JP2009167060A - 一酸化炭素除去器、反応装置及び燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】局所的な温度上昇を抑制することができ、また、コンパクトでシンプルな構造とすることができる一酸化炭素除去器、反応装置及び燃料電池システムを提供する。
【解決手段】反応物が流通し、反応物の反応を起こす触媒層が形成された反応流路を有する一酸化炭素除去器は、触媒層が反応流路に沿って形成され、複数の反応物をそれぞれ反応流路内に導入し、触媒層に対して交差する方向に並んで設けられた複数の導入口（改質ガス導入口、空気導入口）と、反応流路内のうち、複数の導入口間に相当する位置で反応流路内を仕切る遮蔽板と、を備える。遮蔽板には、遮蔽板によって仕切られた反応流路内を連通する孔が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、反応物が流通し、前記反応物の反応を起こす触媒層が形成された反応流路を有する一酸化炭素除去器、一酸化炭素除去器を備えた反応装置及び燃料電池システムに関する。

近年、環境への関心の高まりからエネルギー変換効率の高い燃料電池の研究開発が自動車や携帯機器など各分野で盛んに行われている。携帯機器用としてはアルコール燃料を直接燃料電池に供給して電気エネルギーを生成する直接型と、アルコール燃料を改質器で水素に変換し水素を燃料電池に供給することで電気エネルギーを得る改質型に分類される。
改質型では、改質工程で少量の一酸化炭素が副生成物として生成するが、一酸化炭素は後段の燃料電池の被毒物質となるため、改質器の後段に一酸化炭素除去器を設置して一酸化炭素を空気中の酸素と反応させて二酸化炭素に変換することで、一酸化炭素を低減させる方法が一般的に採用されている。
改質器で一酸化炭素が高濃度で生成される場合、一酸化炭素除去器が反応熱に伴う過度の上昇を起こし、逆シフト反応などの副反応が併発することで一酸化炭素の除去率が低下するため、改質器と一酸化炭素除去器の間にシフト反応器を設けて一酸化炭素を１％程度まで低減する方法や、一酸化炭素除去器を、第１〜第３選択酸化除去部を順次直列配置して構成した多段化する方法がとられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２３４７０７号公報

しかしながら、上述のようにシフト反応器を追加した場合、新たなスペースが必要となり携帯情報機器においてコンパクト化への妨げとなる。また、一酸化炭素除去器を多段化する場合、反応器を複数化することになるので、加熱部や温度制御手段及び空気の供給手段についても新たに追加する必要があり、また、負荷変動時に応じて空気の供給量を変える必要があることから、携帯機器システムが複雑化してしまうという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、局所的な温度上昇を抑制することができ、また、コンパクトでシンプルな構造とすることができる一酸化炭素除去器、反応装置及び燃料電池システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、反応物が流通し、触媒層が形成された反応流路を有する一酸化炭素除去器において、
前記触媒層が前記反応流路に沿って形成され、
反応物をそれぞれ前記反応流路内に導入するための複数の導入口と、
複数の孔が形成されている遮蔽版と、
前記反応流路内が前記遮蔽版で仕切られて形成された複数の流路と、を備え、
前記複数の導入口のうち少なくとも一つの導入口が、前記複数の流路の一方の流路に配設され、
前記複数の導入口のうち他方の導入口が、前記複数の流路の他方の流路に配設されていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の一酸化炭素除去器において、
前記触媒層は、前記複数の流路のいずれか一方の流路の内壁面のうち前記遮蔽板と対向する内壁面に設けられていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の一酸化炭素除去器において、
前記複数の導入口のうち前記触媒層を有する流路に位置する導入口には、一酸化炭素を含むガスが導入され、
他方の導入口には、前記一酸化炭素を酸化する酸化剤を含むガスが導入されることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の一酸化炭素除去器において、
前記複数の孔は、前記反応物の導入側を排出側に比して疎となるように形成されていることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の一酸化炭素除去器において、
前記複数の孔の径は、前記反応物の導入側を排出側に比して小さく形成されていることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の一酸化炭素除去器において、前記反応流路内を流通する前記反応物の流れが層流であることを特徴とする。
請求項７の発明は、反応装置において、請求項１〜６のいずれか一項に記載の一酸化炭素除去器と、
燃料を改質し、改質した改質ガスを前記一酸化炭素除去器に供給する改質器と、
を備えることを特徴とする。
請求項８の発明は、燃料電池システムにおいて、請求項７に記載の反応装置と、
前記反応装置により生成される生成ガスから電気化学反応により電力を取り出す燃料電池と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、局所的な温度上昇を抑制することができ、また、コンパクトでシンプルな構造とすることができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
［第一の実施の形態］
図１は、本発明の一酸化炭素除去器１００が用いられる燃料電池システム１のブロック図である。
燃料電池システム１は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistant)、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、ゲーム機器、遊技機、その他の電子機器に備え付けられたものであり、電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。

