣＯ低減第１セル１のパルス状電圧の
周期を制御する回路を組み込んだ。この回路としては、
ポテンショ・ガルバノスタットとファンクションジェネ
レーター組み合わせたものを用いたが、直流のパルス電
圧発生器を用いてもよい。すなわち、ＣＯ低減第２セル
２にパルス状電圧を印加する間隔が例えば１０秒より小
さくなった場合は、ＣＯ低減第１セル１のパルス状電圧
の印加周期を例えば２倍にして、パルス状電圧がＣＯ低
減第１セル１にかかる時間を２倍に増やし、ＣＯ低減第
２セル２にパルス状電圧を印加する間隔が例えば６０秒
を超えた場合には、ＣＯ低減第１セル１のパルス状電圧
の印加周期を例えば半分にして、パルス状電圧がＣＯ低
減第１セル１にかかる時間を半分に減らすように構成し
た。
２によるＣＯ濃度低減装置について説明する。本実施の
形態によるＣＯ濃度低減装置の基本的な構成は、図１と
同様としたが、ＣＯ低減第２セル２にパルス状電圧を印
加する間隔が所定の範囲例えば１０秒から６０秒の範囲
に収まるように、ＣＯ低減第１セル１のパルス状電圧の
周期を制御する回路を組み込んだ。この回路としては、
ポテンショ・ガルバノスタットとファンクションジェネ
レーター組み合わせたものを用いたが、直流のパルス電
圧発生器を用いてもよい。すなわち、ＣＯ低減第２セル
２にパルス状電圧を印加する間隔が例えば１０秒より小
さくなった場合は、ＣＯ低減第１セル１のパルス状電圧
の印加周期を例えば２倍にして、パルス状電圧がＣＯ低
減第１セル１にかかる時間を２倍に増やし、ＣＯ低減第
２セル２にパルス状電圧を印加する間隔が例えば６０秒
を超えた場合には、ＣＯ低減第１セル１のパルス状電圧
の印加周期を例えば半分にして、パルス状電圧がＣＯ低
減第１セル１にかかる時間を半分に減らすように構成し
た。
【００３０】このように構成されたものにおいて、供給
するＣＯ濃度１％の被処理ガスの量を、５００ｍＡ／ｃ
ｍ2、水素利用率７０％の水素に換算して２２５ｃｍ2×
１０セル分から２２５ｃｍ2×４０セル分の間で変化さ
せることを繰り返したところ、１０セル分まで減らした
場合に、ＣＯ低減第１セル１のパルス状電圧の周期が半
分になり、４０セル分まで増やした場合には、ＣＯ低減
第１セルのパルス状電圧の周期が２倍になったが、平均
４０ｐｐｍ、最大１００ｐｐｍのＣＯ濃度が保たれた。
これに対して、実施の形態１のままで、同様の試験を行
った場合には、４０セル分まで増やした場合に、ＣＯ低
減第２セル２の電解が頻繁になり、一酸化炭素濃度が２
００ｐｐｍを超える状況が出現した。
するＣＯ濃度１％の被処理ガスの量を、５００ｍＡ／ｃ
ｍ2、水素利用率７０％の水素に換算して２２５ｃｍ2×
１０セル分から２２５ｃｍ2×４０セル分の間で変化さ
せることを繰り返したところ、１０セル分まで減らした
場合に、ＣＯ低減第１セル１のパルス状電圧の周期が半
分になり、４０セル分まで増やした場合には、ＣＯ低減
第１セルのパルス状電圧の周期が２倍になったが、平均
４０ｐｐｍ、最大１００ｐｐｍのＣＯ濃度が保たれた。
これに対して、実施の形態１のままで、同様の試験を行
った場合には、４０セル分まで増やした場合に、ＣＯ低
減第２セル２の電解が頻繁になり、一酸化炭素濃度が２
００ｐｐｍを超える状況が出現した。
【００３１】
【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、一
対のガス拡散電極がイオン伝導性の電解質膜の両面にそ
れぞれ触媒層を介して配設されてなるＣＯ低減第１セル
およびＣＯ低減第２セル、ＣＯ低減第１セルおよびＣＯ
低減第２セルにそれぞれ独立にパルス状電圧を加える電
圧印加第１電源および電圧印加第２電源、一酸化炭素を
含む水素ガスをＣＯ低減第１セルのアノードに供給した
後、ＣＯ低減第２セルのアノード、ＣＯ低減第２セルの
カソード、ＣＯ低減第１セルのカソードの順に流す手
段、並びにＣＯ低減第２セルのアノード出口のＣＯ濃度
をモニタするＣＯ濃度モニタ手段を備え、ＣＯ低減第１
セルに対して電圧印加第１電源を用いて連続的にパルス
状電圧を印加し、ＣＯ低減第２セルには上記ＣＯ濃度モ
ニタ手段の信号をもとに電圧印加第２電源を用いてパル
