JP2004175637A

JP2004175637A - Ｃｏ除去器及び水素製造装置

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Publication number: JP2004175637A
Application number: JP2002346722A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Imada; 典幸今田; Hiroyuki Kako; 宏行加来; Hiroshi Yatabe; 広志谷田部; Tetsuro Okano; 哲朗岡野; Terufumi Miyata; 輝史宮田
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】選択酸化触媒を劣化させることなく、選択酸化触媒層の改質ガスの流入部の温度を活性温度範囲に調整する。
【解決手段】酸素または酸素含有ガスが添加された改質ガス中のＣＯを酸化する触媒層１９と、触媒層１９内の改質ガスの流入部に配置され、水蒸気を吐出する開口４８を触媒層１９内に有する水の蒸発器２３とを備えたことにより、改質ガスの熱で蒸発器２３内の水を蒸発できるから、蒸発器２３を触媒層１９内に配置しても、水が触媒に付着することはなく、水の蒸発による触媒の劣化を防ぐことができる。また、蒸発器２３を触媒層１９の改質ガスの流入部に配置することにより、温度が急激に上昇する部分のみを冷却でき、触媒層１９に流入する改質ガスの温度を下げなくても、触媒の温度を活性温度範囲内に調整できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に用いられる水素製造装置に係り、特に、改質ガス中のＣＯを酸化するＣＯ除去技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素製造装置は、例えば、メタンなどの炭化水素系燃料を水蒸気で改質して水素リッチな改質ガスを生成して燃料電池に供給するものであり、燃料電池は、水素と酸素とを電極反応させて、直接電気エネルギを発生させるものである。
【０００３】
水素製造装置において、炭化水素系燃料を水蒸気で改質するとＣＯとＨ２に変換され、さらに、ＣＯを水蒸気で改質することによりＣＯ２とＨ２に変換される。これらの改質反応は平衡反応であるためＣＯを十分に低減することができない。このＣＯは、電極を被毒させて燃料電池の性能低下の原因となる。そこで、改質ガス中のＣＯをＨ２Ｏで改質してＨ２に変換するＣＯ変成器と、ＣＯ変成器から排出される改質ガス中の微量のＣＯをＣＯ２にするＣＯ除去器とが設けられている。
【０００４】
このようなＣＯ除去器は、改質ガスに、酸素または酸素含有ガス（例えば、空気など、以下、空気と総称する）を添加して、ＣＯを燃焼させてＣＯ２に転換するものである。この場合、改質ガスに空気を添加すると、改質ガス中のＨ２が多量に燃焼してしまうため、ＣＯを選択的に酸化させる例えば、ＰｔやＲｕなどの選択酸化触媒が用いられている。この選択酸化触媒は、ＣＯを酸化する活性が高くなる温度範囲（以下、活性温度範囲と称する）があり、触媒の温度、言い換えれば、改質ガスの温度を活性温度範囲内にすることで効率良くＣＯの処理できる。そこで、一般には、例えば水などの冷媒が通流する熱交換器により、ＣＯの燃焼やＨ２の燃焼による熱を除熱して、触媒の温度を活性温度範囲内に調整している。
【０００５】
ところで、熱交換器の冷却性能は、改質ガスとの伝熱面積によるところが大きいので、冷媒の流量を変化させても大幅に変化させることができない。このため、例えば、負荷変化などにより触媒層に流入する改質ガスの絶対量が増減し、ＣＯの燃焼やＨ２の燃焼で生じる熱量が大幅に増減すると、触媒の温度を活性温度範囲内に調整できず、ＣＯ除去率が低下する。また、選択酸化触媒層内に水を噴霧して水の蒸発潜熱で触媒の温度を直接低下させる方法が考えられるが、噴霧した水が蒸発する際に触媒を劣化させてしまう。
【０００６】
そこで、従来は、触媒層に改質ガスを導く流路に水を噴霧して、水が触媒層に到達する前に蒸発させる方法が提案されている（特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−５１７５９６号公報（第９−１２頁、第５−６図）
【発明が解決しようとする課題】
