JP2000264604A - Carbon monoxide remover for fuel cell - Google Patents

Carbon monoxide remover for fuel cell

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JP2000264604A
JP2000264604A JP11068725A JP6872599A JP2000264604A JP 2000264604 A JP2000264604 A JP 2000264604A JP 11068725 A JP11068725 A JP 11068725A JP 6872599 A JP6872599 A JP 6872599A JP 2000264604 A JP2000264604 A JP 2000264604A
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JP
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catalyst layer
carbon monoxide
catalyst
gas
layer element
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Withdrawn
Application number
JP11068725A
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Japanese (ja)
Inventor
Akio Kawakami
彰雄 河上
Akira Fujio
昭 藤生
Taketoshi Ouki
丈俊 黄木
Osamu Tajima
収 田島
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon monoxide remover that can retain the catalyst layer at a uniform temperature as much as possible, when the oxidation reaction is carried out for removing the carbon monoxide in the gas in the catalyst layer. SOLUTION: In the carbon monoxide remover where hydrogen-rich gas including carbon monoxide is mixed with air and the mixture is allowed to pass through the elements 11, 12, 13 to reduce carbon monoxide in the gas, the catalyst layer is divided into a plurality of the catalyst layer elements 11, 12, 13 and spaces are provided between the catalyst layer elements 11, 12, 13. In the catalyst layers elements, the catalyst pass 28, 29 is formed so that the mixed gas may oxidatively reacts with the catalyst and pass through and the passing holes 25, 26 are formed so that the mixed gas pass through without contact with the catalyst where the cross section of these passing holes 25, 26 are made smaller at the catalyst elements toward the downstream.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は固体高分子型燃料電
池システムにおいて、原料ガスから改質器を経て得られ
た改質ガス中に含まれる一酸化炭素を除去して水素リッ
チなガスを燃料電池へ供給するようにするために供給ラ
インの途中に設けて用いられる一酸化炭素除去器に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell system, which removes carbon monoxide contained in a reformed gas obtained from a raw material gas through a reformer to produce a hydrogen-rich gas as a fuel. The present invention relates to a carbon monoxide remover provided in the middle of a supply line to supply a battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体高分子型燃料電池システムは、水素
の有している化学エネルギーを電気エネルギーに変換す
るものである。実業的には比較的容易かつ安価に入手で
きる天然ガス、ナフサ等の炭化水素やメタノール等のア
ルコール類の原料ガス(以下原料ガスという)を、水蒸
気と混合して改質器及び一酸化炭素変成器で改質するこ
とにより生成した水素リッチな改質ガスを得て、その水
素リッチなガスを燃料電池本体の電極(燃料極)に供給
して発電する。
2. Description of the Related Art A polymer electrolyte fuel cell system converts chemical energy of hydrogen into electric energy. A raw material gas (hereinafter referred to as a raw material gas) of natural gas, hydrocarbons such as naphtha, and alcohols such as methanol, which can be obtained relatively easily and inexpensively, is mixed with steam to reformer and carbon monoxide conversion. A hydrogen-rich reformed gas generated by reforming in a reactor is obtained, and the hydrogen-rich gas is supplied to an electrode (fuel electrode) of the fuel cell body to generate power.

【0003】改質器においてはバーナで高温に加熱した
改質用触媒層に原料ガスを通過させて改質反応を行う
が、改質反応に伴って、燃料電池の触媒劣化の原因とな
る一酸化炭素も発生する。改質ガスに一酸化炭素が含ま
れていると、この一酸化炭素によって燃料電池の電極が
被毒して性能低下を来たすことから、水素リッチなガス
を燃料電池の燃料極へ供給する前に改質器で改質された
ガス中の一酸化炭素を除去する必要がある。一酸化炭素
の濃度は、一酸化炭素変成器で1%程度まで低減される
が、電極の劣化を避けるために更に濃度を下げる必要が
ある。
In a reformer, a raw material gas is passed through a reforming catalyst layer heated to a high temperature by a burner to perform a reforming reaction. However, the reforming reaction may cause deterioration of a fuel cell catalyst. Carbon oxides are also generated. If the reformed gas contains carbon monoxide, this carbon monoxide will poison the fuel cell electrodes and reduce the performance.Before supplying the hydrogen-rich gas to the fuel cell anode, It is necessary to remove carbon monoxide in the gas reformed by the reformer. Although the concentration of carbon monoxide is reduced to about 1% in the carbon monoxide converter, it is necessary to further reduce the concentration to avoid electrode deterioration.

