JP2003238107A

JP2003238107A - 一酸化炭素除去装置

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Publication number: JP2003238107A
Application number: JP2002032401A
Authority: JP
Inventors: Mitsutaka Abe; 光高阿部
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2003-08-27
Anticipated expiration: 2022-02-08
Also published as: JP3729137B2

Abstract

(57)【要約】【課題】水素リッチガス中の流量が定格より小さい場合
に、酸化触媒層における一酸化炭素の生成を抑制する一
酸化炭素除去装置を提供する。【解決手段】一酸化炭素を酸化除去する一酸化炭素除去
装置において、水素リッチガスの流量が定格値以下の場
合に、酸化触媒層に導入される水素リッチガスの水分濃
度を水素発生装置から発生した水素リッチガスの水分濃
度よりも増加させ、かつ前記酸化触媒層に導入される水
素リッチガスの水分濃度を水素リッチガス流量の減少と
ともに増加させる。水分濃度の増加により、酸化触媒上
での一酸化炭素の酸化反応を抑制し、水素リッチガスの
流量が定格よりも低い場合にも、酸化触媒層の能力が反
応物の量に対して過剰となることがないので、逆シフト
反応による一酸化炭素の生成を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池車両等
に用いられる一酸化炭素除去装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池の燃料極に供給する水素ガスを
生成する方法として、メタノール、ガソリン等の燃料を
触媒の作用により水蒸気及び空気と反応させ、水素リッ
チガスを生成する方法がある。この方法においては、一
酸化炭素、水蒸気、二酸化炭素と水素との化学平衡から
水素リッチガス中に一酸化炭素が残り、この一酸化炭素
の濃度が高い場合には、燃料極の触媒（白金）粒子が被
毒し性能が低下することが知られている。水素リッチガ
ス中の一酸化炭素濃度は、一般に１０ｐｐｍ程度まで下
げることが必要である。

【０００３】水素リッチガスに含まれる一酸化炭素を除
去する一酸化炭素除去装置として、一酸化炭素と酸化剤
（例えば酸素、空気、オゾン等）とを触媒上で選択的に
反応させる装置が挙げられる。このような装置におい
て、一酸化炭素の酸化反応には、有害な副反応を併発す
る場合がある。特に、一酸化炭素が低濃度であり、かつ
酸化剤が低濃度である場合には、化学平衡上、二酸化炭
素と水素から一酸化炭素が生成する逆シフト反応（ＣＯ
₂＋Ｈ₂→ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ）が活発化する。この逆シフト反
応は、一酸化炭素の除去効率を低下させるので、抑制す
る方策が採られている。

【０００４】特開２０００−１６９１０６号では、上流
側に位置する触媒層には高活性なＰｔ触媒を、下流側に
位置する触媒層には低活性なＲｕ触媒を担持している一
酸化炭素除去装置を開示している。この装置では、下流
側、すなわち一酸化炭素が低濃度となる触媒層で生じる
逆シフト反応を、触媒活性を迎えることにより抑制して
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、触媒層
の能力は定格の水素リッチガス流量に対応できるよう設
計されるので、水素リッチガス流量が定格値（一酸化炭
素除去装置が燃料電池に適用される場合には燃料電池の
定格運転負荷に相当する）よりも低いときには、下流側
の能力が反応物の量に対して過剰となる。従って、この
状態においては、下流側の触媒層に活性を抑制した触媒
を用いても、酸化反応の進行、すなわち酸化剤の消費が
早期に完了する。そして、酸化剤が存在しない触媒層領
域（上流・下流側に共に存在し得る）においては、逆シ
フト反応により一酸化炭素が生成してしまうという問題
があった。

【０００６】本発明は、このような問題を鑑み、水素リ
ッチガスの流量が定格より小さい場合に、酸化触媒層に
おける一酸化炭素の生成を抑制することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、第１の発明
は、一酸化炭素を含有する水素リッチガスを酸化剤と混
合した後に酸化触媒層へ導入することにより、一酸化炭
素を酸化除去する一酸化炭素除去装置において、前記水
素リッチガスの流量が定格値以下の場合に、酸化触媒層
に導入される水素リッチガスの水分濃度を増加させ、か
つ酸化触媒層に導入される水素リッチガスの水分濃度が
水素リッチガス流量の減少とともに増加することを特徴
とする。

