JP3473758B2 - ガス濃度検知器および水素精製装置 - Google Patents
ガス濃度検知器および水素精製装置Info
- Publication number
- JP3473758B2 JP3473758B2 JP2000167987A JP2000167987A JP3473758B2 JP 3473758 B2 JP3473758 B2 JP 3473758B2 JP 2000167987 A JP2000167987 A JP 2000167987A JP 2000167987 A JP2000167987 A JP 2000167987A JP 3473758 B2 JP3473758 B2 JP 3473758B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- concentration
- temperature
- carbon monoxide
- catalyst layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス濃度検知器お
よび水素精製装置に関する。さらに詳しくは、燃料電池
などの燃料に用いられる水素を主成分とし、一酸化炭素
（以下、「ＣＯ」と記載する。）を含有する改質ガス中
のＣＯ濃度を検知する装置および水素精製装置に関す
る。
よび水素精製装置に関する。さらに詳しくは、燃料電池
などの燃料に用いられる水素を主成分とし、一酸化炭素
（以下、「ＣＯ」と記載する。）を含有する改質ガス中
のＣＯ濃度を検知する装置および水素精製装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来から、燃料電池などに用いられる水
素は、メタン、プロパン、ガソリンおよび灯油などの炭
化水素系燃料、メタノールなどのアルコール系燃料また
はジメチルエーテルなどのエーテル系燃料に水蒸気を混
合し、加熱した改質触媒に接触させて発生させている。
通常、炭化水素系燃料は５００〜８００℃程度、アルコ
ール系やエーテル系燃料は２００〜４００℃程度の温度
で改質される。改質の際にはＣＯが発生するが、高温で
改質を行うほど、発生するＣＯの濃度は上昇する。特に
炭化水素系燃料を用いる場合には、改質ガスのＣＯ濃度
が１０体積％前後となる。そこで、ＣＯ変成触媒を用い
てＣＯと水素とを反応させ、数千ｐｐｍ〜数体積％程度
にＣＯ濃度を低減させている。
素は、メタン、プロパン、ガソリンおよび灯油などの炭
化水素系燃料、メタノールなどのアルコール系燃料また
はジメチルエーテルなどのエーテル系燃料に水蒸気を混
合し、加熱した改質触媒に接触させて発生させている。
通常、炭化水素系燃料は５００〜８００℃程度、アルコ
ール系やエーテル系燃料は２００〜４００℃程度の温度
で改質される。改質の際にはＣＯが発生するが、高温で
改質を行うほど、発生するＣＯの濃度は上昇する。特に
炭化水素系燃料を用いる場合には、改質ガスのＣＯ濃度
が１０体積％前後となる。そこで、ＣＯ変成触媒を用い
てＣＯと水素とを反応させ、数千ｐｐｍ〜数体積％程度
にＣＯ濃度を低減させている。
【０００３】さらに、車載用や家庭用として用いられる
固体高分子電解質型燃料電池のように、１００℃以下の
低温で作動する燃料電池の場合には、電極に用いられて
いるＰｔ触媒が改質ガスに含まれているＣＯによって被
毒されるおそれがあるため、改質ガスを燃料電池に供給
する前にそのＣＯ濃度を１００ｐｐｍ以下、好ましくは
１０ｐｐｍ以下に除去しておく必要がある。そのため、
触媒を充填したＣＯ浄化部を水素精製装置に設け、ＣＯ
をメタン化または微量の空気を加えて選択的に酸化する
ことによって、ＣＯを除去している。ＣＯをＣＯ浄化触
媒で選択酸化によって除去する場合には、Ｐｔ、Ｒｕ、
ＲｈまたはＰｄなどの貴金属触媒が主として用いられ
る。充分にＣＯを除去するためには、ＣＯに対して１〜
３倍程度の酸素を必要とする。ここで、燃料電池システ
ムの発電量を変えるため供給する水素量が変化した場合
や、長期間装置を運転させて触媒活性が多少低下した場