燃料電池システム１は、燃料容器２と、気化器３と、改質器４と、一酸化炭素除去器１００と、触媒燃焼器５と、水素燃焼器６と、燃料電池７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ８と、２次電池９と、制御部１０と、を備える。燃料容器２は、メタノール、エタノール、ブタン等の燃料と水を別々に又は混合した状態で貯留し、図示しないマイクロポンプにより燃料及び水の混合液を気化器３を介して改質器４から一酸化炭素除去器１００に供給する。なお、以下の説明では燃料としてメタノールを使用する場合について説明するが、エタノール、ブタン等の燃料についても同様である。なお、気化器３、改質器４、一酸化炭素除去器１００、触媒燃焼器５は断熱容器１１に収容されており、これによって反応装置１３が構成されている。

燃料容器２から供給された燃料と水は、気化器３により気化され、改質器４に供給される。改質器４は、気化器３から供給された燃料と水の混合気を化学反応式（１）のように反応させ、主生成物である水素ガス、二酸化炭素ガス（及び後述の副生成物である一酸化炭素を含む）の混合気体を生成する。一酸化炭素除去器１００は、化学反応式（１）についで逐次的に起こる化学反応式（２）のような式によって微量に副生される一酸化炭素を化学反応式（３）のように酸化させることで混合気体から除去する。以下、この一酸化炭素を除去した混合気体を生成ガスと言う。生成ガスは燃料電池７の燃料極側に供給される。

ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ₂ …（１）
Ｈ₂＋ＣＯ₂→Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ …（２）
２ＣＯ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂ …（３）

燃料電池７の燃料極側には一酸化炭素除去器１００から生成ガスが供給される。生成ガスのうちの水素ガスは電気化学反応式（４）に示すように、燃料極に設けられた触媒により水素イオンと電子とに分離される。水素イオンは電解質膜を通過して酸素極側へ移動し、電子は外部回路を経て酸素極に移動する。酸素極側では電気化学反応式（５）に示すように、電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を経て酸素極から供給される電子と、外気から供給される酸素ガスとの化学反応により水を生成する。この燃料極と酸素極の電極電位の差から電気エネルギーを取り出すことができる。

Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（４）
２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋１／２Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ …（５）

なお、上記電気化学反応をせずに残った水素ガス（以下、オフガスと言う）は、触媒燃焼器５に供給される。
触媒燃焼器５は、燃料容器２から供給された燃料、または、燃料電池７から排出されるオフガスに、酸素を混在させて燃焼し改質器４を２５０℃以上、例えば約２５０〜４００℃に加熱し、一酸化炭素除去器１００を２００℃未満、例えば約１１０〜１９０℃に加熱する。
また、改質器４や一酸化炭素除去器１００には、それぞれヒータが設けられており、改質器４に設けられたヒータは、起動時に触媒燃焼器５の代わりに改質器４を上記温度に加熱し、一酸化炭素除去気１００に設けられたヒータは、起動時に触媒燃焼器５の代わりに一酸化炭素除去器１００を上記温度に加熱する。
水素燃焼器６は、触媒燃焼器５から排出されたオフガスに、酸素を混在させて燃焼する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、燃料電池７により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちに電子機器１２に供給する機能の他に、燃料電池７により生成された電気エネルギーを２次電池９に充電し、燃料電池７側が運転されていない時に、電子機器１２に２次電池側から電気エネルギーを供給する機能も果たせるようになっている。制御部１０は気化器３、改質器４、一酸化炭素除去器１００、触媒燃焼器５、水素燃焼器６、燃料電池７を運転するために必要な図示しないポンプやバルブ類、センサー類、そして、ヒータ類、ＤＣ／ＤＣコンバータ８等を制御し、電子機器１２に安定して電気エネルギーが供給されるような制御を行う。