【０００８】第２の発明は、第１の発明に係わる一酸化
炭素除去装置が、前記水素リッチガスを発生する水素発
生装置に結合し、かつ前記酸化触媒層に導入される水素
リッチガスの水分濃度を前記水素発生装置から発生した
水素リッチガスの水分濃度よりも増加させることを特徴
とする。

【０００９】第３の発明は、第１又は第２の発明に係わ
る一酸化炭素除去装置において、酸化触媒層の上流側
に、水素リッチガスに水分を導入する水分導入手段を設
け、水分流量の水素リッチガス流量に対する比率を大き
くすることにより、水素リッチガスの水分濃度を増加さ
せることを特徴とする。

【００１０】第４の発明は、第１又は第２の発明に係わ
る一酸化炭素除去装置において、酸化触媒層の上流側に
配置された、シフト反応により一酸化炭素を除去するシ
フト触媒層と、シフト触媒層の上流側に配置された、水
素リッチガスに水分を導入する水分導入手段とを備え、
前記シフト触媒層上流の前記水分導入手段から導入する
水分流量の水素リッチガス流量に対する比率を大きくす
ることにより、水素リッチガスの水分濃度を増加させる
ことを特徴とする。

【００１１】第５の発明は、第３又は第４の発明に係わ
る一酸化炭素除去装置において、前記水分導入手段から
導入する水分流量を水素リッチガス流量によらず一定と
して、水素リッチガスの水分濃度を増加させることを特
徴とする。

【００１２】第６の発明は、第３の発明に係わる一酸化
炭素除去装置において、一酸化炭素除去装置において、
水蒸気発生手段を備え、前記水蒸気発生手段から生成し
た水蒸気は前記水素発生装置に炭化水素の改質原料とし
て分岐される一方、水分導入手段にも供給されることを
特徴とする。

【００１３】

【発明の効果】第１又は第２の発明においては、水素リ
ッチガスの流量が定格よりも低い場合には、水素リッチ
ガス中の水分濃度が大きくなる。ここで、水分の存在
は、酸化触媒上での一酸化炭素の酸化反応を抑制する、
すなわち酸化触媒層の能力を下げることに相当する。こ
のため、運転負荷が定格よりも低い場合にも、酸化触媒
層の能力が反応物の量に対して過剰となることがないの
で、逆シフト反応による一酸化炭素の生成を抑制するこ
とができる。また、前記酸化触媒層に導入される水素リ
ッチガスの水分濃度が水素リッチガス流量の減少ととも
に増加し、適切に酸化触媒層の能力を抑制することがで
きる。

【００１４】第３の発明においては、酸化触媒層の上流
側に水素リッチガスに水分を導入する手段を設けること
により、第１の発明の効果を生じさせる。これにより、
水素リッチガス流量の変化に合わせて、きめ細かい水分
調整を行うことができる。

【００１５】第４の発明においては、酸化触媒層とシフ
ト触媒層との組み合わせた構成の一酸化炭素除去装置に
おいては、シフト触媒層へ水分を導入する手段と、酸化
触媒層へ水分を導入する手段とを兼用することができ
る。これにより既存の装置構成のままで、第１の発明の
効果を生じさせることができる。

【００１６】第５の発明においては、酸化触媒層への水
分導入手段が流量調整機能を備えなくても、水分濃度が
変わる。これにより、第３及び第４の発明の効果を有し
ながら、装置を簡素化することができる。

【００１７】第６の発明においては、酸化触媒層へ導入
する水分を水蒸気とする場合に、酸化触媒層へ導入する
水蒸気を発生する手段と、炭化水素改質システムに対す
る水蒸気発生手段とを一体化することができる。これに
より、水素発生手段が炭化水素改質システムである場合
に、炭化水素改質システムを簡素化することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一酸化炭素除去
装置を燃料電池に適用する場合の実施形態を説明する。
まず、図1を参照して、本発明の第一の実施形態に係る
一酸化炭素除去装置について説明する。