【0004】特に、固体高分子型の燃料電池システムの
場合、一酸化炭素を10PPM程度のレベルに低下させ
ることが必要であって、改質器及び一酸化炭素変成器で
改質した改質ガスに空気を混合し、一酸化炭素を選択的
に酸化する選択酸化触媒層を通過させることによって一
酸化炭素を低レベルに落とした水素ガスを燃料電池に供
給する一酸化炭素除去器を設けている。
In particular, in the case of a polymer electrolyte fuel cell system, it is necessary to reduce carbon monoxide to a level of about 10 PPM, and the reformed gas reformed by a reformer and a carbon monoxide converter is required. Is provided with a carbon monoxide remover for supplying hydrogen gas to a fuel cell in which carbon monoxide has been reduced to a low level by mixing air with air and passing through a selective oxidation catalyst layer that selectively oxidizes carbon monoxide. .

【0005】水素と一酸化炭素を含み水素リッチなガス
流から一酸化炭素を選択的に除去して燃料電池に供給す
る方法及びその装置が、例えば、特開平5−20170
2号公報に記載されている。この実施例では、ルテニウ
ム、ロジウム等の特定の触媒で一酸化炭素を酸化して二
酸化炭素とし、改質ガスから一酸化炭素を除去してい
る。この場合触媒は細長い反応容器(鋼管容器)に収納
されており、この反応容器の長手方向に沿って、改質ガ
スが空気と共に導入されるように構成されており、この
改質ガスが反応容器を通過する間に改質ガス中の一酸化
炭素を触媒と空気中の酸素とで酸化して二酸化炭素にす
ることによって改質ガスから一酸化炭素を除去すること
が行われている。
A method and an apparatus for selectively removing carbon monoxide from a hydrogen-rich gas stream containing hydrogen and carbon monoxide and supplying the same to a fuel cell are disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-201770.
No. 2 discloses this. In this embodiment, carbon monoxide is oxidized to carbon dioxide by a specific catalyst such as ruthenium and rhodium, and carbon monoxide is removed from the reformed gas. In this case, the catalyst is accommodated in an elongated reaction vessel (steel tube vessel), and the reformed gas is introduced along with the air along the longitudinal direction of the reaction vessel. Carbon monoxide in the reformed gas is oxidized by a catalyst and oxygen in the air into carbon dioxide while passing through the gas to remove carbon monoxide from the reformed gas.

【0006】図4は従来の一般的な一酸化炭素除去器
(反応容器)を示す側断面図である。5は触媒層であ
り、この反応容器6の入口7から改質ガスと空気との混
合気が入り触媒と酸化反応する。混合気と触媒とが酸化
反応するとき、良好な選択性を得る(一酸化炭素だけを
選択的に酸化させる)ために、選択酸化触媒層5を所定
の運転温度に保つ必要がある。この運転温度は通常摂氏
150度〜200度程度であって、起動時においては選
択酸化触媒層5の周りにヒータを設置して加熱するか、
バーナで高温のガスを生成して、それを反応容器6の周
りに送り込むことによって昇温する方法がとられてい
る。通常運転時においては触媒層5で生じる酸化反応が
発熱反応であり、この発熱反応の熱によつて触媒層5が
昇温されるので外部から触媒層5を昇温することなく所
定の温度を保つことができる。
FIG. 4 is a side sectional view showing a conventional general carbon monoxide remover (reaction vessel). Reference numeral 5 denotes a catalyst layer, and a mixture of reformed gas and air enters through an inlet 7 of the reaction vessel 6 and undergoes an oxidation reaction with the catalyst. When the mixture and the catalyst undergo an oxidation reaction, the selective oxidation catalyst layer 5 needs to be maintained at a predetermined operating temperature in order to obtain good selectivity (selectively oxidize only carbon monoxide). This operating temperature is usually about 150 to 200 degrees Celsius, and at the time of startup, a heater is installed around the selective oxidation catalyst layer 5 to heat or
A method is used in which a high-temperature gas is generated by a burner and sent around the reaction vessel 6 to raise the temperature. During normal operation, the oxidation reaction occurring in the catalyst layer 5 is an exothermic reaction, and the temperature of the catalyst layer 5 is increased by the heat of the exothermic reaction. Can be kept.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところが、触媒層5の
酸化反応が均一でないと、触媒層5内に温度差が生じ、
触媒層5内の温度が部分的に摂氏200度以上になるこ
とがある。摂氏200度以上の温度になると、触媒の劣
化が生じたり、また、反応がメタン化反応に移行し、改
質ガス中の水素を減少させたりすることがある。
However, if the oxidation reaction of the catalyst layer 5 is not uniform, a temperature difference occurs in the catalyst layer 5,
The temperature in the catalyst layer 5 may partially reach 200 degrees Celsius or more. At temperatures above 200 degrees Celsius, catalyst degradation may occur, or the reaction may shift to a methanation reaction, reducing the hydrogen in the reformed gas.

