JP2003214995A - 一酸化炭素濃度測定装置及び燃料改質システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 起動時にガスセル内部の結露を防止し、短時
間で測定開始することができる一酸化炭素濃度測定装置
を提供する。 【解決手段】 一酸化炭素濃度測定装置１の起動時に、
起動処理制御部８は、開閉手段６を開き、開閉手段７を
閉じて、高温ガス供給手段４が生成する高温ガスをガス
セル２へ導入する。この高温ガスにより、ガスセル２の
壁面が内面から暖められる。そして、多湿の被測定ガス
がガスセル２へ導入されても結露しない温度を超えてガ
スセル２の壁面温度が上昇すれば、起動処理制御部８
は、開閉手段６を閉じて、開閉手段７を開き、被測定ガ
スをガスセル２へ導入し、測定部３の測定制御部１２に
ＣＯ濃度測定を始めさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一酸化炭素濃度測
定装置及び燃料改質システムに係り、特に被測定ガス中
に水蒸気成分が含まれる場合の結露による測定誤りを防
止することができる一酸化炭素濃度測定装置及びこれを
用いた燃料改質システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】メタノールやガソリン等の炭化水素系の
原燃料を改質して水素ガスを主成分とする改質ガスを生
成し、燃料電池に供給するように構成された燃料改質装
置が知られている。この種の燃料改質装置は、原燃料と
水を蒸発器や噴射弁を用いて気化させ、それらの蒸気に
必要に応じて空気等の酸化ガスを混合し、触媒を用いて
水蒸気改質反応または部分酸化反応により、水素ガスを
主成分とする改質ガスを生成するように構成されてい
る。

【０００３】これらの改質反応は、Ｃ_nＨ_mなる炭化水素
燃料を例に示すと、水蒸気改質反応が式（１）と
（３）、部分酸化反応が式（２）と（３）のようであ
り、水素ガスと二酸化炭素ガスが生成される。しかし、
これらの反応は平衡反応なので中間生成物である一酸化
炭素ガスも、改質ガス中に残留している。

【０００４】

【化１】 Ｃ_nＨ_m ＋ ｎＨ₂Ｏ → ｎＣＯ＋（ｎ＋ｍ／２）Ｈ₂ …（１） Ｃ_nＨ_m ＋（ｎ／２）Ｏ₂ → ｎＣＯ＋（ｍ／２）Ｈ₂ …（２） ｎＣＯ＋ｎＨ₂Ｏ → ｎＣＯ₂＋ｎＨ₂ …（３） これに対して、自動車用燃料電池として有望視されてい
る固体高分子型燃料電池では、反応温度が６０〜８０
［℃］と低いため、アノード極側に供給される改質ガス
に一酸化炭素ガスが混入すると、一酸化炭素が電極触媒
材料であるＰｔに吸着され、発電燃料である水素がＰｔ
に吸着できなくなる。このように一酸化炭素によるＰｔ
の被毒により、固体高分子電解質へのプロトン（Ｈ⁺）
の供給が妨げられるために、発電性能が低下する。

【０００５】そこで、燃料改質装置においては、水蒸気
改質反応や部分酸化反応を行う改質器の下流にＣＯ変成
器を設けて式（３）の反応を行い、一酸化炭素濃度を１
％前後まで低減する。しかしながら、低温で運転される
前記固体高分子型燃料電池のＰｔ電極触媒は、ＣＯ選択
吸着性が強く、改質ガス中の一酸化炭素濃度を少なくと
も２００［ｐｐｍ］以下まで除去しないと発電性能が低
下する。

【０００６】このためＣＯ変成器の下流にさらに一酸化
炭素を選択的に酸化除去する一酸化炭素選択酸化部が設
けられる。これは、改質ガス中の一酸化炭素濃度を測定
する一酸化炭素濃度測定装置による一酸化炭素濃度に基
づいて酸化ガスを改質ガスに供給し、触媒反応により一
酸化炭素を選択的に酸化除去する装置である。このよう
な燃料ガスの改質から一酸化炭素選択除去までの一連の
燃料改質を行う改質装置としては、例えば特開平１１−
１０２７１９号公報に開示されており、図８に示すよう
な構成のものがある。

【０００７】図８において、燃料改質装置１２１は、改
質部１２２、ＣＯ選択酸化部１２３，制御部１２４等か
ら構成される。また、改質部１２２の下流には改質ガス
中の一酸化炭素濃度を測定する一酸化炭素濃度測定装置
１２５が設置され、測定された一酸化炭素濃度に基づい
て制御部１２４が酸化ガス（一般的には空気）供給量を
決定し、制御部１２４の指令によりコンプレッサまたは
ブロア１３１より酸化ガスが供給され、改質ガスととも
にＣＯ選択酸化部１２３へ送られる。

【０００８】燃料電池１２７にはＣＯ選択酸化部１２３
から改質ガスが供給されるが、燃料電池１２７手前には
切換手段１２８が設けられ、改質ガス中の一酸化炭素の
除去が不十分である場合は、改質ガスを燃料電池１２７
に供給せず図示しない排ガス浄化装置または、燃焼装置
に送る。改質部１２２には、炭化水素系の原燃料１２９
の他に水１３０とコンプレッサまたはブロア１３１より
空気が送り込まれ、水蒸気改質反応や部分酸化反応が行
われる。

【０００９】改質部１２２は、メタノールやガソリン等
の炭化水素系原燃料１２９と水１３０および酸化ガス
（一般的には空気を使用する）の供給を受けて、水蒸気
改質反応あるいは部分酸化反応により水素ガスを生成す
る改質器と、改質器で生成された改質ガスの供給を受け
て改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気を触媒反応により水
素と二酸化炭素に変換するシフト反応（式（３））を行
うＣＯ変成器により構成される。

【００１０】改質器に供給される原燃料の種類によって
改質器において生成される改質ガス中の一酸化炭素ガス
濃度は異なるが、改質部１２２から供給される改質ガス
中の一酸化炭素濃度は、その下流に設置されるＣＯ選択
酸化部１２３の処理能力の点から２％以下であることが
望ましい。従って、改質器の下流には、燃料に応じて改
質ガスの一酸化炭素濃度を２％以下に削減するのに必要
な個数のＣＯ変成器が設置されている。ＣＯ選択酸化部
１２３は、水素雰囲気中にある一酸化炭素を１４０〜２
００［℃］の温度に維持したルテニウム等のＣＯ選択酸
化触媒により、式（４）に示す選択酸化反応によりＣＯ
を除去する反応器である。

【００１１】

【化２】 ＣＯ＋（１／２）Ｏ₂ →ＣＯ₂ …（４） ＣＯ選択酸化部１２３に供給される段階では、改質ガス
中に酸素はほとんど存在しないので、式（４）のＣＯ選
択酸化反応を行うのに必要な酸素を、ＣＯ選択酸化部１
２３の手前で供給する必要がある。

