JP2007273176A - 燃料電池発電装置用ｃｏ除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンパクト化を図る
【解決手段】 低温シフトコンバータ５６とＣＯ選択酸化反応器５７とを仕切板７０を挟むようにして上下に重ね合わせ、一体化させる。上記仕切板７０には、周方向の複数個所に改質ガス入口用の開口７１を設け、低温シフトコンバータ５６でＣＯ濃度が低減された改質ガス５４を仕切板７０の各開口７１より分散させて流すようにする。仕切板７０の各開口７１から分散させられて流された改質ガス５４と空気５８と混合させる混合部７５を、ＣＯ選択酸化反応器５７のＣＯ選択酸化反応部７９の上側に形成する。混合部７５には、１個所にオリフィス７２と開口７３を設け、改質ガス５４と空気５８を十分に混合させてＣＯ選択酸化反応部７９へ入れるようにする。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池発電装置において都市ガス、ＬＰＧ等を原料とする改質ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）を除去するためのＣＯ除去装置に関するものである。

燃料電池を用いた発電装置は、環境保全性、発電効率等に優れていることから、注目され、需要が伸びている。特に、近年では、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、１００℃以下という低温での発電が行われ、出力密度が高いことから、他の型式の燃料電池に比して小型化でき、しかも、起動が容易であること、等の長所があることから、小規模な業務用あるいは家庭用等の発電装置として使用されるようになってきている。

上記固体高分子型燃料電池を用いた発電装置（ＰＥＦＣ発電装置）の一般的な構成は、図６に示すようにしてある。すなわち、燃料電池１は、電解質としてフッ素系のイオン交換膜が用いられている固体高分子電解質膜の両面をカソード（空気極）２とアノード（燃料極）３の両ガス拡散電極で挟持させてなるセルを、セパレータ（図示せず）を介し積層してスタックとしてなる構成としてある。上記固体高分子型燃料電池１におけるアノード３の入口側には、改質器５、低温シフトコンバータ６、ＣＯ選択酸化反応器（ＣＯ除去器）７を順に備えてなる燃料処理装置４と、加湿器８が設けてある。これにより、燃料供給部より供給される都市ガス（天然ガス）やＬＰＧ等の原料（原燃料）９を、脱硫器１０にて脱硫した後、原料予熱器（原燃料気化器）１１にて予熱してから、水蒸発器１２より導かれる水蒸気１３と共に上記燃料処理装置４へ供給し、該燃料処理装置４の改質器５にておよそ７００℃前後に加熱して水蒸気改質が行われるようにしてある。得られる改質ガス（燃料ガス）１４は、低温シフトコンバータ６に導いておよそ２５０℃前後まで温度低下させてシフト反応させ、更に、上記ＣＯ選択酸化反応器７に導き、同時に空気ブロワ１５で加圧された空気１６を供給して、該ＣＯ選択酸化反応器７にて酸化反応を行わせておよそ１２０℃前後まで温度低下させてＣＯ除去処理するようにしてある。上記燃料処理装置４より送出される改質ガス１４は、加湿器８にて加湿された後、上記固体高分子型燃料電池１のアノード３へ供給されるようにしてある。一方、上記カソード２の入口側には、酸化ガスとして空気１７が、空気ブロワ１８で加圧された後、上記加湿器８を経てから供給され、一部は改質器５へ供給されるようにしてある。図中９ａは改質器５のバーナへ供給する追焚き燃料、１９はアノードオフガス、２０は燃料電池１の冷却部である。

上記のような燃料電池発電装置で改質ガス中のＣＯ濃度を低減させるＣＯ除去装置として用いられている低温シフトコンバータ６とＣＯ除去器７は、改質器で改質された改質ガスを燃料電池へ供給する前に改質ガス中のＣＯ濃度を低減させるもので、上記低温シフトコンバータ６は、改質ガス１４中の水蒸気とＣＯを２５０℃前後の温度でシフト反応させ、ＣＯ_２とＨ_２にしてＣＯ濃度を低減すると同時に水素（Ｈ_２）製造量を増やすようにするものである。一方、ＣＯ除去器７は、ＣＯ変成後の改質ガス中のＣＯを空気と混合させてＣＯ選択酸化触媒中に供給し、１２０℃程度の反応温度で選択酸化反応を行わせ、ＣＯ_２として改質ガス中のＣＯ濃度を低減させるようにするものである。