【0008】この反応容器6において、この反応容器6
の触媒層5の長さが長いため、改質ガスの流れ方向にお
いて触媒層5の温度差が大きくなる。触媒層5の温度差
が大きいと、反応容器6の入口7から導入された混合気
がガスの流れ方向で一酸化炭素と一様に酸化反応しない
ため、均一な反応温度とすることができなかった。この
ような反応容器6では入口7側のみ活発な酸化反応が生
じ温度が摂氏200度以上に上がり、出口8側では触媒
層5の所定の温度としては不足ぎみとなり良好な酸化反
応ができないという問題があった。
In the reaction vessel 6, the reaction vessel 6
Since the length of the catalyst layer 5 is long, the temperature difference of the catalyst layer 5 in the flow direction of the reformed gas increases. If the temperature difference of the catalyst layer 5 is large, the mixture introduced from the inlet 7 of the reaction vessel 6 does not uniformly oxidize with the carbon monoxide in the gas flow direction, so that a uniform reaction temperature cannot be obtained. Was. In such a reaction vessel 6, an active oxidation reaction occurs only on the inlet 7 side and the temperature rises to 200 ° C. or more, and the predetermined temperature of the catalyst layer 5 is insufficient on the outlet 8 side, so that a favorable oxidation reaction cannot be performed. was there.

【0009】そこで、本発明は上述のような問題を解消
し、改質ガス中の一酸化炭素を除去する酸化反応が行わ
れるときに触媒層をできるだけ均一な反応温度とするこ
とのできる一酸化炭素除去器を提供することを目的とす
る。
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems and provides a catalyst layer having a reaction temperature as uniform as possible when an oxidation reaction for removing carbon monoxide in a reformed gas is performed. It is intended to provide a carbon remover.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、原料ガスを改質器によって
改質して得た一酸化炭素を含む水素リッチの改質ガスを
酸素を含むガスと混合して触媒層を通過させることによ
って改質ガス中の一酸化炭素を酸化させて低減する一酸
化炭素除去器において、前記触媒層を複数触媒層エレメ
ントに分割し、それぞれの触媒層エレメントの間に空間
を設けて配設し、最下流の触媒層エレメントには改質ガ
スと酸素を含むガスとの混合気が触媒と酸化反応して通
る触媒通路を設け、その他のそれぞれの触媒層エレメン
トには前記混合気が触媒と酸化反応して通る触媒通路お
よび前記混合気が触媒層エレメントの触媒に接触しない
で通る通過孔を設け、この通過孔の断面積は下流側に配
置された触媒層エレメントの通過孔ほど小さく形成され
ているものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 provides a hydrogen-rich reformed gas containing carbon monoxide obtained by reforming a raw material gas by a reformer. In a carbon monoxide remover that oxidizes and reduces carbon monoxide in the reformed gas by mixing with a gas containing oxygen and passing through the catalyst layer, the catalyst layer is divided into a plurality of catalyst layer elements, A space is provided between the catalyst layer elements, and a catalyst passage is provided in the most downstream catalyst layer element through which a mixture of a reformed gas and a gas containing oxygen undergoes an oxidation reaction with the catalyst. The catalyst layer element is provided with a catalyst passage through which the air-fuel mixture oxidizes and reacts with the catalyst and a through-hole through which the air-fuel mixture does not come into contact with the catalyst of the catalyst layer element, and the cross-sectional area of the through-hole is arranged on the downstream side. Catalyst layer Are those formed smaller as placement of apertures.

【0011】請求項2記載の発明は、原料ガスを改質器
によって改質して得た一酸化炭素を含む水素リッチの改
質ガスを酸素を含むガスと混合して触媒層を通過させる
ことによって改質ガス中の一酸化炭素を酸化させて低減
する一酸化炭素除去器において、前記触媒層を複数触媒
層エレメントに分割し、それぞれの触媒層エレメントの
前後に空間を設けて配設し、最下流の触媒層エレメント
を除く各触媒層エレメントには各触媒層エレメントの前
後の空間をつなぐバイパス管を設けたものである。
According to a second aspect of the present invention, a hydrogen-rich reformed gas containing carbon monoxide obtained by reforming a raw material gas with a reformer is mixed with a gas containing oxygen and passed through a catalyst layer. In a carbon monoxide remover that oxidizes and reduces carbon monoxide in the reformed gas, the catalyst layer is divided into a plurality of catalyst layer elements, and a space is provided before and after each catalyst layer element, Except for the most downstream catalyst layer element, each catalyst layer element is provided with a bypass pipe connecting the space before and after each catalyst layer element.