次に、一酸化炭素除去器１００の構造について説明する。
図２は、一酸化炭素除去器１００の概略を示した側断面図、図３は、図２の切断線III−IIIに沿って切断した際の矢視断面図、図４は、図２の切断線IV−IVに沿って切断した際の矢視断面図である。
一酸化炭素除去器１００は、改質器４から供給される改質ガス及びエアポンプから供給される空気が流通する反応流路１０２を有する反応器本体１０１と、反応器本体１０１に接続されて改質ガスを反応流路１０２内に導入する改質ガス導入路１０６、反応器本体１０１に接続されて空気を反応流路１０２内に導入する空気導入路１０７と、反応流路１０２内のうち、改質ガス導入路１０６（改質ガス導入管１０４）と空気導入路１０７（空気導入管１０５）との間に相当する位置で反応流路１０２内を仕切る遮蔽板１０３と、を備える。
反応器本体１０１は、長尺な箱状をなし、内部に長手方向に沿って延在する反応流路１０２が形成されている。反応器本体１０１の長尺方向における一端面１０１aには、反応流路１０２の一端部に連通し改質ガスを反応流路１０２内に導入する改質ガス導入口１０８と、反応流路１０２の一端部に連通し空気を反応流路１０２内に導入する空気導入口１０９と、が上下に並んで形成されている。図２中、後述する触媒層１１５側の第一の流路部１１２に対応して改質ガス導入口１０８が位置し、触媒層１１５と反対側の第二の流路部１１３に対応して空気導入口１０９が位置している。
改質ガス導入口１０８には、改質ガス導入路１０６を有する改質ガス導入管１０４が接続され、空気導入口１０９には、空気導入路１０７を有する空気導入管１０５が接続されている。改質ガス導入路１０６及び空気導入路１０７は、反応流路１０２に沿って（反応器本体１０１の長手方向に沿って）形成された触媒層１１５に対して直交する方向に配置されている。
また、反応器本体１０１の長尺方向における他端面１０１bには、反応流路１０２の他端部に連通し一酸化炭素除去後の改質ガス（生成ガス）が排出される排出口１１０が形成されている。
排出口１１０は、遮蔽板１０３を介して第一の流路部１１２及び第二の流路部１１３に連通して形成されており、排出口１１０には排出管１１１が接続されている。
改質ガス導入管１０４は改質器４から改質ガス導入口１０８を介して改質ガスを反応流路１０２へ供給し、空気導入管１０５はエアポンプから空気導入口１０９を介して空気を反応流路１０２へ供給する。そして、排出管１１１は反応器本体１０１から排出口１１０を介して一酸化炭素除去後の改質ガス（生成ガス）を燃料電池７へ供給する。

遮蔽板１０３は、反応器本体１０１の長手方向に沿って延在する薄板状をなし、反応流路１０２内の、改質ガス導入口１０８と空気導入口１０９との間に相当する位置に、反応器本体１０１の上下面と略平行に設けられている。遮蔽板１０３は、その上下面を貫通する多数の孔１１４が形成されている。この遮蔽板１０３によって、反応流路１０２は第一の流路部１１２と第二の流路部１１３とに仕切られるとともに、多数の孔１１４によって第一の流路部１１２と第二の流路部１１３とが互いに連通するようになっている。
多数の孔１１４は、図４に示すように、平面視円形状をなし、遮蔽板１０３に等間隔に形成されている。なお、孔１１４の形状は適宜変更可能である。
また、図４に示す多数の孔１１４は、遮蔽板１０３に等間隔でかつ同じ大きさに形成されているが、例えば、図５に示す遮蔽板１０３Ａのように、導入口１０８Ａ，１０９Ａ側を排出口１１０Ａ側に比して疎となるように形成し、また、孔１１４Ａの径は、導入口１０８Ａ，１０９Ａ側を排出口１１０Ａ側に比して小さくなるように形成することが好ましい。このように多数の孔１１４Ａを、各導入口１０８Ａ，１０９Ａ側を排出口１１０Ａ側に比して疎となるように形成し、また、孔１１４Ａの径を、導入口１０８Ａ，１０９Ａ側を排出口１１０Ａ側に比して小さくなるように形成することによって、改質ガスと空気との混合において、反応初期での改質ガスに対する空気の混合割合を少なくし、導入口１０８Ａ，１０９Ａ側で酸化反応の反応量を低減し反応熱による急激な温度上昇を抑制でき、改質ガスと空気を緩やかに混合させて徐々に反応させることができる。