この種のＣＯ除去装置としては、従来、種々の形式のものが提案されている。

図７はその一例を示すもので、原燃料と水蒸気とから水蒸気改質反応により水素リッチな改質ガスを生成する改質反応部２１の下流側位置に、改質ガス中のＣＯ濃度を水成シフト反応で低減させるシフト反応部２２と、該シフト反応部２２で低減された改質ガス中のＣＯ濃度をＣＯ選択酸化反応によって更に低減するＣＯ選択酸化反応部２３が設けてある。上記シフト反応部２２とＣＯ選択酸化反応部２３は、それぞれ螺旋状のシフト反応管２２ａとＣＯ選択酸化反応管２３ａとして形成され、ＣＯ選択酸化反応部２３はシフト反応部２２の外側に同心状に設置してある。又、上記シフト反応管２２ａ内には銅−亜鉛系のシフト触媒が、又、上記ＣＯ選択酸化反応管２３ａ内には、白金、ルテニウム等のＣＯ選択酸化触媒がそれぞれ充填されており、シフト反応管２２ａとＣＯ選択酸化反応管２３ａとは接続管２４で連通接続したものとしてあり、改質ガスがシフト反応管２２ａ内でシフト反応させられた後、一旦接続管２４を通り、ＣＯ選択酸化反応管２３ａに入り、ＣＯ除去反応が行われるようにしてある（たとえば、特許文献１参照）。

図８は他のＣＯ除去装置を示すもので、改質器で改質した改質ガス中のＣＯを低減して固体高分子型燃料電池に供給するために、上流側から順にシフトコンバータ２６、熱変換器２７及びＣＯ除去器２８を設置してなるＣＯ除去装置２５としてある。シフトコンバータ２６は、内部にシフト反応触媒が充填された触媒層２９を有し、改質器３１からの改質ガスを導入して、約２５０℃の反応温度で改質ガス中に含まれるＣＯを、ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２の反応でＨ_２に変換するようにしてある。ＣＯ除去器２８は、内部にＣＯ選択酸化触媒が充填された触媒層３０を有し、約１５０℃の反応温度で改質ガス中に残留するＣＯを選択的に酸化させて不活性なＣＯ_２に変換するようにしてある。又、ＣＯ選択酸化反応部２８のＣＯ選択酸化触媒の層３０内には、冷却管３２ａが通過させてあり、該冷却管３２ａは熱交換器２７内を通過する冷却管３２ｂ、シフトコンバータ２６内のシフト反応触媒の層２９内を通過する冷却管３２ｃと順に連結し、ＣＯ除去装置を下方から上方に冷却水３３が通過し、水蒸気３４として排出されるようにしてある。更に、ＣＯ選択酸化反応部２８には、空気３５が供給されるようにしてある。１は高体高分子型燃料電池である（たとえば、特許文献２参照）。

又、図９は別の例を示すもので、選択酸化反応器３６を、二重円筒形状の第一列目の反応器本体３６ａと、該反応器本体３６ａの円周方向側面に仕切板３８を介して接続された二重円筒形状の第二列目の反応器本体３７ａとを備えた構成としてある。第一列目の反応器本体３６ａは、大径円弧状の外周板と小径円弧状の内周板を同心状に配置して、その上端を天井板３６ｂで覆うと共に下端を底板３６ｃで覆うようにして二重円弧容器状とし、その内側の上下に多孔板３９と４０が二段に取り付けてあり、上下の多孔板３９，４０の間に室４１を、又、天井板３６ｂと上側の多孔板３９との間及び底板３６ｃと下側の多孔板４０との間に室４２と４３をそれぞれ形成するようにしてある。又、第二列目の反応器本体３７ａも同様に構成されており、上下の多孔板４４と４５の間に室４６を、又、天井板３７ｂと多孔板４４との間及び底板３７ｃと多孔板４５との間に室４７と４８をそれぞれ形成するようにしてある。

上記反応器本体３６ａの室４１と反応器本体３７ａの室４６には、それぞれ選択酸化触媒が充填され、反応器本体３６ａの室４３には、酸化用空気供給管４９から酸化用空気が供給されてオリフィス５０で混合されるようにしてある改質ガス供給管５１が接続してあり、室４２には、外周部に多数の改質ガス導入孔５２ａが穿設してあるガス混合管５２が挿入してあり、改質ガスと酸化用空気５３がガス混合管５２内で混合されてから反応器本体３７ａの室４７へ導入されるようにしてある。