ところで、触媒層の改質ガスの流入部では、ＣＯ濃度が高いのでＣＯの酸化熱により温度が急激に上昇する。この温度上昇幅は、通常、活性温度範囲（例えば、１３０〜１８０℃）に比べて大きい。したがって、触媒層に改質ガスを導く流路に水を噴霧する方法によれば、触媒層に流入する改質ガスの温度を、触媒の活性温度範囲の下限よりも大きく下げる必要がある。
【０００８】
しかし、改質ガスの温度を活性温度範囲の下限よりも大きく下げると、触媒層の改質ガスの流入部におけるＣＯ酸化反応の進行が遅くなる。したがって、改質ガスの温度が、ＣＯの燃焼熱と一部のＨ２の燃焼熱によって活性温度範囲になるまでに時間がかかり、その分だけ、ＣＯの処理効率が低下するという問題がある。
【０００９】
本発明は、選択酸化触媒を劣化させることなく、選択酸化触媒層の改質ガスの流入部の温度を活性温度範囲に調整することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のＣＯ除去器は、上記課題を解決するために、酸素または酸素含有ガスが添加された改質ガス中のＣＯを酸化する触媒層と、この触媒層内の改質ガスの流入部に配置され、水蒸気を吐出する開口を前記触媒層内に有する水の蒸発器とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
これにより、改質ガスの熱で蒸発器内の水を蒸発できるから、蒸発器を触媒内に配置しても、水が触媒に付着することはなく、水の蒸発による触媒の劣化を防ぐことができる。また、蒸発器を触媒層の改質ガスの流入部に配置することにより、温度の急激な上昇を効果的に抑制できるので、触媒層に流入する改質ガスの温度を下げなくても、触媒の温度を活性温度範囲内に調整できる。
【００１２】
この場合において、蒸発器は、供給された水が開口から吐出されるまでに蒸発するように、例えば、改質ガスの流量及び温度、水と改質ガスとの伝熱面積、蒸発器の熱伝達率などを考慮して設計する。また、具体的に、蒸発器は、水の供給管が接続可能な一端を有し、他端に開口を有する渦巻き状の管で形成できる。
【００１３】
また、蒸発器に供給する水量は、触媒層の温度または触媒層の温度に相関する物理量に基づいて調整する制御手段を備えた構成にできる。これにより、蒸発器内の水の蒸発量を調整して触媒の温度を調整できる。また、触媒層の温度は、触媒層に流入する改質ガスの量によって変化することから、改質ガスの量、つまり、水素製造装置に要求された負荷に応じて蒸発器に供給する水の量を調整することもできる。
【００１４】
また、本発明のＣＯ除去器は、酸素または酸素含有ガスが添加された改質ガス中のＣＯを酸化する触媒層と、触媒層内の改質ガスの流れ方向に分散させて配置され、水蒸気を吐出する開口を触媒層内に有する複数の水の蒸発器と、触媒層の温度または触媒層の温度に相関する物理量及び触媒層における流れ方向のＣＯ濃度の低下に応じて各蒸発器に供給する水量を調整する制御手段とを備えた構成にできる。これは、図５に示すように、触媒の活性温度範囲が改質ガス中のＣＯの濃度により変化することに着目してなされたものである。すなわち、図５は、縦軸にＣＯ除去率を、横軸にＣＯ選択酸化触媒の温度を表し、ＣＯ濃度２５０ｐｐｍを実線で、ＣＯ濃度４２００ｐｐｍを破線で示し、ＣＯ濃度別のＣＯ選択酸化触媒温度とＣＯ除去率の関係を示したグラフである。同図に示すように、ＣＯの濃度が高い場合には活性温度範囲が高く、ＣＯの濃度が低い場合には活性温度範囲が低くなるという傾向がある。
【００１５】
これにより、ＣＯ濃度に応じて、触媒の温度を活性温度範囲に調節できるので、ＣＯの除去率を向上させることができる。この場合において、触媒層における流れ方向の位置に対応させてＣＯ濃度をシミュレーションや事前試験などにより予め求め、これに対応させて触媒層の各位置の活性温度範囲を求める。そして、各位置の触媒の温度が求めた各位置の活性温度範囲になるように、各蒸発器に供給する水量を調整する。
【００１６】
ここで、複数の蒸発器のそれぞれの上流側に、空気を供給する空気供給部を設けた構成とすることができる。これにより、供給する空気の量を各触媒層ごとに分散させることができ、上流側の触媒層に添加する空気の量を減らして下流側の触媒層に振り分けることができるので、上流側の触媒層の温度の上昇を抑えることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の一実施の形態について、図１〜図４を用いて説明する。図１は本発明を適用してなるＣＯ除去器の第１の実施形態の断面図である。図２は、本発明を適用してなる燃料電池システムの一例の全体構成図である。図３は、蒸発器の断面図である。図４は、蒸発器の変形例を示した斜視図である。