【0012】請求項3記載の発明は、前記触媒層エレメ
ントは混合気の量に応じて数を増減して配設されるもの
である。
According to a third aspect of the present invention, the number of the catalyst layer elements is increased or decreased according to the amount of the air-fuel mixture.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面に基づいて説明する。なお、図4と同一の構成要
素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0014】図1は原料ガスから水素リッチなガスを得
る工程の説明図である。この工程は脱硫器9、改質器
1、熱交換器10、一酸化炭素変成器2、一酸化炭素除
去器3とから構成される。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a process for obtaining a hydrogen-rich gas from a source gas. This step includes a desulfurizer 9, a reformer 1, a heat exchanger 10, a carbon monoxide converter 2, and a carbon monoxide remover 3.

【0015】脱硫器9において原料ガスは、原料ガス中
に不純物として含まれる硫黄化合物が脱硫器9の内部に
充填された脱硫触媒と接触して除去される。改質器1に
おいて脱硫された原料ガスに水蒸気が加えられ、改質器
1の内部に充填され高温に保持された改質触媒と接触し
て水素リッチな改質ガスが生成される。改質器1から出
た改質ガスは、一酸化炭素変成器2の動作温度まで冷却
するため、熱交換器10へ送られる。熱交換器10にお
いて、改質ガスは冷却水との間で熱交換が行われ冷却さ
れる。熱交換器10で冷却された改質ガスは、一酸化炭
素変成器2へ送られる。一酸化炭素変成器2において改
質ガスは、改質ガス中に含まれる一酸化炭素成分が一酸
化炭素変成器2内部に充填された変成触媒と接触して変
成される。変成されることにより一酸化炭素濃度が1%
以下に低減される。さらに一酸化炭素除去器3おいて改
質ガスは、空気と混合され摂氏150〜200度の温度
で一酸化炭素除去器3に充填されたルテニウム、ロジウ
ム等の触媒15と接触して一酸化炭素濃度を10PPM
以下に低減される。一酸化炭素除去器3から排出された
ガスは、燃料電池4の燃料極に供給され、一部はリサイ
クルラインを通ってバーナの燃料として使用される。
In the desulfurizer 9, the raw material gas is removed by contacting a sulfur compound contained as an impurity in the raw material gas with a desulfurization catalyst filled in the desulfurizer 9. Steam is added to the raw material gas desulfurized in the reformer 1, and the raw material gas comes into contact with the reforming catalyst filled inside the reformer 1 and maintained at a high temperature to generate a hydrogen-rich reformed gas. The reformed gas discharged from the reformer 1 is sent to the heat exchanger 10 for cooling to the operating temperature of the carbon monoxide converter 2. In the heat exchanger 10, the reformed gas undergoes heat exchange with cooling water to be cooled. The reformed gas cooled in the heat exchanger 10 is sent to the carbon monoxide converter 2. In the carbon monoxide converter 2, the reformed gas is converted by a carbon monoxide component contained in the reformed gas coming into contact with a conversion catalyst filled in the carbon monoxide converter 2. 1% carbon monoxide concentration
It is reduced below. Further, in the carbon monoxide remover 3, the reformed gas is mixed with air and brought into contact with a catalyst 15 such as ruthenium or rhodium filled in the carbon monoxide remover 3 at a temperature of 150 to 200 degrees C. 10 PPM concentration
It is reduced below. The gas discharged from the carbon monoxide remover 3 is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 4, and a part of the gas passes through a recycling line and is used as fuel for a burner.