【００１２】改質部１２２から供給される改質ガス中の
一酸化炭素濃度を一酸化炭素濃度測定装置１２５で測定
し、必要な空気量を供給してＣＯ選択酸化部１２３へ送
る。供給される空気量は、少なすぎるとＣＯ選択酸化に
必要な酸素量が不足し、ＣＯ選択酸化部より供給される
改質ガス中のＣＯ濃度が２００［ｐｐｍ］以上となり、
燃料電池１２７のＰｔ電極触媒を被毒して発電性能が低
下する。

【００１３】また、供給される空気量が多すぎると、Ｃ
Ｏ選択酸化部１２３から燃料電池１２７に供給される改
質ガス中に酸素が存在し、燃料電池１２７の水素極側の
触媒作用により、改質ガス中の水素が高分子型固体電解
質膜に取り込まれる前に酸化消費してしまい、その分の
水素ガスが発電に寄与せず無駄になり燃費が低下する。

【００１４】そこで、予め、改質部１２２から供給され
る改質ガス中の一酸化炭素濃度を一酸化炭素濃度測定装
置１２５で測定し、制御部１２４において必要な空気量
を計算し、コンプレッサまたはブロア１２６の空気供給
量が制御される。

【００１５】ＣＯ選択酸化部１２３により改質ガス中の
一酸化炭素濃度を２００［ｐｐｍ］以下まで低減するた
めには、前述したようにＣＯ選択酸化部１２３に供給さ
れる改質ガス中の一酸化炭素濃度が２％以下であること
が望ましく、これよりも一酸化炭素濃度が高い場合や、
ＣＯ選択酸化部の温度が１４０［℃］未満の場合には改
質ガス中に２００［ｐｐｍ］以上の一酸化炭素ガスが残
留する懸念がある。

【００１６】そこで、改質部１２２から供給される改質
ガス中の一酸化炭素濃度が２％を超える場合や、改質装
置の起動時にＣＯ選択酸化部の温度が１４０［℃］に達
せず、十分な一酸化炭素除去性能を発揮できない場合
は、切換手段１２８により改質ガスを燃料電池以外へ導
き、燃料電池の発電性能低下を防止する。

【００１７】燃料改質装置１２１は、前記したように改
質器やＣＯ変成器およびＣＯ選択酸化部等の触媒反応容
器を直列に接続した構成であり、改質ガスを流すには、
これら容器の圧力損失をクリアする必要がある。また、
燃料改質装置１２１の下流に接続される燃料電池１２７
も圧力損失を有するので、燃料改質装置１２１に改質ガ
スを流すためには、コンプレッサまたはブロア１３１に
より、大気圧から３気圧程度の空気を送り込む必要があ
る。コンプレッサとブロアは送入空気圧により適宜選択
される。

【００１８】一酸化炭素濃度測定装置１２５は、図９に
示すように、赤外線ランプ１１２、ガスセル１１３、光
学フィルタ１１４、および受光素子１１５を備えてい
る。ＣＯ分子は赤外波長域（波長４．５〜５［μｍ］）
に吸収スペクトルを持っている。このため、改質ガス
（被測定ガス）をガスセル１１３へ導入して赤外線ラン
プ１１２により赤外線を照射し、透過光のうちＣＯ分子
の赤外吸収波長帯のみを透過する光学フィルタ１１４を
透して、受光素子１１５で該当吸収波長帯の赤外光強度
を検知することで、ＣＯ濃度を測定することができる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の一酸化炭素濃度測定装置を用いた燃料改質装置にお
いては、以下のような問題点があった。

【００２０】すなわち、燃料改質装置は数個の触媒反応
容器が接続されて構成されており、特に起動時において
は、触媒温度が反応温度（改質器やＣＯ変成器は２００
［℃］以上）にないため、まず反応容器を反応温度まで
加熱してやる必要がある。加熱手段としては、電気ヒー
ターも考えられるが、自動車の場合は搭載量に制限のあ
るバッテリー電力を消費するという問題点がある。

【００２１】そこで、改質型燃料電池システムにおいて
は、メタノールやガソリン等の炭化水素系原燃料を搭載
しているので、原燃料をバーナーで燃焼させ起動時に反
応容器を加熱する。この場合、燃料改質装置は複数の反
応容器が接続された構成になっているので、バーナーで
原燃料を燃焼させ、燃焼ガスを改質部上流から反応容器
内部に導入して加熱することが効率の点から好ましい。

【００２２】しかしながら、反応容器は熱容量があるの
で上流の改質器をバーナーで加熱しても、下流側に接続
されたＣＯ変成器や一酸化炭素濃度測定装置は直ぐには
暖まらない。加えて、炭化水素燃料の燃焼では水蒸気が
発生するため、起動初期には下流側で結露する場合があ
る。

【００２３】一酸化炭素濃度測定装置は、図９に示した
ように改質ガスをガスセル１１３に導入して赤外域の吸
収特性を測定する構造になっており、ガスセル１１３内
部で結露が発生すると赤外光が散乱されるため、受光素
子１１５に到達する光量が減少する上に、凝集した水は
一酸化炭素の赤外吸収波長の赤外光を吸収してしまうた
め、一酸化炭素濃度の測定ができない。

【００２４】起動時にはガスセルは冷えているので、高
湿度の改質ガスが導入されると結露しやすく、一旦結露
すると高温の改質ガスにより凝集水が再蒸発するまで数
分間要する。このため、この間にＣＯ変成器が稼働温度
に達しても、改質ガス中の一酸化炭素濃度がわからず、
ＣＯ選択酸化部に供給する空気量がわからないために、
燃料電池に改質ガスを供給しないで外部に排気するか、
あるいは必要以上の空気を導入して、無駄に改質ガス中
の水素が酸化消費するという問題点があった。

【００２５】一酸化炭素濃度測定装置の結露を防止する
ためには、外部からガスセルを加温する電気ヒータによ
りガスセルを予熱してから、改質ガスを導入することが
考えられるが、外部からの加温ではガスセルの内壁が暖
まるのに時間を要する上に、ヒータ線の組み付け上ガス
導入口や出口の加温が難しいという問題点があった。

【００２６】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、起動時にガスセル内部の
結露を防止し、短時間で測定開始することができる一酸
化炭素濃度測定装置を提供することである。

【００２７】また本発明の目的は、改質部の反応容器が
稼動温度になり、改質ガス中の一酸化炭素濃度がＣＯ選
択酸化部で除去可能な濃度になり次第、速やかに空気供
給量が判定でき、ＣＯ選択酸化部で一酸化炭素を除去
し、起動時の改質ガスを無駄無く燃料電池に供給して、
発電を開始することができる燃料改質システムを提供す
ることである。

【００２８】

【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、被測定ガスが導入されるガス
セルと、前記ガスセルに高温ガスを供給する高温ガス供
給手段と、起動時に前記高温ガス供給手段からの高温ガ
スを前記ガスセルへ導入する起動処理手段と、を備えた
ことを要旨とする一酸化炭素濃度測定装置である。