これにより、低温シフトコンバータから改質ガス供給管５１を通し供給された改質ガス５４が酸化用空気とともに反応器本体３６ａの下側の室４３に導入されると、該室４３から多孔板４０を通って室４１内へ導入され、ＣＯ選択酸化触媒の作用により改質ガス５４中のＣＯが除去される。或る程度のＣＯが除去された改質ガス５４は、室４１から多孔板３９を通って室４２に入り、改質ガス導入孔５２ａからガス混合管５２内に導入され、ここでガス混合管５２に供給される酸化用空気５３と混合されてから反応器本体３７ａの室４７へ導入される。室４７に導入された改質ガスは、多孔板４４を通って室４６に入り、ここでＣＯ選択酸化触媒の作用により改質ガス中のＣＯが除去されるようにしてある（たとえば、特許文献３参照）。

特開２０００−２１９５０１号公報 特開２００２−１３４１４６号公報 特開２００４−２６２７２５号公報

ところが、上記特許文献１に示されるものは、シフト反応部２２とＣＯ選択酸化反応部２３が同心状に配置しているが、互いに分離しているものであり、シフト反応管２２ａからＣＯ選択酸化反応管２３ａへ接続管２４を通して改質ガスを供給するようにしてある。
そのため、接続管２４でシフト反応管２２ａとＣＯ選択酸化反応管２３ａとを接続することから、コンパクト化、低コスト化、製作性等に難点がある。

又、特許文献２に示されるものは、シフトコンバータ２６でＣＯが除去され改質ガスを熱交換器２７を通してＣＯ除去器２８に導入するようにしてあり、コンパクト化が図れるものとしてあるが、ＣＯ除去器２８には空気３５を供給することが示されているだけで、空気３５の導入、空気と改質ガスの混合等についての具体的な構成が開示されていない。

更に、特許文献３に示されるものは、反応器本体３６ａと３７ａが２段に設けられ、反応器本体３６ａでＣＯを除去した改質ガス中のＣＯを、反応器本体３７ａで更に除去させるもので、最終的に改質ガス中のＣＯ濃度を数ｐｐｍ程度までに除去できるものであるが、ＣＯ選択酸化反応器３６の上流にあるシフトコンバータと該ＣＯ選択酸化反応器３６とを改質ガス供給管５１で接続した構造となっており、特許文献１同様、コンパクト化、低コスト化、製作性等に難点がある。

そこで、本発明は、低温シフトコンバータとＣＯ選択酸化反応器とを配管で接続することなく一体化し且つ改質ガスと空気とが均一に混合してＣＯ選択酸化反応器へ送られるようにして、コンパクト化、低コスト化、製作容易性が図れるようにしたＣＯ除去装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、改質ガス中のＣＯをシフト反応させる低温シフトコンバータと、上端部に改質ガスと空気の混合部を有し且つＣＯ選択酸化反応部を有するＣＯ選択酸化反応器とを、仕切板を挟み重ねて一体化させ、上記仕切板の複数個所に設けた改質ガス入口用開口を通して上記低温シフトコンバータを出た改質ガスをＣＯ選択酸化反応器の混合部に流入させるようにし、且つ上記混合部で混合された改質ガスと空気をＣＯ選択酸化反応部に供給するようにした構成とする。