【００１８】
本実施形態の水素製造装置は、図２に示すように、例えば、天然ガス、都市ガス、メタンガス、プロパンガス、メタノール、ナフサ、ガソリンなどの炭化水素系燃料１（以下、単に燃料１と称する）、水蒸気３及び空気５が起動バーナ７に供給される。それらの燃料１、空気５、水蒸気３は、それぞれ燃料供給装置２、空気供給装置４、水供給装置６から供給され、各供給量は制御装置２９により制御されるようになっている。起動バーナ７は、起動時に燃料１を空気５で火炎燃焼し、発生した燃焼ガスで燃焼触媒及び改質触媒を予熱するとともに、それらの昇温後は、改質器を形成する燃焼触媒層９及び改質触媒層１１に燃料１と水蒸気３及び部分燃焼用の空気５を供給するものである。
【００１９】
改質触媒層１１では、昇温後、起動バーナ７から供給される燃料１と水蒸気３とが反応し、水素リッチな改質ガスを生成する。この改質反応熱（吸熱反応）を供給するため、燃焼触媒層９では、起動バーナ７から供給される燃料１の一部を空気５により燃焼できるように構成されている。この改質触媒としては、例えば、Ｎｉ系やＲｕ系などの触媒を用いることができる。改質触媒層１１から排出される改質ガスは、水と改質ガスとを熱交換させる蒸気発生用熱交換器１３を介してＣＯ変成器１５に流入される。蒸気発生用熱交換器１３は、水供給装置６から水が供給され、改質ガスの熱で水蒸気３にして起動バーナ７に流入されるようになっている。
【００２０】
ＣＯ変成器１５は、改質ガス中のＣＯと水蒸気とを反応させてＣＯ２と水素に転換するＣＯシフト触媒層を有している。このＣＯシフト触媒としては、例えば、Ｃｕ−Ｚｎ系などの遷移金属系またはＰｔ、Ｒｕ系などの貴金属系のものを用いることができる。ＣＯ変成器１５から排出される改質ガスは、ＣＯ除去器１７に流入されるようになっている。
【００２１】
ＣＯ除去器１７は、ＣＯ変成器１５から排出される改質ガス中に残存しているＣＯを空気により燃焼させるものである。ＣＯ除去器１７は、ＣＯを空気で酸化燃焼させるＣＯ選択酸化触媒で形成された触媒層１９と、触媒層１９の上流側の改質ガスに空気を添加する空気供給装置２１、触媒層１９内に配置された蒸発器２３、蒸発器２３内部に水を供給する水供給装置２５、及び触媒層１９内の温度を検出する熱電対２７が設けられている。空気供給装置２１、水供給装置２５のそれぞれの供給量は、制御装置２９により制御され、制御装置２９には、熱電対２７が検出した温度が入力されるようになっている。
【００２２】
ＣＯ除去器１７から排出される改質ガス中の水素は、固体高分子型の燃料電池３１の燃料極に流入され、空気と反応し発電に利用される。燃料電池３１において燃料極で反応しきれなかった一部の水素は、燃料及び空気とともに補助燃焼器３３のバーナ３５に供給されるようになっている。補助燃焼器３３は、バーナ３５において水素及び燃料を空気で火炎燃焼させ、燃焼熱で水供給装置６から蒸発用熱交換器１３に供給される水を予熱するものである。バーナ３５近傍には、バーナ３５の温度を制御装置２９に入力する熱電対３７が配設されている。
【００２３】
次に、本実施形態の特徴部であるＣＯ除去器１７の構成について図１を参照して説明する。ＣＯ除去器１７は、両端が閉塞された筒型の筐体４０で形成されている。筐体４０の中央部に選択酸化触媒で形成された触媒層１９が配置されている。筐体４０の一端の壁には改質ガスが流入される筒状の導入口４１が設けられ、他端の壁には改質ガスを排出する排出口４２が設けられている。導入口４１の先端には絞り開口４６が形成されている。導入口４１の先端と、触媒層１９の間には空間が形成されている。空気供給装置２１に連結された供給口４３は、この空間に配置され、供給口４３の先端は絞り開口４６に対向させて、つまり、改質ガスの流れに逆らう方向に空気を供給するように形成されている。また、供給口４３と触媒層１９と間には、多孔板４５が配置されている。
【００２４】