また、反応流路１０２を形成する内壁面（第一の流路部１１２を形成する内壁面）のうち、遮蔽板１０３に対向する内壁面１０２aには、一酸化炭素除去反応を起こす触媒層１１５が、反応流路１０２に沿って形成されている。触媒層１１５としては、一酸化炭素選択酸化触媒（例えば、白金等）が担持されたものが挙げられる。

さらに、図示しないが反応器本体１０１の下面に薄膜ヒータが形成されている。薄膜ヒータは電気エネルギーにより発熱する電熱膜であり、具体的には電気抵抗性発熱体、半導体性発熱体を薄膜状に成膜したものである。

図６は、図２の拡大側断面図であり、反応分子の拡散状態を示している。
上述の構成をなした一酸化炭素除去器１００においては、改質ガス導入管１０４から反応流路１０２内に供給された改質ガスと、空気導入管１０５から反応流路１０２内に供給された空気は、遮蔽板１０３に形成された多数の孔１１４を通じてしか相互に混合されない。さらに、反応流路１０２内の第一の流路部１１２、第二の流路部１１３が層流支配下となる条件、すなわちレイノルズ数が２０００以下となる条件では、多数の孔１１４を通じて合流した改質ガス及び空気は分子拡散による混合となるため、相互の流体の混合はゆるやかに進行し、混合が完結するまでの反応流路１０２間では、触媒表面上では酸素が欠乏した状態となり、改質ガスと空気を完全に混合させた後に反応させた場合と比較して一酸化炭素の酸化反応が緩やかに進行するため、導入口１０８，１０９側の反応熱による局所的な温度上昇を抑えることができる。
このように局所的な温度上昇を抑えることができるため、それに伴い逆シフト反応による一酸化炭素生成を抑えることができ、燃料電池７の電極部に搭載される触媒への一酸化炭素による被毒を防止することができる。

以上のように、一酸化炭素除去器１００は、触媒層１１５が反応流路１０２に沿って形成され、触媒層１１５に対して直交する方向に並んで設けられ、反応流路１０２内に改質ガスを導入する改質ガス導入口１０８と、空気を導入する空気導入口１０９と、反応流路１０２内のうち、改質ガス導入口１０８と空気導入口１０９の間に相当する位置で反応流路１０２内を仕切る遮蔽板１０３と、を備え、遮蔽板１０３には、遮蔽板１０３によって仕切られた第一の流路部１１２及び第二の流路部１１３を連通する多数の孔１１４が形成されているので、それぞれのガスの混合は多数の孔１１４を通じた分子拡散により進行することとなる。そのため、一つの反応流路で改質ガスと空気を層流により混合させた場合と比較して、反応流路１０２内の熱あるいは重力により引き起こされる乱流の影響を抑えることができ。層流状態を維持した状態で混合することができる。したがって、改質ガスと空気の混合の進行度を遅らせることができ、混合が完結していない反応流路域の触媒表面上では反応分子である酸素が欠乏することとなり、触媒層１１５の各導入口１０８，１０９側で集中的に起こりやすい一酸化炭素酸化反応による局所的な温度上昇及びそれに伴い併発される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、多数の孔１１４と層流によって改質ガスと空気の混合を行うので、多段階反応器のように空気の供給手段を複数設ける必要がなく、また、負荷変動時においても、多段階反応器のように複数の反応器へ供給する空気の流量を反応器の数だけそれぞれ最適の量に制御を行う必要もないため、一酸化炭素除去器１００をコンパクトでシンプルな構造にすることができる。
さらに、触媒層１１５は、反応流路１０２を形成する内壁面のうち遮蔽板１０３と対向する一方の内壁面１０２aに設けられ、触媒層１１５側に改質ガス導入口１０８が配置され、触媒層１１５と反対側に空気導入口１０９が配置されているので、酸素を触媒層１１５に徐々に触れさせることができ、酸化反応の反応量を低減し反応熱による急激な温度上昇を抑制できる。したがって、改質ガスと空気を緩やかに混合させて徐々に反応させることで、均等に熱が上昇する。その結果、反応温度を反応流路１０２内で均等に保つことができ、反応温度の制御が容易となり、反応流路１０２内の反応管理精度が高くなり、一酸化炭素除去率が高くなる。