【００２９】上記目的を達成するために請求項２記載の
発明は、請求項１記載の一酸化炭素濃度測定装置におい
て、前記起動処理手段は、高温ガスを前記ガスセルへ導
入した後、被測定ガスを前記ガスセルへ導入することを
要旨とする。

【００３０】上記目的を達成するために請求項３記載の
発明は、請求項１または請求項２記載の一酸化炭素濃度
測定装置において、前記高温ガス供給手段は、空気を圧
縮して昇温する圧縮機であることを要旨とする。

【００３１】上記目的を達成するために請求項４記載の
発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の
一酸化炭素濃度測定装置において、前記ガスセルから排
出されるガス温度を検出する温度検出手段を備え、前記
起動処理手段は、前記温度検出手段が検出するガス温度
が所定の温度に達した後に、被測定ガスを前記ガスセル
へ導入することを要旨とする。

【００３２】上記目的を達成するために請求項５記載の
発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の
一酸化炭素濃度測定装置において、前記起動処理手段
は、被測定ガスの温度が所定の温度に達した後に、被測
定ガスを前記ガスセルへ導入することを要旨とする。

【００３３】上記目的を達成するために請求項６記載の
発明は、請求項１記載の一酸化炭素濃度測定装置におい
て、前記起動処理手段は、起動時に高温ガスにより被測
定ガスを希釈して前記ガスセルへ導入することを要旨と
する。

【００３４】上記目的を達成するために請求項７記載の
発明は、請求項６記載の一酸化炭素濃度測定装置におい
て、前記起動処理手段は、起動時に高温ガスにより被測
定ガスを希釈して前記ガスセルへ導入し、前記測定部で
測定した一酸化炭素濃度が所定の濃度に達した後に、希
釈しない被測定ガスを前記ガスセルへ導入することを要
旨とする。

【００３５】上記目的を達成するために請求項８記載の
発明は、請求項７記載の一酸化炭素濃度測定装置におい
て、前記高温ガスの温度は７０［℃］以上、且つ希釈倍
率は１０倍以上であることを要旨とする。

【００３６】上記目的を達成するために請求項９記載の
発明は、請求項１ないし請求項８のいずれか１項記載の
一酸化炭素濃度測定装置と、原燃料を改質して水素ガス
を主成分とする改質ガスを生成する改質部と、該改質部
から供給される改質ガス中の一酸化炭素を選択酸化する
一酸化炭素選択酸化部と、を備え、前記改質部により生
成された改質ガスを被測定ガスとして前記一酸化炭素濃
度測定装置で測定することを要旨とする燃料改質システ
ムである。

【００３７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、起動時に
ガスセルの内壁が高温になっているため、高湿度の被測
定ガスを導入しても、被測定ガスがガスセル内壁で冷却
されて飽和蒸気圧が下がり、結露が発生することがなく
なり、速やかに被測定ガス中の一酸化炭素濃度を測定す
ることができるという効果がある。

【００３８】請求項２記載の発明によれば、被測定ガス
が導入される際には、既にガスセルの予熱が終了してい
るので、高湿度の被測定ガスを導入しても、被測定ガス
がガスセル内壁で冷却されて飽和蒸気圧が下がり、結露
が発生することがなくなり、速やかに被測定ガス中の一
酸化炭素濃度を測定することができるという効果があ
る。

【００３９】請求項３記載の発明によれば、圧縮機を備
えるシステムにおいて一酸化炭素濃度を測定する場合、
圧縮機によって圧縮昇温した空気を高温ガスとして利用
できるので、一酸化炭素濃度測定装置用に新たに高温ガ
ス供給手段を設ける必要がなくなり、一酸化炭素濃度検
出装置を安価に構成することができるという効果があ
る。

【００４０】請求項４記載の発明によれば、ガスセル内
壁が結露しないだけの温度に加温されたかどうかを判断
することができ、必要最小限の時間で一酸化炭素濃度測
定を開始することができるという効果がある。

【００４１】請求項５記載の発明によれば、被測定ガス
が結露しない温度に達した後に、一酸化炭素濃度測定装
置へ導入することができるという効果がある。

【００４２】請求項６記載の発明によれば、高温ガスで
希釈された被測定ガスの一酸化炭素濃度を測定するの
で、ガスセルの結露を防止することができるという効果
がある。

【００４３】請求項７記載の発明によれば、燃料改質シ
ステムに適用した場合、一酸化炭素濃度測定装置を加温
しながら改質ガス中の一酸化炭素濃度を測定することが
可能となり、起動直後から改質部の状態を監視すること
ができるという効果がある。

【００４４】請求項８記載の発明によれば、燃料改質シ
ステムに適用した場合、多く用いられる０．２〜５％の
測定範囲を有する一酸化炭素濃度測定部を用いて、改質
部で生成された改質ガスの一酸化炭素濃度が２％以下に
低下したことを検出するとともに、ガスセル内部の結露
を防止することができるという効果がある。

【００４５】請求項９記載の発明によれば、改質部が稼
働温度になり改質部より供給される改質ガス中の一酸化
炭素が、その下流のＣＯ選択酸化部で除去可能な濃度に
なるまでに、一酸化炭素濃度測定装置が起動して改質ガ
ス中の一酸化炭素濃度を測定できる状態にあるため、速
やかに空気供給量が判定でき、ＣＯ選択酸化部で一酸化
炭素を除去し、燃料電池で利用可能な改質ガスを短時間
で供給することができる燃料改質システムを提供するこ
とができるという効果がある。

【００４６】

【発明の実施の形態】次に図面を参照して、本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００４７】図１は、本発明に係る一酸化炭素濃度測定
装置の構成を説明する基本構成図である。同図におい
て、一酸化炭素濃度測定装置１は、赤外光を透過する部
材で形成され、被測定ガスが導入されるガスセル２と、
ガスセル２が吸収する赤外光を測定することにより一酸
化炭素濃度を測定する測定部３と、高温ガスを供給する
高温ガス供給手段４と、起動時に高温ガス供給手段４か
らの高温ガスをガスセル２へ導入する起動処理手段５と
を備えている。

【００４８】ガスセル２は、例えば石英ガラス等の波長
４．５〜５［μｍ］の赤外光を透過する耐熱性の材質で
形成され、ガス入口とガス出口とを有する。またガスセ
ル２の両端部には、対向して赤外線ランプ９と受光素子
１１とが配設され、受光素子１１の前面には、前記波長
帯域を選択的に透過させる光学フィルタ１０が設けられ
ている。

【００４９】測定部３の赤外線ランプ９と受光素子１１
とは、測定制御部１２に接続され、赤外線ランプ９，光
学フィルタ１０，受光素子１１，測定制御部１２は、測
定部３を構成している。赤外線ランプ９が発する赤外線
は、ガスセル２の内部の被測定ガス中の一酸化炭素濃度
に応じて吸収され、減衰した赤外線が受光素子１１に入
射して光電流に変換される。測定制御部１２は、受光素
子１１が出力する光電流に基づいて一酸化炭素濃度を算
出するようになっている。