【0016】図2は本発明の第1の実施形態を示す一酸
化炭素除去器の側断面図である。この図に示すように、
一酸化炭素除去器3は容器6内の触媒層を3つの触媒層
エレメントに分割し、それぞれの触媒層エレメントの前
後には空間を設けて配設している。流れの方向に上流側
から第1、第2、第3の触媒層エレメント11、12、
13である。各触媒層エレメント11、12、13は容
器6の内面の壁と多孔板14とで囲まれた中に粒状のル
テニウム、ロジウム等の特定の触媒15が充填され形成
されている。触媒15の粒の大きさは多孔板14の孔1
6よりも大きく多孔板14から触媒15がこぼれること
はない。各触媒層エレメント11、12、13の前後に
は空間が設けられ、それぞれ第1、第2、第3、第4の
空間21、22、23、24が設けられている。25は
第1の触媒層エレメント11の中心に円筒管を設けて形
成された第1の通過孔で、容器の入口であるガス導入管
27から入った改質ガスと空気との混合気が第1の触媒
層エレメント11の触媒15と接触することなく下流側
に流れるようになっている。26は第2の触媒層エレメ
ント12に形成された第2の通過孔で第1の通過孔25
と同様に混合気が第2の触媒層エレメント12の触媒1
5と接触することなく下流側に通過できる。第2の通過
孔26の断面積は第1の通過孔25の断面積よりも小さ
くなっている。なお、第3の触媒層エレメント13には
通過孔を設けておらず上流側の触媒通路28、29およ
び通過孔25、26を通った混合気の全量がこの触媒層
エレメント13を通過する。第3の触媒層エレメント1
3の下流側には第4の空間24に続いてガス排出管32
が設けられている。
FIG. 2 is a side sectional view of a carbon monoxide remover according to a first embodiment of the present invention. As shown in this figure,
The carbon monoxide remover 3 divides the catalyst layer in the container 6 into three catalyst layer elements, and is provided with a space before and after each catalyst layer element. The first, second, and third catalyst layer elements 11, 12, from upstream in the direction of flow
Thirteen. Each of the catalyst layer elements 11, 12, and 13 is formed by being filled with a specific catalyst 15, such as granular ruthenium or rhodium, surrounded by an inner wall of the container 6 and a perforated plate. The size of the particles of the catalyst 15 is
The catalyst 15 does not spill out of the perforated plate 14 larger than 6. Spaces are provided before and after each of the catalyst layer elements 11, 12, and 13, and first, second, third, and fourth spaces 21, 22, 23, and 24 are provided, respectively. Reference numeral 25 denotes a first passage hole formed by providing a cylindrical tube at the center of the first catalyst layer element 11, and a mixture of the reformed gas and air entered from the gas introduction tube 27 which is an inlet of the container is used as a first passage hole. The first catalyst layer element 11 flows downstream without contacting the catalyst 15. Reference numeral 26 denotes a second passage hole formed in the second catalyst layer element 12 and a first passage hole 25.
In the same manner as described above, the air-fuel mixture
5 and can pass downstream without contact. The cross-sectional area of the second passage hole 26 is smaller than the cross-sectional area of the first passage hole 25. The third catalyst layer element 13 has no passage hole, and the entire amount of the air-fuel mixture passing through the upstream catalyst passages 28 and 29 and the passage holes 25 and 26 passes through the catalyst layer element 13. Third catalyst layer element 1
Downstream of the third space 24 and the gas discharge pipe 32
Is provided.

【0017】通常運転時において、一酸化炭素濃度約1
%の改質ガスと空気との混合ガスがガス導入管から第1
の空間21内に進入すると、混合気は第1の空間21内
に広がる。第1の空間21内に広がった混合気は、多孔
板14の孔16から触媒層エレメント11の触媒通路2
8を通過するものと、通過孔25を通かするものとに分
散され第2の空間22に流れ込む。このとき第1の触媒
層エレメント11を通った混合気は混合気中の一酸化炭
素と酸素とが触媒15により酸化反応して一酸化炭素を
減少する。この酸化反応によって発熱が起こり、特に触
媒層エレメント11の上流側で温度上昇が大きくなる。
次に第2の空間22内に進入した混合気は、第2の触媒
層エレメント12の触媒通路29と通過孔26とに分か
れて第3の空間23に流れる。このとき第2の触媒層エ
レメント12で生じる酸化反応は、第1の触媒層エレメ
ント11でおきる酸化反応より混合気中の一酸化炭素濃
度及び酸素濃度が減少している分、小さくなり、発熱も
少ないものとなる。第3の空間23内に進入して広がっ
た混合気は、その全量を第3の触媒層エレメント13の
触媒15と接触し酸化反応をして第4の空間24からガ
ス排出管32に送られ排出される。このように、各触媒
層エレメント11、12、13での酸化反応によって一
酸化炭素濃度は10PPM以下に低減される。
During normal operation, the carbon monoxide concentration is about 1
% Mixed gas of reformed gas and air
When the air-fuel mixture enters the space 21, the air-fuel mixture spreads into the first space 21. The air-fuel mixture that has spread into the first space 21 passes through the holes 16 of the perforated plate 14 through the catalyst passages 2 of the catalyst layer element 11.
8 and those passing through the passage holes 25 and flow into the second space 22. At this time, in the gaseous mixture that has passed through the first catalyst layer element 11, carbon monoxide and oxygen in the gaseous mixture are oxidized by the catalyst 15 to reduce carbon monoxide. Heat is generated by this oxidation reaction, and the temperature rise is particularly large on the upstream side of the catalyst layer element 11.
Next, the air-fuel mixture that has entered the second space 22 flows into the third space 23 after being divided into the catalyst passage 29 and the passage hole 26 of the second catalyst layer element 12. At this time, the oxidation reaction that occurs in the second catalyst layer element 12 is smaller than the oxidation reaction that occurs in the first catalyst layer element 11 because the carbon monoxide concentration and the oxygen concentration in the air-fuel mixture are reduced, and heat is generated. Less. The mixture, which has entered the third space 23 and spreads, contacts the catalyst 15 of the third catalyst layer element 13 in its entirety and undergoes an oxidation reaction, and is sent from the fourth space 24 to the gas discharge pipe 32. Is discharged. As described above, the concentration of carbon monoxide is reduced to 10 PPM or less by the oxidation reaction in each of the catalyst layer elements 11, 12, and 13.