図３に示すように、蒸発器２３は、触媒層１９内部の改質ガスの流入部に配置されている。蒸発器２３は、水の供給管が接続可能な一端を有し、他端に開口４８を有する渦巻き状の伝熱性を有する管で構成されている。一端は渦巻きの外周側に位置し水供給装置２５の供給側に連結され、開口４８は渦巻きの中心側に位置されている。蒸発器２３における改質ガスと水との伝熱面積、つまり、管路の長さ及び内径は、一端から供給された水が開口４８に達するまでにすべて蒸発するように設定する。ここで、蒸発器２３は、例えば、内径２ｍｍの細管を同心円上に巻いた形状とすることができる。また、図４に示すように、一端から他端にかけて巻き方向を改質ガスの流れ方向にずらすことで、管路を長く形成し、比較的多くの水を通流させることができる。
【００２５】
制御装置２９は、負荷指令が入力されるようになっている。制御装置２９は、各負荷指令に対応する燃料供給装置２、空気供給装置４及び水供給装置６の各供給量が記憶され、入力された負荷指令に対応する量の改質ガスを発生させるだけの燃料１、水蒸気３及び空気５を供給するように制御する。また、制御装置２９は、各負荷指令に対応する空気供給装置２１の供給量が記憶され、入力された負荷指令に対応する量の空気を供給するように制御する。また、制御装置２９は、各負荷に対応する水供給装置２５の供給量が記憶され、入力された負荷指令に対応する量の水を供給するように制御するようになっている。制御装置２９は、熱電対２７が配置された部分の選択酸化触媒の活性温度の範囲が記憶され、熱電対２７から入力された検出値と、活性温度範囲とを比較して、検出値が設定温度範囲になるように水供給装置２５の供給量を制御するようになっている。
【００２６】
このように構成される水素製造装置の実施形態の制御及び動作について説明する。まず、制御装置２９は、負荷指令が入力されると、その負荷指令に対応する燃料１、空気５の供給量を求め、求めた量の燃料１、空気５を起動バーナ７に供給して火炎燃焼させ、発生した燃焼ガスが、燃焼触媒層９及び改質触媒層１１を予熱する。燃焼触媒の温度が改質反応が進行する所定温度（例えば、６５０〜８５０℃）まで上昇したら、起動バーナ７に供給する空気５の量を下げて火炎燃焼を停止させる。そして、負荷指令に対応する水の供給量を求め、求めた量の水を水供給装置６から供給し、蒸発用熱交換器１３で水蒸気３発生させ起動バーナ７に供給する。これによって、負荷指令に対応する量、つまり、水素製造装置に要求された量の改質ガスが生成される。
【００２７】
これらの燃料１、水蒸気３及び空気３は、燃焼触媒の作用により起動バーナ７から供給された燃料１の一部が燃焼される。この燃焼反応は、燃料１がメタンの場合は下記（１）式で表せる。
【００２８】
ＣＨ４＋２Ｏ２ → ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ（１）
燃焼触媒により昇温された燃料１と水蒸気３は、改質触媒を通流する間に改質反応によりＣＯと水素に変換される。この改質反応は、燃料１がメタンの場合は下記（２）式で表せる。
【００２９】
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ ←→ＣＯ＋３Ｈ２（２）
同時に、（２）式により発生したＣＯは水蒸気との反応により、さらに、水素を生成する。この改質反応は、燃料１がメタンの場合は下記（３）式で表せる。
【００３０】
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ ←→ ＣＯ２＋Ｈ２（３）
（２）式と（３）式の反応は、吸熱反応であることから、前記（１）式の燃焼熱により燃焼触媒の温度を所定温度範囲に保持するようにしているのである。また、（２）式と（３）式の反応は、平衡反応であるので、改質触媒層１１で生成される改質ガスには、Ｈ２のほかに、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２及びＣＯなどが含まれる。
【００３１】
改質触媒層１１により生成された改質ガスは、蒸発用熱交換器１３によりＣＯ変成器１５のＣＯシフト触媒に適した温度に冷却される。例えば、ＣＯシフト触媒としてＣｕ−Ｚｎ系やＰｔなどを適用した場合は、その活性温度（例えば、２５０〜３００℃）に冷却する。蒸発用熱交換器１３により減温された改質ガス中のＣＯは、ＣＯ変成器１５においてＣＯシフト触媒の作用により、次式（４）の反応によりＣＯ２にシフトされる。
【００３２】
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ２＋Ｈ２（４）