【００５０】起動処理手段５は、高温ガス供給手段４と
ガスセル２との間を開閉する電磁バルブ等の開閉手段６
と、被測定ガス入口とガスセル２との間を開閉する電磁
バルブ等の開閉手段７と、開閉手段６，７の開閉を制御
する起動処理制御部８とを備えている。

【００５１】高温ガス供給手段４は、起動処理時にガス
セル２へ高温ガスを供給するもので、送風機と電気ヒー
タとの組み合わせや、空気を圧縮して昇温する圧縮機等
が利用できる。

【００５２】次に、上記構成による一酸化炭素濃度測定
装置１の作用を説明する。一酸化炭素濃度測定装置１の
起動時に、起動処理制御部８は、開閉手段６を開き、開
閉手段７を閉じて、高温ガス供給手段４が生成する高温
ガスをガスセル２へ導入する。この高温ガスにより、ガ
スセル２の壁面が内面から暖められる。そして、高温多
湿の被測定ガスがガスセル２へ導入されても結露しない
温度を超えてガスセル２の壁面温度が上昇すれば、起動
処理制御部８は、開閉手段６を閉じて、開閉手段７を開
き、被測定ガスをガスセル２へ導入し、測定部３の測定
制御部１２にＣＯ濃度測定を始めさせる。

【００５３】このような一酸化炭素濃度測定装置は、燃
焼器で生成される燃焼ガス中の一酸化炭素濃度測定に用
いることができる。特に、燃焼器の燃料が炭化水素系の
燃料の場合には、燃焼により主として水蒸気と二酸化炭
素とが発生し、燃焼ガス中には多量の水蒸気が含まれる
ことになる。このような燃焼ガス中の一酸化炭素濃度を
測定する場合、燃焼開始後しばらくの間は、燃焼器の温
度が低いので、燃焼ガス温度が上昇しない。そして、従
来の一酸化炭素濃度測定装置では、このような高温多湿
の燃焼ガスを常温（または低温）の一酸化炭素濃度測定
装置へ被測定ガスとして導入すると、ガスセル内で結露
し、ＣＯ濃度測定が妨げられていた。

【００５４】しかしながら、本発明の一酸化炭素濃度測
定装置では、起動処理手段により高温ガス供給手段から
高温ガスがガスセルに導入された後、被測定ガスをガス
セルに導入するようになっているので、燃焼ガス中の水
蒸気がガスセル内に結露して、ＣＯ濃度測定を妨げるこ
とはなくなるという効果がある。

【００５５】図２は、本発明に係る燃料改質システムの
第１実施形態の構成を説明する構成図である。同図にお
いて、燃料改質装置２１は、一酸化炭素濃度測定装置
１、改質部２２、ＣＯ選択酸化部２３、改質部２２から
ＣＯ選択酸化部２３へ改質ガスを供給する配管１３、制
御部２４、改質部２２及び一酸化炭素測定装置１へ空気
を供給するコンプレッサ３１，及びＣＯ選択酸化部２３
へ空気を供給するコンプレッサ２６を備えている。

【００５６】この燃料改質システムは、起動時に改質部
の上流から図示しない起動燃焼器により燃焼ガスを供給
して暖機を行うように構成されており、燃焼ガス中には
水蒸気が含まれるため（あるいは改質部の触媒で燃焼す
るため）、暖機中の改質部を出た改質ガス中には水蒸気
が含まれている。

【００５７】燃料改質装置２１のＣＯ選択酸化部２３の
下流には、切換手段２８を介して燃料電池２７が設けら
れ、燃料改質装置２１から改質ガスの供給を受けて発電
するようになっている。切換手段２８は、制御部２４か
ら制御を受ける３方切換弁であり、改質ガスの一酸化炭
素濃度が燃料電池２７へ供給可能な濃度になったとき
に、改質ガスを燃料電池２７へ供給し、それ以外は図外
の排気浄化装置や燃焼装置へ改質ガスを導くように切り
換えられる。

【００５８】改質部２２の下流には、改質部２２から供
給される改質ガス中の一酸化炭素濃度を測定するするた
めの一酸化炭素濃度測定装置１が設置され、測定された
一酸化炭素濃度は図示しない信号線により、制御部２４
へ送られる。

【００５９】図２における一酸化炭素濃度測定装置１
は、基本的に図１に示した一酸化炭素濃度測定装置１と
同様であるが、起動時に高温ガスを供給する高温ガス供
給手段は、図１とは異なり、改質部２２へ空気を供給す
るコンプレッサ３１が兼ねている。また起動処理手段５
のうち、開閉手段６，７が図示されているが、図１の起
動処理制御部８は、燃料改質装置２１の制御部２４に一
体化されている。また一酸化炭素濃度測定装置１には、
ガスセル２から排出されるガスの温度を測定する温度測
定手段１４と、配管１３中の改質ガスの温度を測定する
温度測定手段１５が設けられている。

【００６０】ガスセル２と、ガスセル２が吸収する赤外
光を測定することにより一酸化炭素濃度を測定する測定
部３は、図１と同様である。

【００６１】制御部２４は、測定した一酸化炭素濃度に
基づいて、内蔵された演算装置によりＣＯ選択酸化部２
３へ供給する空気量を計算し、コンプレッサ２６を運転
して必要空気量を改質ガスとともにＣＯ選択酸化部２３
へ供給する。

【００６２】改質部２２には、エタノールやガソリン等
の炭化水素系の原燃料２９と水３０がコンプレッサ３１
からの空気とともに送り込まれ、水蒸気改質反応や部分
酸化反応により水素ガスを主成分とする改質ガスを生成
する。

【００６３】一酸化炭素濃度測定装置１は、改質部２２
からＣＯ選択酸化部２３へ改質ガスを供給する配管１３
から開閉手段７を介して改質ガスの一部をガスセル２へ
導入し、一酸化炭素濃度を測定した後再び配管１３へ戻
している。改質ガスを一酸化炭素濃度測定装置１から配
管１３へ戻す途中には、ガスセル２から排出されるガス
の温度Ｔ₁ を測定するために、温度測定手段１４が設置
されている。

【００６４】一方、改質部２２に供給するためにコンプ
レッサ３１で昇圧された空気の一部も開閉手段６を介し
て一酸化炭素濃度測定装置１に供給されている。コンプ
レッサ３１にて圧縮昇圧された空気が高温になることを
利用して、開閉手段６と７による切り替えで、燃料改質
装置２１の起動時にコンプレッサ３１から高温の空気を
ガスセル２へ導入してガスセル２を加熱し、温度測定手
段１４によりガスセル２が暖まったことを判定して、改
質部２２より改質ガスをガスセル２へ導入し、結露する
ことなく一酸化炭素濃度を測定できる。

【００６５】改質部２２は図示しない改質器とＣＯ変成
器から構成され、改質器は炭化水素系燃料２９と水３０
およびコンプレッサ３１から空気等の酸化ガスの供給を
受けて、水蒸気改質反応あるいは部分酸化反応により水
素ガス主成分とする改質ガスを生成し、ＣＯ変成器は、
改質器で生成された改質ガスの供給を受けて、改質ガス
中の一酸化炭素と水蒸気を触媒反応により二酸化炭素と
水素に変換するシフト反応（前記 式（３））を行う。