【0018】このように、ガス導入管27から一酸化炭
素除去器3に進入した混合気を各触媒層エレメント1
1、12に設けた通過孔25、26を通過させることに
より混合気を分散させて、混合気の一部を触媒と接触さ
せないようにするので、各触媒層エレメント11、12
での酸化反応および発熱反応がその分少なくなり活発な
温度上昇を抑えることができる。
As described above, the air-fuel mixture that has entered the carbon monoxide remover 3 from the gas introduction pipe 27 is removed from each catalyst layer element 1
Since the mixture is dispersed by passing through the passage holes 25 and 26 provided in the catalyst layers 1 and 12, a part of the mixture is prevented from coming into contact with the catalyst.
Oxidation reaction and exothermic reaction are reduced by that amount, and active temperature rise can be suppressed.

【0019】通過孔の断面積は上流側の通過孔の方が大
きいことから、混合気が触媒と接触する量は上流側触媒
層エレメントより下流側触媒層エレメントの方が多くな
るが、酸化反応および発熱反応は混合気の一酸化炭素及
び酸素濃度が上流側ほど高いので上流側触媒層エレメン
トの方が活発に行われ、触媒層全体として温度上昇をほ
ぼ均一にすることができる。
Since the cross-sectional area of the passage hole is larger in the upstream passage hole, the amount of the air-fuel mixture in contact with the catalyst is larger in the downstream catalyst layer element than in the upstream catalyst layer element. In the exothermic reaction, the concentration of carbon monoxide and oxygen in the air-fuel mixture becomes higher toward the upstream side, so that the upstream catalyst layer element is more actively performed, and the temperature rise can be made substantially uniform throughout the catalyst layer.

【0020】また、混合気の一部がガス導入管27から
それぞれ通過孔25、26を介して第2、第3の空間2
2、23に入るので、第2、第3の触媒層エレメント1
2、13における酸素不足を補うことができる。このよ
うに、上流側触媒層エレメント11、12のみでの活発
な酸化作用を防止すると共に、下流側での酸素不足を防
止して触媒層エレメント11、12、13全体の温度分
布を均一にして良好な温度状態を保持して、良好な一酸
化炭素除去効果を得ることができる。
A part of the air-fuel mixture flows from the gas introduction pipe 27 through the through holes 25 and 26, respectively, into the second and third spaces 2 and 3.
2 and 23, the second and third catalyst layer elements 1
The oxygen deficiency in 2 and 13 can be compensated. In this way, while preventing active oxidation only in the upstream catalyst layer elements 11 and 12 and preventing oxygen deficiency in the downstream side, the temperature distribution of the entire catalyst layer elements 11, 12 and 13 is made uniform. By maintaining a good temperature state, a good carbon monoxide removing effect can be obtained.

【0021】図3は本発明の第2の実施形態を示す一酸
化炭素除去器の側断面図である。第1の空間21と第2
の空間との間及び第2の空間と第3の空間との間には、
それぞれバイパス管33、34を設けている。
FIG. 3 is a side sectional view of a carbon monoxide remover according to a second embodiment of the present invention. First space 21 and second space
Between the second space and the third space,
The bypass pipes 33 and 34 are provided, respectively.