【００１９】一酸化炭素除去装置１の上流側には、一酸
化炭素を含有する水素リッチガスを発生する水素発生装
置２が配置されている。本発明の実施形態では、この水
素発生装置の例として改質器を採り上げる。改質器２
は、炭化水素燃料（例えばメタノールやガソリン）と空
気と水蒸気との反応から、水素リッチガスを生成する。
この水素リッチガスには、一酸化炭素が含有されてお
り、例えばメタノールを改質する場合には１．５％程度
となる。

【００２０】一方、一酸化炭素除去装置１の下流側に
は、燃料電池３が配置されている。燃料電池３は、例え
ば、高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）である。燃料
電池３は、前記水素ガスと空気との反応から、電気を生
成する。この反応を効率的に進行させるためには、水素
リッチガスに含有される一酸化炭素の濃度を、一酸化炭
素除去装置１において、１０ｐｐｍ程度まで除去してお
く必要がある。

【００２１】入口配管４において、一酸化炭素を含有す
る水素リッチガスは、配管、電磁バルブ等からなる空気
導入手段５から酸化剤としての低濃度の空気を混合さ
れ、その後、酸化触媒層６に導かれる。酸化触媒層６に
は、一酸化炭素を選択的に酸化する特性を有する触媒、
例えばＰｔ／Ａｌ₂Ｏ₃が担持されている。そして、一酸
化炭素が十分に除去された水素リッチガスは、出口配管
７から排出される。

【００２２】さらに、入口配管４には水噴射弁等の水分
導入手段８が設置され、水素リッチガスに水分が混合さ
れる。水分の導入方法を次に説明する。

【００２３】まず、ポンプ９から吐出された水は、圧力
調節手段（調整弁）１０により内圧を調整されながら、
水分導入手段８に導かれる。そして、水分導入手段８か
ら水素リッチガスに噴霧された水は、水素リッチガスの
熱エネルギーにより気化することにより、水蒸気として
水素リッチガスに混合される。

【００２４】一酸化炭素の酸化反応には、反応条件によ
っては、効率低下に結びつく好ましくない副反応が伴
う。一酸化炭素の酸化反応は、次の化学反応式に示す通
りである。

【００２５】２ＣＯ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂ （１）副反応は、例えばＰｔ／Ａｌ₂Ｏ₃触媒を用いた場合に
は、次の化学反応式に示すような逆シフト反応であり、
一酸化炭素を生成すると同時に水素を消費する好ましく
ない反応である。

【００２６】ＣＯ₂＋Ｈ₂→ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ（２）これらの反応は、水素リッチガス中に酸素が存在してい
る条件においては、化学平衡的に反応（１）が優先的に
進行する。しかし、反応（１）が十分に進行すると水素
リッチガス中の酸素が不足し、反応（２）が活発化する
ようになる。ここで、触媒層の能力は、通常、定格の水
素リッチガス流量（燃料電池の定格運転負荷に相当す
る）に対応できるよう設計されるので、水素リッチガス
流量が定格よりも小さくなる場合には、反応（１）が早
期に完了し、それ以降の触媒層領域においては反応
（２）が活性化するために、一酸化炭素の除去効率が悪
くなるという問題が生じる。

【００２７】一方、水素リッチガス中の水分の濃度が大
きくなると、極性を有する水分子が触媒に接触する頻度
が大きくなるため、反応（１）の進行が阻害される好ま
しくない現象がある。しかし、本発明では、水素リッチ
ガスの流量、つまり運転負荷が定格より小さくなる場合
に、酸化触媒層に導入される水素リッチガスの水分濃度
を、改質器２から発生した状態の水分濃度よりも増加さ
せて、反応（１）の進行を遅く、すなわち反応（２）が
活発化する触媒層の領域を小さくする作用を生じさせ
る。