ＣＯ変成器１５により処理された改質ガスは、ＣＯ除去器１７に流入されるとともに空気供給装置２１により空気が添加される。この改質ガスが触媒層１９を通流する過程で、改質ガス中に残存する微量のＣＯ（例えば、ＣＯ濃度５０００ｐｐｍ）は、選択酸化触媒の作用により燃焼される（次式（５））。これによって、固体高分子型の燃料電池３１の電極被毒を防止できる。
【００３３】
ＣＯ＋１／２Ｏ２ → ＣＯ２（５）
ＣＯ除去器１７から排出された改質ガスは、固体高分子型の燃料電池３１の燃料極に流入され、燃料電池３１に供給される空気中の酸素と反応による発電に利用される。これにより、水素製造装置に要求された量の改質ガスが燃料電池３１の燃料極に流入される。この燃料極で未反応の水素は、燃料及び空気とともに補助燃焼器３３のバーナ３５に流入され火炎燃焼される。この燃焼熱により水供給装置６から供給された水が予熱され、予熱された水は、さらに蒸発用熱交換器１３で気化されて起動バーナ７に流入される。
【００３４】
次に、本発明の特徴であるＣＯ除去器１７の制御及び動作について説明する。まず、改質ガスは、ＣＯ変成器１５から排出され導入口４１に流入される。導入口４１に流入された改質ガスは、絞り開口４６で絞られて触媒層１９の流入部に流入される。制御装置２９は、空気供給装置２１を制御して供給口４６から改質ガスに空気を添加する。この空気は、供給口２３により改質ガスの流れに逆らうように供給されるので、改質ガスと空気とが攪拌される。また、この改質ガスと空気は、多孔板４５を通過する際にさらに混合されて、触媒層１９の改質ガスの流入部に流入する。このとき、流入部における改質ガスのＣＯ濃度が高いので、ＣＯ酸化熱により温度が急激に上昇する。
【００３５】
一方、制御装置２９は、水供給装置２５を制御して触媒層１９の改質ガスの流入部に配置された蒸発器２３に水を供給する。蒸発器２３に供給された水は、改質ガスにより加熱されて蒸発する。このときの蒸発潜熱により、流入部の改質ガスの温度上昇が抑えられる。さらに、蒸発器２３内で蒸発した水蒸気は、開口４８を介して触媒層１９内に放出され、改質ガスとともに燃料電池３１の燃料極に供給される。
【００３６】
制御装置２９は、燃料電池３１の負荷に応じて、空気供給装置２１から改質ガスに添加する空気量、及び水供給装置２５から蒸発器２３内に供給される水量を調整する。すなわち、改質器で生成される改質ガスの量に応じて、空気供給装置２１から負荷に対応する量の空気を供給し、水供給装置２５から負荷に対応する量の水を供給する。ここで、空気量は、ＣＯ量に応じて調整するが、ＣＯ濃度が概ね一定の範囲であることから、改質ガスの量に応じて増減する。例えば、（空気中のＯ２のモル数）／（改質ガス中のＣＯのモル数）＝１．５に調整される。一方、水量は、流入部における酸化により発生する熱量に応じて調整される。すなわち、流入部で発生する熱量と、蒸発器２３内の水の蒸発潜熱による除熱量とが同じになるように調整される。具体的には、水量は、触媒層１９の温度が設定温度より高い場合は水量を増加させ、低い場合は水量を低下させる。この設定温度は、活性温度範囲内に定められ、これにより、選択酸化触媒の温度は、例えば、１５５℃士１０℃に調整される。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、蒸発器２３を触媒層１９の改質ガスの流入部に配置したから、温度の急激な上昇を効果的に抑制できる。これにより、触媒層１９に流入する改質ガスの温度を活性温度の下限以下に冷却する必要がないから、触媒層１９の流入部におけるＣＯ除去率を向上させることができる。
【００３８】
また、本実施の形態によれば、蒸発器２３に供給する水量を調整して蒸発潜熱を調整できるので、触媒層１９の温度を容易に調整することができる。この場合、水素製造装置に入力された負荷指令に応じて水量を調整することで、生成される改質ガスに応じて変化する触媒層１９の温度変化に対応させることができる。また、熱電対２７により触媒層１９の温度を検出し、これに基づいて水量を調整することで、負荷変化による選択酸化触媒層の発熱状況の変化だけでなく、例えば、外部の気温、湿度などの環境要因や、改質触媒部の温度などによる改質ガス中のＣＯ濃度が微妙な変化に対応することができる。
【００３９】
また、本実施の形態によれば、固体高分子型の燃料電池３１に供給する場合に、改質ガスに添加される水蒸気を補うことができる。また、蒸発器２３で発生した水蒸気を外部に排出する配管などを省くことができ構成を簡易にできる。
（第２の実施形態）