【００６６】ＣＯ変成器で行うシフト反応は平衡反応で
あり、この段階では一酸化炭素は完全には除去されず、
残留一酸化炭素は下流側のＣＯ選択酸化部で除去され
る。しかしながら、改質器において生成される改質ガス
中の一酸化炭素濃度は、使用する燃料の種類にもよるが
１０〜２０％程度と高い。このため、これをすべてＣＯ
選択酸化反応（前記 式（４））で除去しようとする
と、ＣＯ選択酸化部の触媒反応容器が大型化し、自動車
への搭載性の点において非現実的であることと、ＣＯ濃
度が高い場合はシフト反応により水素ガスを生成した方
が、燃料の利用効率が高くなる。

【００６７】従って、ＣＯ変成器を設置してシフト反応
により一酸化炭素を消費させてから、ＣＯ選択酸化部へ
供給する。ＣＯ変成器から供給される改質ガス中の一酸
化炭素濃度は、前記シフト反応のＣＯ除去能力とＣＯ選
択酸化部が大型化しない範囲でのＣＯ除去能力のバラン
スから決められるが、２％以下に設定されることが多
い。

【００６８】燃料改質装置２１から改質ガスの供給をう
けて発電をおこなう燃料電池２７は、電極触媒にＰｔ系
の材料を使用しており、一酸化炭素分子を吸着しやす
く、一酸化炭素により被毒すると発電能力が低下する。
従って、燃料電池２７に供給する改質ガス中の一酸化炭
素は２００［ｐｐｍ］であることが望ましく、ＣＯ選択
酸化部２３では改質部２２から改質ガスの供給を受け
て、この濃度以下に一酸化炭素濃度を低減する。ただ
し、燃料改質装置２１の起動時においては、反応が安定
せず改質部２２から供給される改質ガス中の一酸化炭素
濃度が２％を超えることも起こり得る。そこで、改質ガ
ス中の一酸化炭素濃度を一酸化炭素濃度測定装置１で検
知し、一酸化炭素濃度が所定の値（２％前後であること
が多い）を超えたら、切換手段２８により改質ガスを燃
料電池２７以外へ導き、燃料電池２７の発電性能低下を
防止する。

【００６９】燃料改質装置２１と燃料電池２７からなる
システムは、複数の反応容器が連結接続され、流路抵抗
が大きいため、改質部２２に供給される空気の酸化ガス
はコンプレッサ３１により、大気圧以上に昇圧されて送
られる。改質部２２に供給される空気の圧力は、小型の
コンプレッサで供給可能な範囲であることと、各反応容
器の耐圧から０．３［ＭＰａ］（約３気圧）以下である
ことが多い。気体はコンプレッサにより昇圧されると温
度が上昇するが、例えば空気の場合は、吐出圧力と吐出
温度の間に図３のような関係がある。コンプレッサで昇
圧され高温になった空気を利用して、一酸化炭素濃度測
定装置１を加温する場合、一酸化炭素濃度測定装置の内
部温度が０．３［ＭＰａ］の圧力下でも水が蒸発する温
度であることが望ましい。水の蒸気圧が０．３［ＭＰ
ａ］以上になるのは、１３４［℃］以上であり、この範
囲の温度をコンプレッサにより供給するためには、図３
より、コンプレッサの吐出圧力を０．２８［ＭＰａ］以
上で運転することが望ましい。

【００７０】一酸化炭素濃度測定装置１の測定部３は、
図１に示したように赤外線ランプ９、光学フィルタ１
０、受光素子１１、測定制御部１２を備えて構成されて
いる。ＣＯ分子は赤外波長域（波長４．５〜５［μ
ｍ］）に吸収スペクトルを持つので、改質ガスをガスセ
ル２へ導入して赤外線ランプ９により赤外線を照射し、
透過光のうちＣＯ分子の赤外吸収波長帯のみを透過する
光学フィルタ１０を透して、受光素子１１で該当吸収波
長帯の赤外光強度を検知することで、ＣＯ濃度が測定で
きる。

【００７１】一酸化炭素濃度測定装置１は、光学式のセ
ンサのため、配管１３と直列に接続する前提で設計する
とガスセル２の断面積が大きくなり、セル内に点光源で
ある赤外線ランプから赤外線照射分布が生じて、ランプ
の光軸調整等、製造上の理由から現実的でないので、図
１に示したように配管１３に並列に接続して、容積を少
なく設計される。この場合、流路抵抗の関係で、一酸化
炭素濃度検出手段に流れる改質ガス流量は、配管１３の
数十分の１以下になる。この流量で配管を流れる改質ガ
スに対して遅れなく一酸化炭素濃度を測定するため、ガ
スセル２の容積は、配管の数十分の１以下、改質部の反
応容器に対しては数百分の１以下と、なるべく小さく設
計されている。

【００７２】本実施形態の構成において、燃料改質装置
の起動時に一酸化炭素濃度測定装置１を加温させる起動
制御の例を図４のフローチャートに示す。

【００７３】図４において、燃料改質装置が起動され、
一酸化炭素濃度測定装置の加温が必要になると、まずス
テップＳ１１において、ガスセル２内部に、高湿度の改
質ガスが入るのを防ぐために、開閉手段７と６を閉じ
る。次いでステップＳ１２で、コンプレッサ３１が定常
回転に達したかどうか等の情報に基づいて、コンプレッ
サ３１の起動が完了したか否かを判定する。コンプレッ
サが起動完了していなければ、ステップＳ１２をセルフ
ループして待機する。

【００７４】ステップＳ１２で、コンプレッサが起動完
了と判定されれば、ステップＳ１３に進み、開閉手段６
を開きコンプレッサ３１から高温の空気を一酸化炭素濃
度測定装置１のガスセル２内部の導入する。導入された
空気はガスセル２の内壁を加温した後、配管１３に排出
される。ガスセル２の加温速度は、その容積に依存する
が、前記のようにガスセル２は改質部２２の反応容器の
数百分の１以下の容積であり、コンプレッサ３１からの
高温の空気を数十分の１程度分流して導入すれば、改質
部２２に必要な空気量を確保しながら、改質部２２より
も早く加温することが可能である。

【００７５】次いで、ステップＳ１４で、ガスセル２か
らの排気温度Ｔ₁ を温度測定手段１４で測定し、この温
度Ｔ₁ が第１設定値を超えたか否かを判定する。温度Ｔ
₁ が第１設定値を超えていなければ、ステップＳ１４を
セルフループして待機する。ステップＳ１４の判定で、
温度Ｔ₁ が第１設定値を超えれば、ガスセル２の内部温
度が結露の発生しない温度に加温されたと判断してステ
ップＳ１５へ進む。一酸化炭素濃度測定装置１内部の結
露を防止するためには、ガスセル２内部の温度が、燃料
改質装置の運転圧力における水の蒸発温度を超えていれ
ば良い。