【００２８】また、この作用に加え、水素リッチガス中
の水分濃度が大きくなると、化学平衡により反応（２）
を抑制する作用も付随的に生じる。

【００２９】酸化触媒層６において、反応（２）の抑制
に要求される水分濃度Ｃ（＝Ｆ_H2O／Ｆ_H2）は、図２ａ
の実線に示すように、水素リッチガス流量Ｆ_H2の減少と
ともに増加する。ここで、Ｆ_H2Oは酸化触媒層６に流入
する水素リッチガス中の水分流量である。要求水分濃度
Ｃは、改質器２の出口の水分濃度Ｃ₀に対して水分導入
手段８からの水の噴霧による供給水分濃度Ｃ₁（＝ｔＦ
_H2O／Ｆ_H2）を追加することにより実現される。（ここ
でｔＦ_H2Oは、噴霧される水の供給水流量である）。つ
まり、Ｃ＝Ｃ₀＋Ｃ₁である。なお、本実施形態では、要
求水分濃度Ｃは水素リッチガス流量Ｆ_H2に対して直線的
に減少するが、水素リッチガス流量Ｆ_H2に対して単調減
少する曲線であっても構わない。

【００３０】要求水分濃度Ｃを達成するために、コント
ロールユニット１１は、運転負荷の情報、すなわち水素
リッチガスの流量Ｆ_H2に基づき、水分導入手段８から噴
霧される供給水流量ｔＦ_H2O（＝Ｃ₁Ｆ_H2）を制御する。
なお、燃料電池の運転負荷の情報として、燃料電池３の
出力値を使用することも可能であり、燃料電池車両であ
れば、アクセルの踏み込み量を検出して運転負荷の情報
として使用する構成とすることもできる。

【００３１】コントロールユニット１１が実行する水分
濃度の制御を図３のフローチャートに基づいて説明す
る。コントロールユニット１１は、中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）とランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専
用メモリ（ＲＯＭ）、入出力インターフェイスを具備し
ており、図３の制御ルーチンを所定時間間隔、例えば１
０ｍｓおきに実行する。

【００３２】まず、ステップＳ１において、コントロー
ルユニット１１は、運転負荷の情報として流量センサ
（図示せず）で検出される水素リッチガス流量Ｆ_H2を読
み込む。コントロールユニット１１は、水素リッチガス
流量Ｆ_H2に応じた供給水流量ｔＦ_H2Oを図２ｂのマップ
としてＲＯＭに記憶しており、ステップＳ２において、
図２ｂのマップを参照し水素リッチガス流量Ｆ_H2に基づ
いて、供給水流量ｔＦ_H2 _Oを決定する。次に、ステップ
Ｓ３において、決定された供給水流量ｔＦ_H2Oを実現す
るための指令信号を水分導入手段８に送出し、水分導入
手段８の開度を制御する。

【００３３】なお、図２ｂのように、噴霧される水の水
流量ｔＦ_H2Oは、酸化触媒層６に流入する水素リッチガ
スの水分濃度Ｃが反応（２）の抑制に最適な濃度となる
ように、予め設定されており、水素リッチガス流量の定
格において、零の値をとる。例えば、供給水分濃度Ｃ₁
が水素リッチガス流量Ｆ_H2に対して直線的に減少する場
合には、水流量ｔＦ_H2Oは、水素リッチガス流量Ｆ_H2に
対して二次関数的に変化する。

【００３４】以上に述べてきた作用から得られる効果を
図４に示す。従来のように水分濃度を調整しない場合
は、水素リッチガス流量が小さくなると、逆シフト反応
の活性化により、一酸化炭素除去装置の出口でのＣＯ濃
度は増加し、一酸化炭素の除去効率が低下している。し
かし、本実施形態では、水分濃度の調整によって逆シフ
ト反応を抑制することにより、水素リッチガス流量が小
さい場合も出口でのＣＯ濃度はほとんど増加せず、一酸
化炭素の除去効率を維持することができた。