図７に本発明に係るＣＯ除去器の第２実施形態の断面図を示す。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、蒸発器２３の後流側に蒸発器５３及び蒸発器５３に水を供給する水供給装置５５を配置したことにある。したがって、第１の実施形態と同一のものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００４０】
本実施形態は、図７に示すように、蒸発器２３の改質ガスの流れ方向の下流側に位置する触媒層１９内に蒸発器２３、水供給装置２５及び熱電対２７と同一形態の蒸発器５３、水供給装置５５及び熱電対５７が配置されている。熱電対５７の設定温度は、熱電対２７の設定温度より低く設定する。
【００４１】
これにより、触媒層１９における流れ方向のＣＯ濃度の低下に合わせて、触媒層１９の温度を調整できるので、ＣＯの濃度が高い場合には活性温度範囲が高く、ＣＯの濃度が低い場合には活性温度範囲が低くなるという選択酸化触媒の特性に合わせた効率のよいＣＯ処理をおこなうことができる。
【００４２】
したがって、本実施形態によれば、第１実施形態と同一の効果を奏することができる。加えて、ＣＯ濃度に応じて、触媒の温度を活性温度範囲に調節できるので、ＣＯの除去率を向上させることができる。ここで、熱電対２７の設定温度は、例えば、ＣＯ濃度が、例えば５０００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍになる位置で１５０〜１８０℃に設定し、熱電対５７の設定温度は、ＣＯ濃度が、例えば５００〜１００ｐｐｍになる位置で１００〜１４０℃になるように設定することができる。また、本実施形態において、複数の蒸発器のそれぞれの上流側に、空気を投入する空気投入手段を設けた構成とすることができる。これにより、供給する空気の量を各触媒層ごとに分散させることができる。この結果、上流側の触媒層に添加する空気の量を減らして下流側の触媒層に流入させることができるので、上流側の触媒層の温度上昇幅を小さくすることができ、触媒の温度制御が容易になる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、選択酸化触媒を劣化させることなく、選択酸化触媒層の改質ガスの流入部の温度を活性温度範囲に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなるＣＯ除去器の第１の実施形態の断面図である。
【図２】本発明を適用してなる燃料電池システムの一例の全体構成図である。
【図３】選択酸化触媒層内に配置された蒸発器の形状を説明するための流路断面である。
【図４】蒸発器の変形例を示した斜視図である。
【図５】縦軸にＣＯ除去率を、横軸にＣＯ選択酸化触媒の温度を表し、ＣＯ濃度別のＣＯ選択酸化触媒温度とＣＯ除去率の関係を示したグラフである。
【図６】縦軸に温度を、横軸に選択酸化触媒層の位置を表し、選択酸化触媒層内部の温度分布を示したグラフである。
【図７】本発明を適用してなるＣＯ除去器の第２の実施形態を示した断面図である。
【符号の説明】
１７ＣＯ除去器
１９選択酸化触媒層
２３蒸発器
２５水供給手段

Claims

酸素または酸素含有ガスが添加された改質ガス中のＣＯを酸化する触媒層と、該触媒層内の改質ガスの流入部に配置され、水蒸気を吐出する開口を前記触媒層内に有する水の蒸発器とを備えたＣＯ除去器。
前記蒸発器は、水の供給管が接続可能な一端を有し、他端に開口を有する渦巻き状の管であることを特徴とする請求項１に記載のＣＯ除去器。
前記触媒層の温度または前記触媒層の温度に相関する物理量に基づいて前記蒸発器に供給される水量を調整する制御手段を備えた請求項１または２に記載のＣＯ除去器。
酸素または酸素含有ガスが添加された改質ガス中のＣＯを酸化する触媒層と、該触媒層内の前記改質ガスの流れ方向に分散させて配置され、水蒸気を吐出する開口を前記触媒層内に有する複数の水の蒸発器と、前記触媒層の温度または前記触媒層の温度に相関する物理量及び前記触媒層における流れ方向のＣＯ濃度の低下に応じて前記各蒸発器に供給する水量を調整する制御手段とを備えたＣＯ除去器。
前記複数の蒸発器のそれぞれの上流側に、空気を供給する空気供給部を設けたことを特徴とする請求項５に記載のＣＯ除去器。
炭化水素系燃料から水素を含有する改質ガスを生成する改質器と、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＣＯ除去器とを備えた水素製造装置。