【００７６】図３に示したように、運転圧力が０．２７
［ＭＰａ］以上で水の蒸発温度は１３０［℃］である。
従って、図４のステップＳ１４における温度の判断に用
いる設定値としては、１３０［℃］以上とすることが望
ましい。改質部の熱容量はガスセルのそれに比べてとて
も大きいため、改質部から供給される改質ガスの温度は
まだ低く、直ぐに改質ガスを導入すると一酸化炭素濃度
測定装置のガスセルが冷却され、結露可能な状態に戻っ
てしまう。

【００７７】このため、ステップＳ１５において、温度
測定手段１５により改質ガスの温度Ｔ₂ を測定し、この
温度Ｔ₂ が第２設定値を超えたか否かを判定する。温度
Ｔ₂が第２設定値を超えていなければ、ステップＳ１５
をセルフループして待機する。温度Ｔ₂ が第２設定値を
超えれば、ステップＳ１６へ進み、開閉手段６を閉じて
開閉手段７を開き、改質ガスをガスセル２へ導入して、
一酸化炭素濃度測定を開始する。

【００７８】このような起動制御により、一酸化炭素濃
度測定装置１のガスセル２は、燃料改質装置２１の起動
時に結露が発生することなく、改質ガスの一酸化炭素濃
度を測定可能な状態となる。改質部２２より供給される
改質ガス中の一酸化炭素濃度が下流のＣＯ選択酸化部２
３にて除去可能な濃度まで低下するためには、改質部２
２の構成や使用燃料の種類にもよるが、反応容器の触媒
温度が２００［℃］を超えている必要があるが、本発明
によれば、改質ガス温度が２００［℃］未満の状態から
改質ガス中の一酸化炭素濃度がＣＯ選択酸化部２３で除
去可能な状態になったことをリアルタイムで検出でき、
ＣＯ選択酸化部２３で一酸化炭素を除去され、燃料電池
２７に供給可能になった改質ガスを、時間遅れなく切換
手段２８を切り換えて改質ガスを無駄なく燃料電池２７
へ供給できる。

【００７９】次に、本発明に係る燃料改質システムの第
２の実施形態を説明する。

【００８０】図５は、燃料改質システムの第２の実施形
態を説明する構成図である。同図において、燃料改質装
置２１は、改質部２２，ＣＯ選択酸化部２３、制御部２
４、一酸化炭素濃度測定装置１，改質部２２及び一酸化
炭素濃度測定装置１に空気を供給するコンプレッサ３
１，ＣＯ選択酸化部２３に空気を供給するコンプレッサ
２６、改質部２２とＣＯ選択酸化部２３を接続する配管
１３、を備えて構成される。

【００８１】燃料改質装置２１のＣＯ選択酸化部２３の
下流には、切換手段２８を介して燃料電池２７が設けら
れ、燃料改質装置２１から改質ガスの供給を受けて発電
するようになっている。切換手段２８は、制御部２４か
ら制御を受ける３方切換弁であり、改質ガスの一酸化炭
素濃度が燃料電池２７へ供給可能な濃度になったとき
に、改質ガスを燃料電池２７へ供給し、それ以外は図外
の排気浄化装置や燃焼装置へ改質ガスを導くように切り
換えられる。

【００８２】改質部２２の下流には、改質部から供給さ
れる改質ガス中の一酸化炭素濃度を測定する一酸化炭素
濃度測定装置１が設置され、測定された一酸化炭素濃度
は図示しない信号線により、制御部２４へ送られる。

【００８３】一酸化炭素濃度測定装置１は、改質部２２
が生成した改質ガスをコンプレッサ３１から送られる高
温空気で希釈することができる希釈手段１６を備えてい
る。希釈手段１６からのガスは、ガスセル２へ導入さ
れ、測定部３により一酸化炭素濃度が測定されるように
なっている。ガスセル２と測定部３とは、図１に示した
ガスセル２と測定部３と同様のものである。

【００８４】制御部２４は、測定した一酸化炭素濃度を
もとに内蔵された演算装置によりＣＯ選択酸化部へ供給
する空気量を計算し、コンプレッサ２６を運転して必要
空気量を改質ガスとともにＣＯ選択酸化部２３へ供給す
る。また制御部２４は、測定した一酸化炭素濃度が所定
値以下となったときに、切換手段２８を切り換えて改質
ガスを燃料電池２７へ供給する。

【００８５】改質部２２には、エタノールやガソリン等
の炭化水素系燃料２９と水３０がコンプレッサ３１から
の空気とともに送り込まれ、水蒸気改質反応や部分酸化
反応により水素ガスを主成分とする改質ガスを生成す
る。

【００８６】一酸化炭素濃度測定装置１には、コンプレ
ッサ３１からの高温空気と配管１３から改質ガスが希釈
手段１６を経由して導入される。希釈手段１６は配管１
３から導入される改質ガスをコンプレッサ３１から導入
される高温空気で希釈してガスセル２へ送る機能を有し
ており、制御部２４からの指令により、一定の希釈率で
改質ガスと高温空気を混合するモードと、高温空気によ
る希釈なしに改質ガスを導入するモードの少なくとも２
種類を有している。

【００８７】希釈手段１６は、図２に示した開閉手段
６，７のような、コンプレッサからの配管と配管１３か
らの導入配管に設けたそれぞれの開閉手段を、所定の希
釈率に応じた時間比率をもって開閉作動させることによ
り構成してもよいし、開閉手段の代わりに絞り弁を設置
して、所定の希釈率に応じた流路抵抗を設定して構成し
てもよい。

【００８８】希釈手段１６は燃料改質装置の起動時に、
改質部２２からの高湿度の改質ガスを、コンプレッサ３
１からの高温空気により、所定の希釈倍率で希釈して一
酸化炭素濃度測定装置１のガスセル２に導入することに
より、ガスセル２に導入されるガスの水蒸気分圧を下
げ、結露を防止する。そして、一酸化炭素濃度測定装置
１により測定される一酸化炭素濃度と希釈倍率から改質
ガス中の一酸化炭素濃度を求め、所定の値以下になった
ことをもって（前記のように２％前後を採用する場合が
多い）改質部の起動が終了したことを判断した後、配管
１３からの改質ガスのみを一酸化炭素濃度測定装置１に
導入して、起動制御から通常運転へ移行する。

【００８９】改質ガスの希釈に使用するコンプレッサ３
１からの空気の温度は、結露を防止するために以下のよ
うに設定される。改質部２２の起動運転により配管１３
より導入される改質ガスの温度が上昇すると、それに伴
い改質ガスが含むことができる水蒸気圧の上限である飽
和水蒸気圧も上昇する。この飽和水蒸気圧は、改質ガス
の温度により決まるが、通常は燃料改質装置は前記のよ
うに０．３［ＭＰａ］以下で運転されるため、飽和水蒸
気圧が０．３［ＭＰａ］以上となる改質ガス温度であれ
ば、仮に改質ガスが水分だけであっても結露が発生する
ことはない。