【0022】改質ガスと空気との混合ガスがガス導入管
27から第1の空間21内に進入すると、第1の空間2
1内に広がる。第1の空間21内に広がった混合気は、
多孔板14の孔16から触媒層エレメント11の触媒通
路28を通過するものと、バイパス管33を通過するも
のとに分散して第2の空間22に流れ込む。第1の空間
で混合気が分散されるので、その分第1の触媒層エレメ
ント11での酸化反応および発熱反応が少なくなり温度
上昇を抑えることができる。第2の触媒層エレメント1
2でも同様に温度上昇を抑えることができる。このよう
に混合気の一部を減らして混合気と触媒とを徐々に酸化
反応させることにより温度上昇のし過ぎをなくして一酸
化炭素除去器3全体として良好な温度を保持することが
できる。
When the mixed gas of the reformed gas and the air enters the first space 21 from the gas introduction pipe 27, the first space 2
Spread in one. The air-fuel mixture spread in the first space 21
The gas passing through the catalyst passage 28 of the catalyst layer element 11 and the gas passing through the bypass pipe 33 flow from the holes 16 of the perforated plate 14 into the second space 22. Since the air-fuel mixture is dispersed in the first space, the oxidation reaction and the exothermic reaction in the first catalyst layer element 11 are reduced by that amount, and the temperature rise can be suppressed. Second catalyst layer element 1
2, the temperature rise can be similarly suppressed. In this way, a part of the air-fuel mixture is reduced so that the air-fuel mixture and the catalyst are gradually oxidized, so that the temperature is not excessively increased, and the good temperature of the entire carbon monoxide remover 3 can be maintained.

【0023】以上、実施形態に基づいて本発明を説明し
たが、本発明はこれに限定されるものではない。第1実
施形態では最下流の触媒層エレメント13を除く各触媒
層エレメント11、12の中心の位置に通過孔25、2
6を設けているが、混合気が触媒通路と通過孔とに分散
して流れるようにできれば中心の位置でなくても良い。
Although the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. In the first embodiment, the passage holes 25, 2, 2 are provided at the center positions of the catalyst layer elements 11, 12 except for the most downstream catalyst layer element 13.
6 is provided, but may not be at the center position as long as the air-fuel mixture can be dispersed and flow into the catalyst passage and the passage hole.

【0024】[0024]

【発明の効果】請求項1または2の発明によれば、触媒
層を複数触媒層エレメントに分割し、それぞれの触媒層
エレメントの間に空間を設けて配設し、それぞれの触媒
層エレメントに混合気が触媒と酸化反応して通る触媒通
路および前記混合気が触媒層エレメントの触媒に接触し
ないで通る通過孔を設けたことにより、ガス導入管から
入った混合気が触媒通路と通過孔とに振り分けられる。
混合気が振り分けられたことにより、その分各触媒エレ
メントにおける酸化反応が少なくなる。通過孔を通った
混合気が各触媒層エレメントに分散され酸化反応が徐々
に行われるので、酸化反応に伴う発熱反応も分散され触
媒層全体の温度が均一になり触媒層の温度を良好な状態
に保持することができる。
According to the first or second aspect of the present invention, the catalyst layer is divided into a plurality of catalyst layer elements, a space is provided between each catalyst layer element, and the catalyst layer is mixed with each catalyst layer element. By providing a catalyst passage through which gas oxidizes and reacts with the catalyst and a through hole through which the air-fuel mixture does not come into contact with the catalyst of the catalyst layer element, the air-fuel mixture entering from the gas introduction pipe flows into the catalyst passage and the through-hole. Will be sorted out.
Due to the distribution of the air-fuel mixture, the oxidation reaction in each catalyst element is reduced accordingly. The mixture passing through the through-holes is dispersed to each catalyst layer element and the oxidation reaction is gradually performed, so the exothermic reaction accompanying the oxidation reaction is also dispersed and the temperature of the entire catalyst layer becomes uniform and the temperature of the catalyst layer is kept in a good state Can be held.

【0025】請求項3の発明によれば、一酸化炭素除去
器に入る混合気の量に合わせて各触媒層エレメントの数
を増減して一酸化炭素除去器を設計することにより、触
媒層の温度をさらに細かく管理でき、良好な温度状態を
触媒層保ち、効率の良い一酸化炭素除去器とすることが
できる。
According to the third aspect of the present invention, by designing the carbon monoxide remover by increasing or decreasing the number of each catalyst layer element in accordance with the amount of air-fuel mixture entering the carbon monoxide remover, The temperature can be controlled more finely, a good temperature state can be maintained in the catalyst layer, and an efficient carbon monoxide remover can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】原料ガスの改質装置のシステムを示す説明図で
ある。
FIG. 1 is an explanatory view showing a system of a raw material gas reforming apparatus.

【図2】本発明の第1の実施形態を示す一酸化炭素除去
器の側断面図である。
FIG. 2 is a side sectional view of the carbon monoxide remover showing the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施形態を示す一酸化炭素除去
器の側断面図である。
FIG. 3 is a side sectional view of a carbon monoxide remover according to a second embodiment of the present invention.