又、上記構成において、混合部を仕切板とＣＯ選択酸化反応部との間のＣＯ選択酸化反応器内に形成するようにした構成とする。

更に、混合部を、部屋の１個所にオリフィス又は邪魔板とＣＯ選択酸化反応部に改質ガスと空気を通過させる開口を設けた構成とする。

更に又、上記構成において、低温シフトコンバータのシフト反応部及びＣＯ選択酸化反応器のＣＯ選択酸化反応部に１本の冷却配管を螺旋状に密に巻いて配置した構成とする。

本発明の燃料電池発電装置用ＣＯ除去装置によれば、次の如き優れた効果を奏し得る。
（１）改質ガス中のＣＯをシフト反応させる低温シフトコンバータと、上端部に改質ガスと空気の混合部を有し且つＣＯ選択酸化反応部を有するＣＯ選択酸化反応器とを、仕切板を挟み重ねて一体化させ、上記仕切板の複数個所に設けた改質ガス入口用開口を通して上記低温シフトコンバータを出た改質ガスをＣＯ選択酸化反応器の混合部に流入させるようにし、且つ上記混合部で混合された改質ガスと空気をＣＯ選択酸化反応部に供給するようにした構成としてあるので、全体をコンパクトにすることができ、更に、低温シフトコンバータとＣＯ選択酸化反応器とを配管で接続することがないことから、製作費を安価にできると共に製作を容易化できる。
（２）仕切板の複数個所に改質ガス入口用開口を設けて、改質ガスを分散させて流すようにしてあるので、低温シフトコンバータからＣＯ選択酸化反応器へ均一に改質ガスを流すことができる。
（３）上記（１）の構成において、混合部を仕切板とＣＯ選択酸化反応部との間のＣＯ選択酸化反応器内に形成するようにしたことにより、低温シフトコンバータから出た改質ガスに空気を良く混合させることができることになる。
（４）混合部を、部屋の１個所にオリフィス又は邪魔板とＣＯ選択酸化反応部に改質ガスと空気を通過させる開口を設けた構成とすることにより、外部に混合器を設けることをなくすことができ、コンパクト化を図ることができる。
（５）更に、低温シフトコンバータのシフト反応部及びＣＯ選択酸化反応器のＣＯ選択酸化反応部に１本の冷却配管を螺旋状に密に巻いて配置した構成とすることにより、偏った冷却を抑止できて冷却性能を向上させることができる。しかも１本の冷却配管のみを用いてフィンチューブと同等の効果が得られて、より低コスト化が図れる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１乃至図５は本発明の実施の一形態を示すもので、本発明のＣＯ除去装置５５は、図示しない改質器で改質した改質ガス５４を導入して改質ガス中のＣＯをシフト反応させてＣＯ_２とＨ_２とし、ＣＯ濃度を低減するようにする低温シフトコンバータ（ＬＴＳ）５６と、低温シフトコンバータ５６でＣＯ濃度が低減された改質ガス５４を空気５８と混合させて、ＣＯ選択酸化反応により改質ガス５４中のＣＯ濃度を更に低減させるようにするＣＯ選択酸化反応器５７とを上下に重ねて一体化し、且つ低温シフトコンバータ５６の底部から取り出された改質ガス５４がＣＯ選択酸化反応器５７に入ってから空気と均一に混合して選択酸化反応器５７の反応部へ供給されるようにした構成とする。

詳述すると、本発明のＣＯ除去装置５５を構成する低温シフトコンバータ５６とＣＯ選択酸化反応器５７は、たとえば、図示しない改質器の炉筒を支持するため、ベースプレート上に立設されているベース内筒の外周を取り囲むように配置できるように、中心部に軸心方向（上下方向）に貫通する開口を有する二重円筒容器としてある。

すなわち、低温シフトコンバータ５６は、内筒５９と該内筒５９よりも大径としてある外筒６０とを同心状に配置して、該内筒５９と外筒６０との間の上端を上蓋６１で閉塞させるようにすると共に、該内筒５９と外筒６０との間の環状の空間部の上端部と下端部にパンチ板の如き多孔板６２ａと６２ｂを全周にわたり取り付け、該上下の多孔板６２ａと６２ｂの間にシフト反応触媒６３を充填して、シフト反応部６４としてある。又、上記シフト反応部６４内には、冷却水管６５が螺旋状に配置してあり、冷却水管６５の入口と出口は外筒６０の外へ取り出すようにしてある。上記冷却水管６５の配置については改めて後述する。更に、上記上蓋６１には、改質ガス供給管６６が貫通して接続してあり、改質ガス供給管６６から改質ガス５４が低温シフトコンバータ５６の頂部に供給されると、上蓋６１と上部多孔板６２ａとの間に形成されている空間部６７を通り、多孔板６２ａよりシフト反応部６４へ流入するようにしてある。