ス状電圧を断続的に印加し、ＣＯ低減第１セルおよびＣ
Ｏ低減第２セルのアノードで一酸化炭素を水分と反応さ
せて二酸化炭素、プロトンおよび電子に変換し、ＣＯ低
減第１セルおよびＣＯ低減第２セルのカソードでプロト
ンと電子から水素を発生させるので、ＣＯを選択的に電
解によって酸化し、ＣＯ濃度が大きく変化するような場
合にも、水素や電力を無駄に消費することなく、効率よ
くしかも確実にＣＯ濃度を低減することができる。
対のガス拡散電極がイオン伝導性の電解質膜の両面にそ
れぞれ触媒層を介して配設されてなるＣＯ低減第１セル
およびＣＯ低減第２セル、ＣＯ低減第１セルおよびＣＯ
低減第２セルにそれぞれ独立にパルス状電圧を加える電
圧印加第１電源および電圧印加第２電源、一酸化炭素を
含む水素ガスをＣＯ低減第１セルのアノードに供給した
後、ＣＯ低減第２セルのアノード、ＣＯ低減第２セルの
カソード、ＣＯ低減第１セルのカソードの順に流す手
段、並びにＣＯ低減第２セルのアノード出口のＣＯ濃度
をモニタするＣＯ濃度モニタ手段を備え、ＣＯ低減第１
セルに対して電圧印加第１電源を用いて連続的にパルス
状電圧を印加し、ＣＯ低減第２セルには上記ＣＯ濃度モ
ニタ手段の信号をもとに電圧印加第２電源を用いてパル
ス状電圧を断続的に印加し、ＣＯ低減第１セルおよびＣ
Ｏ低減第２セルのアノードで一酸化炭素を水分と反応さ
せて二酸化炭素、プロトンおよび電子に変換し、ＣＯ低
減第１セルおよびＣＯ低減第２セルのカソードでプロト
ンと電子から水素を発生させるので、ＣＯを選択的に電
解によって酸化し、ＣＯ濃度が大きく変化するような場
合にも、水素や電力を無駄に消費することなく、効率よ
くしかも確実にＣＯ濃度を低減することができる。
【００３２】第２の発明によれば、第１の発明におい
て、ＣＯ低減第２セルにパルス状電圧を印加する間隔が
所定の範囲に収まるように、ＣＯ低減第１セルのパルス
状電圧の周期を制御するので、より安定してＣＯ濃度を
低減することができる。
て、ＣＯ低減第２セルにパルス状電圧を印加する間隔が
所定の範囲に収まるように、ＣＯ低減第１セルのパルス
状電圧の周期を制御するので、より安定してＣＯ濃度を
低減することができる。
【００３３】第３の発明によれば、改質器で改質された
改質燃料ガスを燃料電池の燃料極に供給し、酸化剤ガス
を燃料電池の酸化剤極に供給して発電を行う燃料電池発
電システムにおいて、上記改質器と上記燃料極との改質
燃料ガスの経路中に、上記第１または２の発明による一
酸化炭素を含む水素ガス中の一酸化炭素濃度を低減する
装置を配置し、上記改質燃料ガス中に含まれる一酸化炭
素濃度を低減して上記燃料極に供給するようにしたの
で、改質燃料ガス中のＣＯ濃度を低減し、燃料極側の触
媒のＣＯ被毒を抑え、特性の高い発電を起こすことがで
きる。
改質燃料ガスを燃料電池の燃料極に供給し、酸化剤ガス
を燃料電池の酸化剤極に供給して発電を行う燃料電池発
電システムにおいて、上記改質器と上記燃料極との改質
燃料ガスの経路中に、上記第１または２の発明による一
酸化炭素を含む水素ガス中の一酸化炭素濃度を低減する
装置を配置し、上記改質燃料ガス中に含まれる一酸化炭
素濃度を低減して上記燃料極に供給するようにしたの
で、改質燃料ガス中のＣＯ濃度を低減し、燃料極側の触
媒のＣＯ被毒を抑え、特性の高い発電を起こすことがで
きる。
【図１】 本発明の実施の形態１によるＣＯ濃度低減装
置の構成を模式的に示す図である。
置の構成を模式的に示す図である。
【図２】 実施の形態１に係るＣＯ濃度低減第１セルの
構成を示す断面図である。
構成を示す断面図である。
【図３】 実施の形態１によるＣＯ濃度低減装置の作用
を説明するグラフである。
を説明するグラフである。
【図４】 実施の形態１によるＣＯ濃度低減装置を含む
燃料電池発電システムの構成を示す図である。
燃料電池発電システムの構成を示す図である。
【図５】 従来例１によるＣＯ濃度低減装置の構成を模
式的に示す図である。
式的に示す図である。
【図６】 従来例２によるＣＯ濃度低減装置の構成を模
式的に示す図である。
式的に示す図である。
１ ＣＯ低減第１セル、２ ＣＯ低減第２セル、３ Ｃ
Ｏモニタセル、４ パルス電圧印加第１電源、５ パル