【００３５】次に、第二の実施形態について説明する。

【００３６】図５に示すように、本実施形態は、第一実
施形態の構成において、改質器２と酸化触媒６との間に
シフト触媒層１２を設置したものである。水分導入手段
８は、シフト触媒層１２の入口配管１３に設置されてい
る。

【００３７】この構成では、改質器２で生成した水素リ
ッチガスに含有される一酸化炭素は、まずシフト触媒層
１２において、次の化学反応式で示すシフト反応によっ
て除去される。

【００３８】ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂ （３）シフト触媒層１２には反応（３）の活性を有する触媒、
例えばＣｕ／ＺｎＯが担持されている。シフト触媒層１
２で一酸化炭素を除去された水素リッチガスは、さらに
酸化触媒層６で一酸化炭素を除去された後、燃料電池３
に供給される。

【００３９】ここで、反応（３）は、水分濃度が高い方
が、化学平衡によって促進される。よって、通常、シフ
ト触媒層１２を使用する場合には、一酸化炭素の除去効
率を高めるため、シフト触媒層１２の上流に水分導入手
段８を備えた構成となっている。本実施形態では、水素
リッチガス流量が定格よりも低い場合には、シフト触媒
層１２における反応（３）の促進のために導入する水分
を酸化触媒層６における反応（１）の抑制、つまり好ま
しくない副反応である反応（２）の抑制に流用する。

【００４０】これを行うための、水分濃度の制御方法を
説明する。図６ａの実線に示すように、一酸化炭素除去
装置６における反応（２）の抑制に必要な要求水分濃度
Ｃは、第一の実施形態と同様に、改質器２の出口の水分
濃度Ｃ₀に対して、水分導入手段８からの水の噴霧によ
る供給水分濃度Ｃ₁（＝ｔＦ_H2O／Ｆ_H2）を追加すること
により実現される。ただし、本実施形態での供給水分濃
度Ｃ₁には、シフト触媒層１２における反応（３）の促
進のために追加が必要となる水分濃度Ｃ₂が含まれてい
る。

【００４１】次に、コントロールユニット１１が実行す
る水分濃度の制御を図７のフローチャートに基づいて説
明する。

【００４２】コントロールユニット１１は、まず、ステ
ップＳ１１において、水素リッチガス流量Ｆ_H2を読み込
む。コントロールユニット１１のＲＯＭは、水素リッチ
ガス流量Ｆ_H2と水分導入手段８からの供給水流量ｔＦ
_H2Oとの関係を図６ｂのマップとして記憶しており、ス
テップＳ１２において、図６ｂのマップを参照し水素リ
ッチガス流量Ｆ_H2に基づいて、供給水流量ｔＦ_H2Oが決
定される。次に、ステップ１３において、コントロール
ユニット１１はステップＳ１２で決定された供給水流量
ｔＦ_H2Oを実現するよう指令信号を水分導入手段８に送
出し、水分導入手段８の開度を制御する。

【００４３】図６ｂのように、噴霧される水の水流量ｔ
Ｆ_H2Oは、水分を噴霧された後の水素リッチガスの水分
濃度Ｃがシフト触媒層１２における反応（３）の促進と
反応（２）の抑制に最適な濃度となるように、水素リッ
チガス流量Ｆ_H2の増加に応じて変化する特性に設定され
ている。

【００４４】第二の実施形態による酸化触媒層６とシフ
ト触媒層１２とを組み合わせた構成においては、シフト
触媒層１２へ水分を導入する手段と、酸化触媒層６へ水
分を導入する手段とを兼用する既存構成の水分導入手段
８を用いて、第一実施形態と同様の効果を得ることがで
きる。

【００４５】次に第三の実施形態について説明する。

【００４６】本発明の第三の実施形態に係る一酸化炭素
除去装置を図８に示す。

【００４７】本実施形態は、第一の実施形態の構成にお
いて、噴霧した水を水素リッチガスの熱エネルギーで気
化するのでなく、水蒸気を水分導入手段８から直接導入
するものである。この構成は、水素リッチガスの熱エネ
ルギーが水の気化に十分なほど大きくない場合に有効で
ある。そして、導入する水蒸気を改質器２に原料として
供給する水蒸気として分岐すれば、改質器２に水蒸気を
導入する手段を別途設ける必要がなくなる。