上記ＣＯ選択酸化反応器５７は、第１ＣＯ選択酸化反応器５７ａと第２ＣＯ選択酸化反応器５７ｂの２段式としてあり、第１ＣＯ選択酸化反応器５７ａは、上記低温シフトコンバータ５６の内筒５９と同じ内径寸法としてある内筒６８と、該内筒６８の外径よりも大きく且つ上記低温シフトコンバータ５６の外筒６０よりも小径寸法としてある外筒６９とを同心状に配置して、該内筒６８と外筒６９との間の環状の空間部の上端に、外径を上記低温シフトコンバータ５６の外筒６０の外径に合わせて形成した仕切板７０を載置して、該仕切板７０と内筒６８及び外筒６９の各上端とを溶接等にて一体的に固定する。該仕切板７０には、例えば周方向の６個所に、図２及び図４に示す如く内筒６８と外筒６９との間に改質ガスを通すための改質ガス入口用の開口７１を設ける。

上記内筒６８と外筒６９との間の環状の空間部の上端部には、図３及び図４に示す如く、周方向の所要の１個所に、上記仕切板７０の下面との間にオリフィス又は邪魔板７２を形成すると共に仕切壁７２ａを設けてガス通過用の開口７３を有する混合部形成板７４を、上記仕切板７０と所要の間隔を隔てて周方向の全周に取り付け、該混合部形成板７４と仕切板７０との間の部屋を、改質ガスと空気の混合部７５として形成させるようにする。

更に、上記内筒６８と外筒６９との間の環状空間部の上記混合部形成板７４よりも下方位置と下端部に、パンチ板の如き多孔板７６と７７を全周にわたり取り付け、該上下の多孔板７６と７７の間にＣＯ選択酸化触媒７８を充填して、ＣＯ選択酸化反応部７９としてある。上記ＣＯ選択酸化反応部７９内にも冷却水管６５が二重に螺旋状に巻かれて配置してあり、該冷却水管６５の入口側と出口側は外筒６９の外に取り出すようにしてある。

又、第２ＣＯ選択酸化反応器５７ｂは、上記第１ＣＯ選択酸化反応器５７ａと同じ大きさとしてあり、内筒６８と外筒６９を同心状となるように配置して、上端に、上記第１ＣＯ選択酸化反応器５７ａの仕切板７０と同様に図４に示す如く例えば周方向の６個所に改質ガス入口用の開口７１を有する仕切板８０を一体的に取り付けると共に、上端部に周方向の所要の１個所に、上記仕切板８０の下面との間にオリフィス又は邪魔板７２とガス通過用の開口７３を有する混合部形成板７４を、上記仕切板８０と所要の間隔を隔てて周方向の全周に取り付け、該混合部形成板７４と仕切板８０との間の部屋を、改質ガスと空気の混合部７５として形成させるようにする。更に、上記内筒６８と外筒６９との間の環状空間部の上記混合部形成板７４より下方位置と下端部に、パンチ板の如き多孔板７６と７７を全周にわたり取り付けて、多孔板７６と７７の間にＣＯ選択酸化触媒７８を充填し、ＣＯ選択酸化反応部７９としてある。又、第１ＣＯ選択酸化反応器５７ａの場合と同様に、冷却水管６５が二重に螺旋状に巻かれて配置してある。上記第２ＣＯ選択酸化反応器５７ｂのＣＯ選択酸化反応部７９の下端には改質ガス排出管８１が接続してある。

上記のように構成した第１と第２のＣＯ選択酸化反応器５７ａと５７ｂは、第２ＣＯ選択酸化反応器５７ｂの上端の仕切板８０を、第１ＣＯ選択酸化反応器５７ａの下端、すなわち、内筒６８と外筒６９の下端に当接して溶接等にて固定し、２段のＣＯ選択酸化反応器５７ａ，５７ｂで１つのＣＯ選択酸化反応器５７とするようにしてある。

このように上下２段式とされたＣＯ選択酸化反応器５７の上端の仕切板７０は、低温シフトコンバータ５６の内筒５９と外筒６０の下端に溶接等にて固定して、低温シフトコンバータ５６とＣＯ選択酸化反応器５７とを一体化させ、低温シフトコンバータ５６から改質ガス５４が仕切板７０の６個所の開口７１から第１ＣＯ選択酸化反応器５７の改質ガスと空気の混合部７５へ入るようにする。