【００９０】飽和水蒸気圧が０．３［ＭＰａ］に達する
のは、改質ガスの温度が１３４［℃］の時であり、従っ
てこのとき希釈に用いられるコンプレッサからの高温空
気も１３４［℃］以上であれば、ガスセル２に結露が発
生することを防止できる。ここで常温では、大気中の水
蒸気量は改質器出口に比べて少ないため、希釈によりガ
スセル２に導入される水蒸気の分圧が下がるので、実際
はより温度の低い空気で希釈することが可能である。

【００９１】１３４［℃］よりも低い温度の空気を希釈
に使用する場合、もっとも結露の可能性が高いのは、改
質ガス中の飽和水蒸気圧が最大（０．３［ＭＰａ］）に
なる（改質ガスの）温度域中、最低温度である１３４
［℃］の時である。この温度の改質ガスが希釈される
と、希釈により温度が低下した状態での飽和水蒸気圧と
希釈前の水蒸気圧の差が最も大きくなり得る。結露しな
いためには、改質ガスは希釈により温度が低下し、希釈
後の飽和水蒸気圧が１３４［℃］の場合の０．３［ＭＰ
ａ］よりも低下するため、希釈後の気体温度における飽
和水蒸気圧が気体に含まれる水蒸気分圧を上回っている
ことが必要である。

【００９２】改質ガスが１３４［℃］、０．３［ＭＰ
ａ］の時、仮に改質ガスが全て水分であったとしても、
改質ガス中の水蒸気圧は０．３［ＭＰａ］を超えること
はないので、水蒸気圧を０．３［ＭＰａ］と仮定する
と、空気で改質ガスをｘ₁ 倍に希釈したとすると、希釈
後の水蒸気分圧は０．３／ｘ₁ ［ＭＰａ］である。希釈
後の改質ガス温度Ｔは、希釈前に温度ｔの空気と改質ガ
スが持っていた熱量が保存されるとすると、式（５）が
成り立つので、これより希釈後の改質ガス温度は式
（７）のようになる。ここで、改質ガスと空気の定圧モ
ル比熱比（Ｃ_R／Ｃ_AIR）を１．１とした。従って結露を
防ぐには、式（７）で示される温度における飽和水蒸気
圧Ｐ｛（１．１×１３４＋ｔ（ｘ₁−１））／（ｘ₁＋
０．１）｝が式（８）を満たすような希釈倍率を用いる
ことが望ましい。

【００９３】

【数１】 図６に希釈率と希釈後の水蒸気分圧、および飽和水蒸気
圧の関係を、希釈に用いる空気温度をパラメータとして
示す。図中の波線が希釈後の水蒸気分圧であり、各実線
がそれぞれの温度の空気を使用して希釈した後の気体の
飽和水蒸気圧である。したがって、一酸化炭素濃度測定
装置内部の結露を防止するためには、各空気温度につい
て、実線が破線より上にある希釈率であることが望まし
い。各空気温度における希釈倍率の下限値を表１にまと
めて示す。

【００９４】

【表１】 なお；本実施形態では、改質ガスの温度が１３４
［℃］、水蒸気分圧が０．３［ＭＰａ］の場合を想定し
たが、改質ガス成分を、改質反応式から推定し、改質部
の全圧から水蒸気分圧を算出してＰＨ₂Ｏとし、希釈後
の水蒸気分圧ＰＨ₂Ｏ／ｘ₁ を

【数２】 式（９）より結露が発生しないための希釈倍率ｘ₁ とし
て求めると、より少ない希釈倍率とすることができ、コ
ンプレッサの消費電力を小さくできる（式中のｔ_Rは改
質ガス温度である）。

【００９５】一酸化炭素濃度測定装置１は、前述のよう
に改質部２２から供給される改質ガス中の一酸化炭素濃
度を測定し、ＣＯ選択酸化部２３から燃料電池２７に改
質ガスを供給するかどうかの判断や、ＣＯ選択酸化部２
３に供給する空気量を算出するのに用いられる。したが
って、その測定範囲は一般に一酸化炭素濃度２％以下で
あるが、改質ガスのスタックへの供給判断のためには、
２％以上の濃度も測定することが求められるので、４〜
５％の測定レンジのものを使用することが多い。一酸化
炭素濃度測定装置１の最低濃度測定可能範囲は、現実的
な価格・構成のセンサを使用すると最大測定値の１／２
０程度のものが多く、測定範囲は０．２〜５％ものがよ
く使用される。

【００９６】これまで説明したとおり、改質部２２の起
動運転中は一酸化炭素濃度測定装置１には、空気で希釈
された改質ガスを導入して、その一酸化炭素濃度を測定
し、改質部２２が可動状態になったかを判断する。改質
部２２が可動状態になったことを判断するためには、改
質部２２から供給される改質ガス中の一酸化炭素濃度が
２％以下に低下したことを検出できることが望ましい。
したがって、希釈倍率ｘ₁ は、一酸化炭素濃度測定装置
１が（２／ｘ₁）％となった希釈後の改質ガス中の一酸
化炭素濃度を測定できることが望ましく、測定範囲が
０．２〜５％の一酸化炭素濃度測定装置が多く用いられ
ることを考慮すると、希釈倍率は１０倍以下であること
が望ましい。改質部２２が可動状態になったことを検出
した後は、改質ガスを空気で希釈せずに直接改質ガス中
の一酸化炭素濃度を測定する方が、測定精度の点で好ま
しい。従って、改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定値を
下回ったら、空気で希釈せずに改質ガスを直接、一酸化
炭素濃度測定装置１に導入して測定を行う。

【００９７】また、１０倍以下の希釈倍率で式（８）が
成立するためには、図６および表１から、希釈用の空気
温度が７０［℃］以上であることが望ましい。すなわ
ち、図５に示す構成の一酸化炭素濃度測定装置１を用い
て、燃料改質装置２１の起動運転時に、改質ガスを高温
空気で希釈して、結露を防止し、定常運転に移行して改
質ガスの希釈を停止して改質ガスのみを導入して一酸化
炭素濃度測定装置の結露が発生しないように運転するた
めには、希釈する高温空気の温度は７０［℃］以上であ
ることが望ましく、希釈倍率は希釈に使用する空気温度
に応じて式（８）を満足する範囲に設定することが望ま
しい。

【００９８】図５に示す実施形態の構成において、燃料
改質装置２１の起動時に一酸化炭素濃度測定装置１へ導
入する改質ガスを希釈して、一酸化炭素濃度を測定しな
がら起動させる、起動制御の例を図７のフローチャート
に示す。

【００９９】図７において、燃料改質装置が起動される
と、まずステップＳ２１において、一酸化炭素濃度測定
装置１に高湿度の改質ガスが直接流れ込まないように、
希釈手段１６を所定値の希釈倍率に設定し、コンプレッ
サ３１の高温空気を使用して改質ガスを希釈する状態に
設定する。次いで、ステップＳ２２で、コンプレッサ３
１の起動が完了したか否かを判定し、起動完了していな
ければ、ステップＳ２２をセルフループして待機する。