【図4】従来の一酸化炭素除去器を示す側断面図であ
る。
FIG. 4 is a side sectional view showing a conventional carbon monoxide remover.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 改質器 3 一酸化炭素除去器 4 燃料電池 5 触媒層 11 第1の触媒層エレメント 12 第2の触媒層エレメント 13 第3の触媒層エレメント 15 触媒 21 第1の空間 22 第2の空間 23 第3の空間 24 第4の空間 25 第1の通過孔 26 第2の通過孔 28 第1触媒層エレメントの触媒通路 29 第2触媒層エレメントの触媒通路 30 第3触媒層エレメントの触媒通路 33 第1のバイパス管 34 第2のバイパス管 Reference Signs List 1 reformer 3 carbon monoxide remover 4 fuel cell 5 catalyst layer 11 first catalyst layer element 12 second catalyst layer element 13 third catalyst layer element 15 catalyst 21 first space 22 second space 23 Third space 24 Fourth space 25 First passage hole 26 Second passage hole 28 Catalyst passage of first catalyst layer element 29 Catalyst passage of second catalyst layer element 30 Catalyst passage of third catalyst layer element 33 1st bypass pipe 34 2nd bypass pipe

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黄木 丈俊 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 田島 収 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 4G040 FA01 FB04 FC07 4G069 AA15 BC70A BC71A CC17 CC32 DA05 EA02X EE06 FB79  ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Taketoshi Koki 2-5-5 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Osamu Tajima 2-chome Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka No. 5-5 Sanyo Electric Co., Ltd. F term (reference) 4G040 FA01 FB04 FC07 4G069 AA15 BC70A BC71A CC17 CC32 DA05 EA02X EE06 FB79

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 原料ガスを改質器によって改質して得た
一酸化炭素を含む水素リッチの改質ガスを酸素を含むガ
スと混合して触媒層を通過させることによって改質ガス
中の一酸化炭素を酸化させて低減する一酸化炭素除去器
において、 前記触媒層を複数触媒層エレメントに分割し、それぞれ
の触媒層エレメントの間に空間を設けて配設し、最下流
の触媒層エレメントには改質ガスと酸素を含むガスとの
混合気が触媒と酸化反応して通る触媒通路を設け、その
他のそれぞれの触媒層エレメントには前記混合気が触媒
と酸化反応して通る触媒通路および前記混合気が触媒層
エレメントの触媒に接触しないで通る通過孔を設け、こ
の通過孔の断面積は下流側に配置された触媒層エレメン
トの通過孔ほど小さく形成されていることを特徴とする
燃料電池の一酸化炭素除去器。
1. A hydrogen-rich reformed gas containing carbon monoxide obtained by reforming a raw material gas by a reformer is mixed with a gas containing oxygen, and the mixed gas is passed through a catalyst layer. In a carbon monoxide remover for oxidizing and reducing carbon monoxide, the catalyst layer is divided into a plurality of catalyst layer elements, a space is provided between each catalyst layer element, and a catalyst layer element at the most downstream position is provided. A catalyst passage through which an air-fuel mixture of a reformed gas and a gas containing oxygen oxidizes and reacts with the catalyst is provided. Fuel, wherein a passage hole through which the air-fuel mixture passes without contacting the catalyst of the catalyst layer element is provided, and a cross-sectional area of this passage hole is formed smaller as the passage hole of the catalyst layer element arranged on the downstream side. Electric Of the carbon monoxide remover.
【請求項2】 原料ガスを改質器によって改質して得た
一酸化炭素を含む水素リッチの改質ガスを酸素を含むガ
スと混合して触媒層を通過させることによって改質ガス
中の一酸化炭素を酸化させて低減する一酸化炭素除去器
において、前記触媒層を複数触媒層エレメントに分割
し、それぞれの触媒層エレメントの前後に空間を設けて
配設し、最下流の触媒層エレメントを除く各触媒層エレ
メントには各触媒層エレメントの前後の空間をつなぐバ
イパス管を設けたことを特徴とする燃料電池の一酸化炭
素除去器。
2. A hydrogen-rich reformed gas containing carbon monoxide, obtained by reforming a raw material gas by a reformer, is mixed with a gas containing oxygen and passed through a catalyst layer, so that In a carbon monoxide remover for oxidizing and reducing carbon monoxide, the catalyst layer is divided into a plurality of catalyst layer elements, and a space is provided before and after each catalyst layer element, and the most downstream catalyst layer element is provided. A carbon monoxide remover for a fuel cell, characterized in that a bypass pipe is provided in each of the catalyst layer elements except for the one connected to the space before and after each catalyst layer element.
【請求項3】 前記触媒層エレメントは混合気の量に応
じて数を増減して配設されることを特徴とする請求項1
または2記載の燃料電池の一酸化炭素除去器。
3. The catalyst layer element according to claim 1, wherein the number of the catalyst layer elements is increased or decreased according to the amount of the air-fuel mixture.
Or a carbon monoxide remover according to claim 2.
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