［第二の実施の形態］
図７は、一酸化炭素除去器２００の概略を示しており、図８の第一及び第二の基板２０２，２０３、遮蔽板２０４を重ねて接合した状態で切断線VII−VIIに沿って切断した際の矢視断面図、図８(a)は、第二の基板２０３の平面図、(b)は、遮蔽板２０４の平面図、(c)は、第一の基板２０２の平面図である。
第二の実施の形態の一酸化炭素除去器２００は、第一の実施の形態と同様に、反応器本体２０１と、改質ガス導入路２１４と、空気導入路２１５と、遮蔽板２０４と、を備える。
反応器本体２０１は、板状に形成された第一の基板２０２と、第二の基板２０３と、を互いに重ね合わせて接合した構造を有している。これら第一の基板２０２と第二の基板２０３との間には遮蔽板２０４が挟持されている。
第一の基板２０２の、遮蔽板２０４との接合面には葛折り状の第一の溝２０５が凹んだ状態に形成されており、第二の基板２０３の、遮蔽板２０４との接合面にも葛折り状の第二の溝２０６が凹んだ状態に形成され、これら第一及び第二の溝２０５，２０６を互いに対向させるとともに、第一及び第二の溝２０５，２０６を遮蔽板２０４で塞ぐようにして第一の基板２０２と第二の基板２０３とを接合することによって、第一及び第二の溝２０５，２０６が反応流路２０７となる。なお、後述するが、反応流路２０７内に遮蔽板２０４を配置することによって、反応流路２０７は、第一の溝２０５と遮蔽板２０４によって形成される第一の流路部２０８と、第二の溝２０６と遮蔽板２０４によって形成される第二の流路部２０９とに仕切られる。

第一の基板２０２には、第一の溝２０５の一端部に連通する改質ガス導入口２１０が形成され、第二の基板２０３には、第二の溝２０６の一端部に連通する空気導入口２１１が形成されている。また、改質ガス導入口２１０には内部に改質ガス導入路２１４を有する改質ガス導入管２１２が接続され、空気導入口２１１には内部に空気導入路２１５を有する空気導入管２１３が接続されている。改質ガス導入路２１４及び空気導入路２１５は、後述の触媒層２１９に対して直交する方向（第一及び第二の基板２０２，２０３の上下方向）に配置されている。さらに、第二の基板２０３には、第二の溝２０６の他端部に連通する排出口２１６が形成され、排出口２１６には排出管２１７が接続されている。
改質ガス導入管２１２は上述の改質器４から改質ガス導入口２１０を介して改質ガスを反応流路２０７へ供給し、空気導入管２１３はエアポンプから空気導入口２１１を介して空気を反応流路２０７へ供給する。そして、排出管２１７は反応器本体２０１から排出口２１６を介して一酸化炭素除去後の改質ガス（生成ガス）を燃料電池７へ供給する。

遮蔽板２０４は、第一の基板２０２及び第二の基板２０３と略同形状の薄板状をなし、第一の基板２０２と第二の基板２０３との間に挟持されている。すなわち、反応流路２０７内のうち、改質ガス導入口２１０と空気導入口２１１の間に相当する位置に配置されている。遮蔽板２０４は、その上下面で、かつ、第一の溝２０５及び第二の溝２０６に沿うように多数の孔２１８が上下面を貫通して形成されている。この遮蔽板２０４によって、反応流路２０７は第一の流路部２０８と第二の流路部２０９とに仕切られるとともに、多数の孔２１８によって第一の流路部２０８と第二の流路部２０９とが互いに連通するようになっている。
多数の孔２１８は、平面視円形状をなし、それぞれ等間隔に形成されている。なお、この孔２１８も、第一の実施の形態の図５のように、各導入口２１０，２１１側を排出口２１６側に比して疎となるように形成し、また、孔２１８の径を、各導入口２１０，２１１側を排出口２１６側に比して小さくなるように形成することが好ましい。また、孔２１８の形状も適宜変更可能である。

また、反応流路２０７を形成する内壁面（第一の流路部２０８を形成する内壁面）のうち、遮蔽板２０４に対向する内壁面２０７aには、一酸化炭素除去反応を起こす触媒層２１９が反応流路２０７に沿って形成されている。触媒層２１９としては、一酸化炭素選択酸化触媒（例えば、白金等）が担持されたものが挙げられる。
さらに、図示しないが第一の基板２０２の接合面とは反対側の面（図７中下面）に薄膜ヒータが形成されている。薄膜ヒータは電気エネルギーにより発熱する電熱膜であり、具体的には電気抵抗性発熱体、半導体性発熱体を薄膜状に成膜したものである。