【００４８】本実施の形態において、ポンプ９から吐出
された水は、流量調整手段（例えば電磁バルブ）１４に
導かれた後、熱交換機１５に導入される。熱交換器１５
では、水と高温の燃焼ガスとが熱交換することにより、
水蒸気が生成する。ここで、高温の燃焼ガスは、燃焼器
１６で生成される。燃焼器１６には、酸化触媒、例えば
Ｐｔ／Ａｌ₂Ｏ₃が担持されている。燃焼反応物は、燃料
電池３から余剰分として排出される水素と空気である。

【００４９】水蒸気発生手段としての熱交換機１５で生
成した水蒸気は、改質器２に導入される一方、水素リッ
チガス流量に応じて水分導入手段８にも分岐され、酸化
触媒層６の入口配管４に導入される。

【００５０】次に、水分濃度の制御方法を説明する。図
９ａの実線に示すように、酸化触媒層６における反応
（２）の抑制のため要求される水分濃度Ｃは、第一の実
施形態と同様に、改質器２の出口の水分濃度Ｃ₀と水分
導入手段８からの水の噴霧による供給水分濃度Ｃ₁を足
し合わせることにより得られる。

【００５１】第三実施形態において、コントロールユニ
ット１１が実行する水分流量の制御を図１０のフローチ
ャートに基づいて説明する。コントロールユニット１１
は、まずのステップＳ２１において、水素リッチガス流
量Ｆ_H2を読み込む。コントロールユニット１１のＲＯＭ
は、水素リッチガス流量Ｆ_H2に応じた改質器２に供給す
る水蒸気流量（水流量）ｒＦ_H2Oと、改質器２と酸化触
媒層６との間で水分導入手段８により供給される水蒸気
流量ｐＦ_H2Oとを、図９ｂのようなマップとして記憶し
ている。ｒＦ_H2OとｐＦ_H2Oの合計が、流量調整手段１４
に制御される全供給水蒸気流量ａＦ_H2O（＝ｒＦ_H2O＋ｐ
Ｆ_H2O）となる。なお、改質器２に供給する水蒸気流量
ｒＦ_H2Oは、改質器２の出口の水分濃度Ｃ₀を実現するよ
う設定され、改質器２と酸化触媒層６との間で供給され
る水蒸気流量ｐＦ_H2Oは、水分濃度Ｃが酸化触媒層６に
おける反応（２）の制御に最適な値となるよう設定され
ている。

【００５２】ステップＳ２２において、図９ｂのマップ
を参照し水素リッチガス流量Ｆ_H2に基づいて、水蒸気流
量ｒＦ_H2OとｐＦ_H2Oが決定される。次に、ステップＳ２
３において、コントロールユニット１１は、酸化触媒層
に供給する水蒸気流量ｐＦ_H2 _Oを実現するよう指令信号
を水分導入手段８に送出する。ステップＳ２４におい
て、コントロールユニット１１は、全水蒸気流量ａＦ
_H2Oを実現するよう指令信号を流量調整手段１４に送出
する。

【００５３】第三の実施形態では、水素リッチガスの熱
エネルギーが水の気化に十分なほど大きくない場合に
も、既存構成への追加要素を最小限としながら、第一実
施形態と同様の効果を得ることができる。

【００５４】さらに、第一から第三の実施形態におい
て、構成を簡素にする手段として、改質器２より下流で
加えられる水流量を一定流量とする、すなわち、水分導
入手段８から導入する水分流量を水素リッチガス流量に
よらず一定として、水分導入手段８の制御を簡略化して
も良い。改質器２より下流で加えられる水流量を一定流
量とすると、水素リッチガス流量Ｆ_H2の減少に従って相
対的に水分濃度Ｃが大きくなるので、第一から第三まで
の実施形態と同様の効果を得ることができる。