ス電圧印加第２電源、６ 電流計、７ 被処理ガス入
口、８ ガス配管、９ 直流電源、１０ ＣＯ処理済み
ガス連結部、１１ＣＯ処理済みガス出口、１２ 固体高
分子電解質膜、１３ アノード流路板、１４ カソード
流路板、１５ アノード、１６ カソード、１７ アノ
ードガス流路、１８ カソードガス流路、１９ 燃料改
質器、２０ 実施の形態１によるＣＯ濃度低減装置、２
１ 固体高分子型燃料電池、２２ 燃料入口、２９ 第
１のＣＯ選択酸化器、３０ 第２のＣＯ選択酸化器、３
１ 被処理ガス入口、３２連結配管、３３ ＣＯ処理済
みガス出口、３４ 第１のＣＯ選択酸化器用空気入口、
３５ 第２のＣＯ選択酸化器用空気入口、４１ ＣＯ低
減セル、４４ パルス電圧印加電源。
Ｏモニタセル、４ パルス電圧印加第１電源、５ パル
ス電圧印加第２電源、６ 電流計、７ 被処理ガス入
口、８ ガス配管、９ 直流電源、１０ ＣＯ処理済み
ガス連結部、１１ＣＯ処理済みガス出口、１２ 固体高
分子電解質膜、１３ アノード流路板、１４ カソード
流路板、１５ アノード、１６ カソード、１７ アノ
ードガス流路、１８ カソードガス流路、１９ 燃料改
質器、２０ 実施の形態１によるＣＯ濃度低減装置、２
１ 固体高分子型燃料電池、２２ 燃料入口、２９ 第
１のＣＯ選択酸化器、３０ 第２のＣＯ選択酸化器、３
１ 被処理ガス入口、３２連結配管、３３ ＣＯ処理済
みガス出口、３４ 第１のＣＯ選択酸化器用空気入口、
３５ 第２のＣＯ選択酸化器用空気入口、４１ ＣＯ低
減セル、４４ パルス電圧印加電源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福本 久敏 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4G040 EA02 EA03 EA06 EA07 EB32 EB43 EC03
Claims (3)
- 【請求項１】 一対のガス拡散電極がイオン伝導性の電
解質膜の両面にそれぞれ触媒層を介して配設されてなる
ＣＯ低減第１セルおよびＣＯ低減第２セル、ＣＯ低減第
１セルおよびＣＯ低減第２セルにそれぞれ独立にパルス
状電圧を加える電圧印加第１電源および電圧印加第２電
源、一酸化炭素を含む水素ガスをＣＯ低減第１セルのア
ノードに供給した後、ＣＯ低減第２セルのアノード、Ｃ
Ｏ低減第２セルのカソード、ＣＯ低減第１セルのカソー
ドの順に流す手段、並びにＣＯ低減第２セルのアノード
出口のＣＯ濃度をモニタするＣＯ濃度モニタ手段を備
え、ＣＯ低減第１セルに対して電圧印加第１電源を用い
て連続的にパルス状電圧を印加し、ＣＯ低減第２セルに
は上記ＣＯ濃度モニタ手段の信号をもとに電圧印加第２
電源を用いてパルス状電圧を断続的に印加し、ＣＯ低減
第１セルおよびＣＯ低減第２セルのアノードで一酸化炭
素を水分と反応させて二酸化炭素、プロトンおよび電子
に変換し、ＣＯ低減第１セルおよびＣＯ低減第２セルの
カソードでプロトンと電子から水素を発生させることを
特徴とする一酸化炭素を含む水素ガス中の一酸化炭素濃
度を低減する装置。 - 【請求項２】 ＣＯ低減第２セルにパルス状電圧を印加
する間隔が所定の範囲に収まるように、ＣＯ低減第１セ
ルのパルス状電圧の周期を制御することを特徴とする請
求項１に記載の一酸化炭素を含む水素ガス中の一酸化炭
素濃度を低減する装置。 - 【請求項３】 改質器で改質された改質燃料ガスを燃料
電池の燃料極に供給し、酸化剤ガスを燃料電池の酸化剤
極に供給して発電を行う燃料電池発電システムにおい
て、上記改質器と上記燃料極との改質燃料ガスの経路中
に、上記請求項１または２に記載された一酸化炭素を含
む水素ガス中の一酸化炭素濃度を低減する装置を配置
し、上記改質燃料ガス中に含まれる一酸化炭素濃度を低
減して上記燃料極に供給するようにしたことを特徴とす