なお、第一の基板２０２及び第二の基板２０３としては、例えばガラスを使用することが好ましく、遮蔽板２０４としては、例えばシリコンを使用することが好ましく、この場合、第一の基板２０２、第二の基板２０３及び遮蔽板２０４は陽極接合によって接合することが好ましい。また、その他、金属、セラミック、アルミニウム等の材料を使用しても構わない。

［第三の実施の形態］
図９(a)及び(b)は、一酸化炭素除去器３００の組み立て手順を示す側断面図、図１０は、図９の切断線X−Xに沿って切断した際の矢視断面図である。
第三の実施の形態の一酸化炭素除去器３００も、第一の実施の形態と同様に、反応器本体３０１と、改質ガス導入路３１４と、空気導入路３１５と、遮蔽板３０９と、を備える。
反応器本体３０１は、下面で開口した上蓋３０２と、上蓋３０２内に収容された複数のフィン３０４a，３０４bと、上蓋３０２の下側開口を閉塞した下基板３０３と、を備える。
複数のフィン３０４a，３０４bは、板状をなし、下基板３０３の上面で長手方向側面に対して垂直で、かつ、下基板３０３の両側面に互い違いとなるように立設されており、これら複数のフィン３０４a，３０４bによって下基板３０３の上面に葛折り状の溝３０５が形成されている。フィン３０４a，３０４bの高さは、上蓋３０２の高さにほぼ等しい。このように複数のフィン３０４a，３０４bが立設された下基板３０３の上面に、フィン３０４a，３０４bを収容するように上蓋３０２を接合することによって葛折り状の溝３０５が反応流路３０６とされる。また、反応流路３０６内には後述の波板状の遮蔽板３０９が配置され、これによって反応流路３０６が、第一の流路部３０７と、第二の流路部３０８とに仕切られる。

下基板３０３には、第一の流路部３０７の一端部に連通する改質ガス導入口３１０と、第二の流路部３０８の一端部に連通する空気導入口３１１が形成されている。また、改質ガス導入口３１０には内部に改質ガス導入路３１４を有する改質ガス導入管３１２が接続され、空気導入口３１１には内部に空気導入路３１５を有する空気導入管３１３が接続されている。改質ガス導入路３１４及び空気導入路３１５は、後述の触媒層３０９に対して直交する方向に配置されている。さらに、下基板３０３には、遮蔽板３０９を介して第一の流路部３０７及び第二の流路部３０８の他端部に連通する排出口３１６が形成され、排出口３１６に排出管３１７が接続されている。
改質ガス導入管３１２は上述の改質器４から改質ガス導入口３１０を介して改質ガスを反応流路３０６へ供給し、空気導入管３１３はエアポンプから空気導入口３１１を介して空気を反応流路３０６へ供給する。そして、排出管３１７は反応器本体３０１から排出口３１６を介して一酸化炭素除去後の改質ガス（生成ガス）を燃料電池７へ供給する。

遮蔽板３０９は、下基板３０３の上面に立設され、複数のフィン３０４a，３０４b間に配置されるように波板状をなしている。そして、反応流路３０６内のうち、改質ガス導入口３１０と空気導入口３１１の間に相当する位置に配置されている。遮蔽板３０９は、互いに対向する両側面（フィン３０４a，３０４bに対向する側面）を貫通する多数の孔３１８が形成されている。この遮蔽板３０９によって、反応流路３０６は第一の流路部３０７と第二の流路部３０８とに仕切られるとともに、多数の孔３１８によって第一の流路部３０７と第二の流路部３０８とが互いに連通するようになっている。
多数の孔３１８は、側面視円形状をなし、それぞれ等間隔に形成されている。なお、この孔３１８も、第一の実施の形態の図５のように、各導入口３１０，３１１側を排出口３１６側に比して疎となるように形成し、また、孔３１８の径を、各導入口３１０，３１１側を排出口３１６側に比して小さくなるように形成することが好ましい。また、孔３１８の形状も適宜変更可能である。