【００５５】この発明は上記実施の形態に限定されな
い。そして、その技術的な思想の範囲において種々の変
更がなしうることは明白である。例えば、本発明の実施
形態では、水素発生装置の例として改質器を採り上げた
が、発生する水素リッチガスに一酸化炭素が含まれるな
ら改質器に限定されず、本発明の一酸化炭素除去装置を
適用可能である。また、本発明の実施形態において、水
素リッチガスの供給先として燃料電池を採り上げたが、
純度の高い水素ガスを必要とする装置であれば、本発明
を適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施形態による一酸化炭素除去装置を適用
した燃料電池システムを示す概略構成図。

【図２】（ａ）第一実施形態における運転負荷と要求さ
れる水分濃度との関係を示すグラフ。（ｂ）第一実施形
態による運転負荷と水分導入量（供給水流量）との関係
を示すグラフ。

【図３】第一実施形態における水分濃度制御を表すフロ
ーチャート。

【図４】第一実施形態の一酸化炭素除去の効果を示す構
成図。

【図５】第二実施形態による一酸化炭素除去装置を適用
した燃料電池システムを示す概略構成図。

【図６】（ａ）第二実施形態における運転負荷と要求さ
れる水分濃度との関係を示すグラフ。（ｂ）第二実施形
態による運転負荷と水分導入量との関係を示すグラフ。

【図７】第二実施形態における水分濃度制御を表すフロ
ーチャート。

【図８】第三実施形態による一酸化炭素除去装置を適用
した燃料電池システムを示す概略構成図。

【図９】（ａ）第三実施形態における運転負荷と要求さ
れる水分濃度との関係を示すグラフ。（ｂ）第三実施形
態による運転負荷と水分導入量（供給水流量）との関係
を示すグラフ。

【図１０】第三実施形態における水分濃度制御を表すフ
ローチャート。

【符号の説明】

１一酸化炭素除去装置２改質器３燃料電池６酸化触媒層８水分導入手段１１コントロールユニット１２シフト触媒層１４流量調整手段１５熱交換機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一酸化炭素を含有する水素リッチガスを酸
化剤と混合した後に酸化触媒層へ導入することにより、
一酸化炭素を酸化除去する一酸化炭素除去装置におい
て、前記水素リッチガスの流量が定格値以下の場合に、前記
酸化触媒層に導入される水素リッチガスの水分濃度を増
加させ、かつ前記酸化触媒層に導入される水素リッチガ
スの水分濃度が水素リッチガス流量の減少とともに増加
することを特徴とする一酸化炭素除去装置。
【請求項２】前記水素リッチガスを発生する水素発生装
置に結合し、かつ前記酸化触媒層に導入される水素リッ
チガスの水分濃度を前記水素発生装置から発生した水素
リッチガスの水分濃度よりも増加させることを特徴とす
る請求項１に記載の一酸化炭素除去装置。
【請求項３】酸化触媒層の上流側に、水素リッチガスに
水分を導入する水分導入手段を設け、水分流量の水素リ
ッチガス流量に対する比率を大きくすることにより、水
素リッチガスの水分濃度を増加させることを特徴とする
請求項１又は請求項２に記載の一酸化炭素除去装置。
【請求項４】酸化触媒層の上流側に配置された、シフト
反応により一酸化炭素を除去するシフト触媒層と、シフ
ト触媒層の上流側に配置された、水素リッチガスに水分
を導入する水分導入手段とを備え、前記シフト触媒層上流の前記水分導入手段から導入する
水分流量の水素リッチガス流量に対する比率を大きくす
ることにより、水素リッチガスの水分濃度を増加させる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の一酸化
炭素除去装置。
【請求項５】前記水分導入手段から導入する水分流量を
水素リッチガス流量によらず一定として、水素リッチガ
スの水分濃度を増加させることを特徴とする請求項３又
は請求項４に記載の一酸化炭素除去装置。
【請求項６】水蒸気発生手段を備え、前記水蒸気発生手
段から生成した水蒸気は前記水素発生装置に炭化水素の
改質原料として分岐される一方、水分導入手段にも供給
されることを特徴とする請求項３に記載の一酸化炭素除
去装置。