なお、前記した低温シフトコンバータ５６のシフト反応部６４に配置する冷却水管６５は、例えば１本を三重の螺旋状に巻いたものを用いるようにする。すなわち、図１に示し且つ図５にわかり易く示す如く、いわゆる一筆書きのように連続した冷却水管６５を螺旋状に折り曲げながら径の内外方向へずらして巻いて配置するようにする。このように巻いて用いることにより改質ガス５４の冷却効果を高めることができる。又、シフト反応部６４は、ミクロに見ると上部で急激に反応し発熱が大きい。下部はシフト反応熱は小さいが、次のＣＯ選択酸化反応器５７への改質ガス５４の供給温度が１２０℃前後で、改質ガス５４の顕熱の回収のために冷却しなければならない。シフト反応部６４の高さ方向の所要冷却熱量に見合った冷却を行うために冷却水管６５の巻きつけピッチを変えてバランスのよい冷却を行っている。

図１中、８２は第１ＣＯ選択酸化反応器５７ａの仕切板７０の上方へ空気５８を供給する空気供給管、８３は第２ＣＯ選択酸化反応器５７ｂの仕切板８０の上方へ空気５８を供給する空気供給管である。

本発明の燃料電池用ＣＯ除去装置５５は、上記構成としてあるので、改質器で改質した改質ガス５４が改質ガス供給管６６から低温シフトコンバータ５６の上蓋６１の内側の空間部６７に入る。空間部６７に入った改質ガス５４は、空間部６７より多孔板６１上へ周方向均一に流れ、多孔板６１を通ってシフト反応部６４に入る。シフト反応部６４には、シフト反応触媒６３が充填されており、このシフト反応触媒６３の層を通過するときに、改質ガス５４中の水蒸気とＣＯがシフト反応し、ＣＯ_２とＨ_２にしてＣＯ濃度を低減させる。上記シフト反応部６４には、図示のように冷却水管６５が螺旋状に巻いてあり、しかも図１に断面を示す如く千鳥配置となるように１本の冷却水管６５が連続させてある。これにより偏った冷却を抑止し冷却性能を向上させることができることになる。この場合、冷却効果を上げるためにフィンチューブ等を用いるのが一般的であるが、図５に示すように密に巻きつけるようにすることでフィンチューブと同等の効果が得られるので、それだけコストダウンを図ることが可能となる。

上記低温シフトコンバータ５６でＣＯ濃度が低減された改質ガス５４が低温シフトコンバータ５６のシフト反応部６４から流出すると、多孔板６２ｂと第１ＣＯ選択酸化反応器５７ａの仕切板７０との間に図４に示す如く均一に達する。上記仕切板７０の上方には、空気５８が空気供給管８２より供給されるので、この空気５８と改質ガス５４が、例えば仕切板７０の周方向６個所に設けてある改質ガス入口用開口７１からその下へ分散させられて混合部７５に吹き込まれる。混合部７５に入った改質ガス５４と空気５８は、該混合部７５を周方向の１個所に設けてあるオリフィス又は邪魔板７２と開口７３のあるところまで流れる間に混合部７５の周方向流れと改質ガス入口用開口７１の吹き込み流れがぶつかりあいをくり返し、改質ガス５４と空気５８の混合が良好に行われる。更に、改質ガス５４と空気５８は、上記オリフィス又は邪魔板７２を通るときにも混合させられる。このようにして十分に混合させられた改質ガス５４と空気５８の混合物は、混合部形成板７４の１個所に設けてある開口７３から多孔板７６の上方へ入り、ここで周方向に分散されて多孔板７６よりＣＯ選択酸化反応部７９に入り、ＣＯ選択酸化触媒７８により改質ガス５４中のＣＯ濃度が更に低減させられる。

本発明においては、低温シフトコンバータ５６とＣＯ選択酸化反応器５７とが上下に重ねられて一体化され、且つ低温シフトコンバータ５６から出てきた改質ガス５４を、改質ガス入口用開口７１より分散させてＣＯ選択酸化反応器５７へ供給させるようにすると共に、混合部７５を通すようにしているので、配管を必要とすることがなく、又、混合部７５が環状の部屋により形成されていることから、全体をコンパクト化させることができる。

上記第１ＣＯ選択酸化反応器５７ａのＣＯ選択酸化反応部７９でＣＯ濃度を低減された改質ガス５４は、その下段にある第２ＣＯ選択酸化反応器５７ｂの仕切板８０の例えば周方向６個所の改質ガス入口用開口７１から分散されて環状の部屋としてある混合部７５に移り、ここで十分に混合させられてから、上記の場合と同様にＣＯ選択酸化反応部７９に入り、更に改質ガス５４中のＣＯ濃度の低減が行われるようになる。この場合においても、内部に混合部７５があるので、改質ガス５４と空気５８は良く混合される。