る燃料電池発電システム。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03804799A JP4168511B2 (ja) | 1999-02-17 | 1999-02-17 | 一酸化炭素を含む水素ガス中の一酸化炭素濃度を低減する装置およびそれを用いた燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03804799A JP4168511B2 (ja) | 1999-02-17 | 1999-02-17 | 一酸化炭素を含む水素ガス中の一酸化炭素濃度を低減する装置およびそれを用いた燃料電池発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000233905A true JP2000233905A (ja) | 2000-08-29 |
| JP4168511B2 JP4168511B2 (ja) | 2008-10-22 |
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ID=12514622
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03804799A Expired - Fee Related JP4168511B2 (ja) | 1999-02-17 | 1999-02-17 | 一酸化炭素を含む水素ガス中の一酸化炭素濃度を低減する装置およびそれを用いた燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4168511B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001080340A1 (de) * | 2000-04-14 | 2001-10-25 | Vodafone Ag | Schaltungsanordnung zum erzeugen von spannungspulsen und zum aufprägen der spannungspulse auf eine brennstoffzelle sowie brennstoffzellensystem |
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| WO2008100182A1 (ru) * | 2007-02-13 | 2008-08-21 | Anatoli Ivanovich Mamaev | Способ преобразования химической энергии в электрическую и устройство преобразования |
| JP2010146744A (ja) * | 2008-12-16 | 2010-07-01 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | Ｃｏ低減装置およびそれを用いた燃料電池システム |
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| US11846034B1 (en) | 2022-11-23 | 2023-12-19 | Dioxycle | Carbon monoxide electrolyzers used with reverse water gas shift reactors for the conversion of carbon dioxide into added-value products |
| US20240167172A1 (en) * | 2022-11-23 | 2024-05-23 | Dioxycle | Reactors and Methods to Reduce Carbon Footprint of Electric Arc Furnaces While Producing Sustainable Chemicals |
-
1999
- 1999-02-17 JP JP03804799A patent/JP4168511B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4168511B2 (ja) | 2008-10-22 |
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