また、第一の流路部３０７を形成する内壁面のうち、遮蔽板３０９に対向する内壁面（下基板３０３の長手方向における一方の側面と接合されるフィン３０４aの表面）には、一酸化炭素除去反応を起こす触媒層３１９が第一の流路部３０７に沿って形成されている。触媒層３１９としては、一酸化炭素選択酸化触媒（例えば、白金等）が担持されたものが挙げられる。
さらに、図示しないが、下基板３０３の下面に薄膜ヒータが反応流路３０６に沿って葛折り状に形成されている。薄膜ヒータは電気エネルギーにより発熱する電熱膜であり、具体的には電気抵抗性発熱体、半導体性発熱体を薄膜状に成膜したものである。

なお、上蓋３０２、下基板３０３としては、例えばＳＵＳやガラス、シリコンなどを使用することが好ましく、フィン３０４a，３０４b、遮蔽板３０９としては、例えばＳＵＳを使用することが好ましい。その他、金属、セラミック、アルミニウム等の材料を使用しても構わない。また、上蓋３０２、下基板３０３、フィン３０４a，３０４b及び遮蔽板３０９のそれぞれの接合は蝋付けにより接合されているが、他の接合方法でも構わない。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の一酸化炭素除去器１００が用いられる燃料電池システム１のブロック図である。 一酸化炭素除去器１００の概略を示した側断面図である。 図２の切断線III−IIIに沿って切断した際の矢視断面図である。 図２の切断線IV−IVに沿って切断した際の矢視断面図である。 図４の変形例であって、遮蔽板１０３Ａを示した図である。 図２の拡大側断面図であり、反応分子の拡散状態を示している。 一酸化炭素除去器２００の概略を示しており、図８の第一及び第二の基板２０２，２０３、遮蔽板２０４を重ねて接合した状態で、切断線VII−VIIに沿って切断した際の矢視断面図である。 (a)は、第二の基板２０３の平面図、(b)は、遮蔽板２０４の平面図、(c)は、第一の基板２０２の平面図である。 (a)及び(b)は、一酸化炭素除去器３００の組み立て手順を示す側断面図である。 図９の切断線X−Xに沿って切断した際の矢視断面図である。

符号の説明

１ 燃料電池システム
４ 改質器
７ 燃料電池
１３ 反応装置
１００，２００，３００ 一酸化炭素除去器
１０２，２０７，３０６ 反応流路
１０２a 内壁面
１０３，２０４，３０９ 遮蔽板
１０６，２１４，３１４ 改質ガス導入路
１０７，２１５，３１５ 空気導入路
１１４，１１４Ａ，２１８，３１８ 孔
１１５，２１９，３１９ 触媒層

Claims (8)

1. 反応物が流通し、触媒層が形成された反応流路を有する一酸化炭素除去器において、
   前記触媒層が前記反応流路に沿って形成され、
   反応物をそれぞれ前記反応流路内に導入するための複数の導入口と、
   複数の孔が形成されている遮蔽版と、
   前記反応流路内が前記遮蔽版で仕切られて形成された複数の流路と、を備え、
   前記複数の導入口のうち少なくとも一つの導入口が、前記複数の流路の一方の流路に配設され、
   前記複数の導入口のうち他方の導入口が、前記複数の流路の他方の流路に配設されていることを特徴とする一酸化炭素除去器。
2. 前記触媒層は、前記複数の流路のいずれか一方の流路の内壁面のうち前記遮蔽板と対向する内壁面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の一酸化炭素除去器。
3. 前記複数の導入口のうち前記触媒層を有する流路に位置する導入口には、一酸化炭素を含むガスが導入され、
   他方の導入口には、前記一酸化炭素を酸化する酸化剤を含むガスが導入されることを特徴とする請求項２に記載の一酸化炭素除去器。
4. 前記複数の孔は、前記反応物の導入側を排出側に比して疎となるように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の一酸化炭素除去器。
5. 前記複数の孔の径は、前記反応物の導入側を排出側に比して小さく形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の一酸化炭素除去器。
6. 前記反応流路内を流通する前記反応物の流れが層流であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の一酸化炭素除去器。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の一酸化炭素除去器と、
   燃料を改質し、改質した改質ガスを前記一酸化炭素除去器に供給する改質器と、を備えることを特徴とする反応装置。
8. 請求項７に記載の反応装置と、
   前記反応装置により生成される生成ガスから電気化学反応により電力を取り出す燃料電池と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。

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