上記において、第１ＣＯ選択酸化反応器５７ａと第２ＣＯ選択酸化反応器５７ｂの各ＣＯ選択酸化反応部７９には、冷却水管６５が螺旋状に巻かれていて、径方向に三重となるようにしてあり、しかも１本の冷却水管を連続させてあるので、低温シフトコンバータ５６の場合と同様に冷却効果を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、たとえば、図１では、低温シフトコンバータ５６とＣＯ選択酸化反応器５７とを仕切板７０を挟んで上下に重ねて一体化させた場合を示しているが、横方向に配置して一体化させるようにしてもよく、又、ＣＯ選択酸化反応器５７を２段とした場合を示したが、１段のものでもよく、３段以上としても、図１の場合と同様に改質ガスと酸化用空気とを混合させることができること、又、改質原料が気体燃料の場合に限り、図１に示す如く低温シフトコンバータ５６の上部に燃料ガス予熱器８４を設けて、燃料８５の予熱を行えるようにしてもよいこと、更に、仕切板７０，８０の周方向の６個所に改質ガス入口用開口７１を設けた場合を示したが、その数に限定されるものではないこと、低温シフトコンバータ５６のシフト反応部６４及びＣＯ選択酸化反応器５７のＣＯ選択酸化反応部７９に１本の冷却水管６５を螺旋状に巻いて配置して、冷却水により冷却させるようにする場合を例示したが、冷却水に限られるものではなく、冷却水管６５に代えて他の冷却媒体を通すようにする同様の冷却用の配管を用いるようにしてもよいこと、混合部７５は断面形状が円形の場合を示しているが、矩形状となるようにしてもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加えるようにしてもよいことは勿論である。

本発明の燃料電池発電装置用ＣＯ除去装置の概要を示す切断側面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視平面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ方向からの混合部の切断平面図である。 本発明のＣＯ除去装置の要部を展開した概要図である。 本発明のＣＯ除去装置における低温シフト反応器のシフト反応部に配置する冷却水管の一例をわかり易くするため引き伸した状態を示す側面図である。 固体高分子型燃料電池発電装置のシステム構成例図である。 従来のＣＯ除去装置の一例を示す概略断面図である。 従来のＣＯ除去装置を備えた固体高分子型燃料電池発電設備の構成図である。 従来のＣＯ選択酸化反応器を展開して示す図である。

符号の説明

５４ 改質ガス
５５ ＣＯ除去装置
５６ 低温シフトコンバータ
５７ ＣＯ選択酸化反応器
５８ 空気
６４ シフト反応部
６５ 冷却水管
６６ 改質ガス供給管
７０ 仕切板
７１ 改質ガス入口用開口
７２ オリフィス又は邪魔板
７３ 開口
７５ 混合部
７９ ＣＯ選択酸化反応部

Claims (4)

1. 改質ガス中のＣＯをシフト反応させる低温シフトコンバータと、上端部に改質ガスと空気の混合部を有し且つＣＯ選択酸化反応部を有するＣＯ選択酸化反応器とを、仕切板を挟み重ねて一体化させ、上記仕切板の複数個所に設けた改質ガス入口用開口を通して上記低温シフトコンバータを出た改質ガスをＣＯ選択酸化反応器の混合部に流入させるようにし、且つ上記混合部で混合された改質ガスと空気をＣＯ選択酸化反応部に供給するようにした構成を有することを特徴とする燃料電池発電装置用のＣＯ除去装置。
2. 混合部を仕切板とＣＯ選択酸化反応部との間のＣＯ選択酸化反応器内に形成するようにした請求項１記載の燃料電池発電装置用ＣＯ除去装置。
3. 混合部を、部屋の１個所にオリフィス又は邪魔板とＣＯ選択酸化反応部に改質ガスと空気を通過させる開口を設けた構成とした請求項１又は２記載の燃料電池発電装置用ＣＯ除去装置。
4. 低温シフトコンバータのシフト反応部及びＣＯ選択酸化反応器のＣＯ選択酸化反応部に１本の冷却配管を螺旋状に密に巻いて配置した請求項１、２又は３記載の燃料電池発電装置用ＣＯ除去装置。

Images