【０１００】ステップＳ２２の判定で、起動完了してい
れば、ステップＳ２３で、一酸化炭素濃度を測定して希
釈倍率から制御部において改質ガス中の一酸化炭素濃度
を計算し、一酸化炭素濃度が所定値より低下したか否か
を判定する。一酸化炭素濃度が所定値より低下していな
ければ、ステップＳ２３をセルフループして待機する。
ステップＳ２３の判定で、一酸化炭素濃度が所定値未満
となっていれば、改質部が起動されたと判断し、ステッ
プＳ２４で、希釈手段を希釈倍率１倍、すなわち改質ガ
スのみを、一酸化炭素濃度測定装置に導入する状態に設
定し、定常運転に移行する。

【０１０１】このような起動制御により、一酸化炭素濃
度測定装置を結露させることなく起動できる。また、本
実施形態の起動制御によれば、改質部の起動段階から改
質ガス中の一酸化炭素濃度を測定でき、改質ガス中の一
酸化炭素濃度がＣＯ選択酸化部で除去可能な状態になっ
たことをリアルタイムで検出でき、ＣＯ選択酸化部で一
酸化炭素を除去され、燃料電池に供給可能になった改質
ガスを、時間遅れなく切換手段２８を切り替えて、無駄
なく燃料電池２７へ供給できる。さらに、起動直後から
一酸化炭素濃度を測定しているので、改質部の起動状態
を監視でき、改質部をより効率的に起動制御する情報が
得られると共に、希釈に使用する空気温度は７０［℃］
以上であればよいので、コンプレッサの運転負荷が軽く
なり、温度センサも省略できる。

【０１０２】なお、ステップＳ２３において、一酸化炭
素濃度が所定値より低下したことをもって、希釈手段の
希釈倍率を１倍としたが、改質ガス中の水蒸気分圧が一
酸化炭素濃度測定装置の温度における飽和水蒸気圧より
も低くなったことで、希釈倍率を１倍としてもよい。

【０１０３】以上説明したように本発明によれば、起動
時に一酸化炭素濃度測定装置のガスセル内壁が直接暖め
られ、ガスセル内部の結露を防止し、一酸化炭素濃度測
定を可能にする。そして、改質部の反応容器が稼働温度
になり、改質ガス中の一酸化炭素濃度がＣＯ選択酸化部
で除去可能な濃度になり次第、速やかに空気供給量が判
定でき、ＣＯ選択酸化部で一酸化炭素を除去し、起動時
の改質ガスを無駄無く燃料電池に供給して、発電を開始
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一酸化炭素濃度測定装置の一実施
形態を示す説明図である。

【図２】本発明に係る燃料改質システムの第１実施形態
を示す説明図である。

【図３】コンプレッサの吐出圧力と吐出空気温度、およ
び水蒸気圧と水蒸気温度の関係を示す図である。

【図４】図２の燃料改質システムの起動制御例を示すフ
ローチャートである。

【図５】本発明に係る燃料改質システムの第２実施形態
を示す説明図である。

【図６】改質ガスの希釈率と、希釈された改質ガス中の
水蒸気分圧および飽和水蒸気圧の関係を示す図である。

【図７】図５の燃料改質システムにより実行される起動
制御例を示すフローチャートである。

【図８】従来例の燃料改質システムの構成図である。

【図９】従来例の一酸化炭素濃度測定装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１…一酸化炭素濃度測定装置 ２…ガスセル ３…測定部 ４…高温ガス供給手段 ５…起動処理手段 ６…開閉手段 ７…開閉手段 ８…起動処理制御部 ９…赤外線ランプ １０…光学フィルタ １１…受光素子 １２…測定制御部 １３…配管 １４…温度測定手段 １５…温度測定手段 １６…希釈手段 ２１…燃料改質装置 ２２…改質部 ２３…ＣＯ選択酸化部 ２４…制御部 ２６…コンプレッサ ２７…燃料電池 ２８…切換手段 ２９…原燃料 ３０…水 ３１…コンプレッサ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｇ 8/10 8/10 Ｆターム(参考） 2G052 AA00 AA03 AB05 AC27 AD22 AD42 CA03 CA04 CA11 CA35 FD01 GA11 HA17 JA09 JA11 2G059 AA01 BB01 CC04 DD04 DD16 GG10 HH01 JJ02 KK01 MM01 4G040 EA02 EA03 EA06 EA07 EB31 EB32 EB43 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA17 KK31

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定ガスが導入されるガスセルと、 前記ガスセルに高温ガスを供給する高温ガス供給手段
   と、 起動時に前記高温ガス供給手段からの高温ガスを前記ガ
   スセルへ導入する起動処理手段と、 を備えたことを特徴とする一酸化炭素濃度測定装置。
2. 【請求項２】 前記起動処理手段は、 高温ガスを前記ガスセルへ導入した後、被測定ガスを前
   記ガスセルへ導入することを特徴とする請求項１記載の
   一酸化炭素濃度測定装置。
3. 【請求項３】 前記高温ガス供給手段は、 空気を圧縮して昇温する圧縮機であることを特徴とする
   請求項１または請求項２記載の一酸化炭素濃度測定装
   置。
4. 【請求項４】 前記ガスセルから排出されるガス温度を
   検出する温度検出手段を備え、 前記起動処理手段は、前記温度検出手段が検出するガス
   温度が所定の温度に達した後に、被測定ガスを前記ガス
   セルへ導入することを特徴とする請求項１ないし請求項
   ３のいずれか１項記載の一酸化炭素濃度測定装置。
5. 【請求項５】 前記起動処理手段は、被測定ガスの温度
   が所定の温度に達した後に、被測定ガスを前記ガスセル
   へ導入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項記載の一酸化炭素濃度測定装置。
6. 【請求項６】 前記起動処理手段は、起動時に高温ガス
   により被測定ガスを希釈して前記ガスセルへ導入するこ
   とを特徴とする請求項１記載の一酸化炭素濃度測定装
   置。
7. 【請求項７】 前記起動処理手段は、起動時に高温ガス
   により被測定ガスを希釈して前記ガスセルへ導入し、前
   記測定部で測定した一酸化炭素濃度が所定の濃度に達し
   た後に、希釈しない被測定ガスを前記ガスセルへ導入す
   ることを特徴とする請求項６記載の一酸化炭素濃度測定
   装置。
8. 【請求項８】 前記高温ガスの温度は７０℃以上、且つ
   希釈倍率は１０倍以上であることを特徴とする請求項７
   記載の一酸化炭素濃度測定装置。
9. 【請求項９】 請求項１ないし請求項８のいずれか１項
   記載の一酸化炭素濃度測定装置と、 原燃料を改質して水素ガスを主成分とする改質ガスを生
   成する改質部と、 該改質部から供給される改質ガス中の一酸化炭素を選択
   酸化する一酸化炭素選択酸化部と、を備え、 前記改質部により生成された改質ガスを被測定ガスとし
   て前記一酸化炭素濃度測定装置で測定することを特徴と
   する燃料改質システム。