合には、改質ガス中のＣＯ濃度が変化する。そのため、
酸素量を最適値に制御するためには、ＣＯ濃度を検知す
る必要がある。
固体高分子電解質型燃料電池のように、１００℃以下の
低温で作動する燃料電池の場合には、電極に用いられて
いるＰｔ触媒が改質ガスに含まれているＣＯによって被
毒されるおそれがあるため、改質ガスを燃料電池に供給
する前にそのＣＯ濃度を１００ｐｐｍ以下、好ましくは
１０ｐｐｍ以下に除去しておく必要がある。そのため、
触媒を充填したＣＯ浄化部を水素精製装置に設け、ＣＯ
をメタン化または微量の空気を加えて選択的に酸化する
ことによって、ＣＯを除去している。ＣＯをＣＯ浄化触
媒で選択酸化によって除去する場合には、Ｐｔ、Ｒｕ、
ＲｈまたはＰｄなどの貴金属触媒が主として用いられ
る。充分にＣＯを除去するためには、ＣＯに対して１〜
３倍程度の酸素を必要とする。ここで、燃料電池システ
ムの発電量を変えるため供給する水素量が変化した場合
や、長期間装置を運転させて触媒活性が多少低下した場
合には、改質ガス中のＣＯ濃度が変化する。そのため、
酸素量を最適値に制御するためには、ＣＯ濃度を検知す
る必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、一般的に行わ
れるような、ＣＯによる赤外波長の光線の吸収からＣＯ
濃度を検知したり、ＣＯ吸着による抵抗値の変化からＣ
Ｏ濃度を検知する手法は、改質ガス中で安定に機能しな
かったり、高コストであるため、現在のところ適用が困
難である。このため、ＣＯ浄化触媒に供給する酸素量を
常に最適に保つすることは困難であった。また、燃料電
池システムの起動時において、水素精製器でＣＯが充分
に除去された後でも、燃料電池に改質ガスが供給可能で
あることの判断が困難であった。
れるような、ＣＯによる赤外波長の光線の吸収からＣＯ
濃度を検知したり、ＣＯ吸着による抵抗値の変化からＣ
Ｏ濃度を検知する手法は、改質ガス中で安定に機能しな
かったり、高コストであるため、現在のところ適用が困
難である。このため、ＣＯ浄化触媒に供給する酸素量を
常に最適に保つすることは困難であった。また、燃料電
池システムの起動時において、水素精製器でＣＯが充分
に除去された後でも、燃料電池に改質ガスが供給可能で
あることの判断が困難であった。
【０００５】以上のように、従来の技術においては、改
質ガス中で有効な安価で信頼性のあるＣＯ濃度検知手段
が無かったため、ＣＯ浄化触媒の機能が充分に発揮でき
なかったり、起動時における燃料電池への改質ガス供給
を開始するために長い待機運転が必要であった。したが
って、本発明は、改質ガス中のＣＯ濃度を安価にかつ信
頼性をもって検知することのできる手段、およびＣＯ浄
化触媒の機能が充分に発揮され得る水素精製装置を提供
することを目的とする。
質ガス中で有効な安価で信頼性のあるＣＯ濃度検知手段
が無かったため、ＣＯ浄化触媒の機能が充分に発揮でき
なかったり、起動時における燃料電池への改質ガス供給
を開始するために長い待機運転が必要であった。したが
って、本発明は、改質ガス中のＣＯ濃度を安価にかつ信
頼性をもって検知することのできる手段、およびＣＯ浄
化触媒の機能が充分に発揮され得る水素精製装置を提供
することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成すべ
く、本発明は、少なくとも水素および一酸化炭素を含む
ガスを供給する第一ガス供給部と、酸素含有ガスを供給
する第二ガス供給部と、第一ガス供給部と第二ガス供給
部の下流側に設けられた触媒層を具備する反応室と、前
記触媒層の温度および／または前記触媒層通過後のガス
温度を検知する温度検知器とを具備し、前記温度検知器
の検出する温度が低下する際の酸素含有ガスの供給量に
より、前記触媒層通過後のガスの一酸化炭素濃度を検知
することを特徴とするガス濃度検知器を提供する。この
ガス濃度検知器においては、前記反応室の温度が一定に
制御されているのが有効である。また、前記触媒層の上
流側に第一温度検知器が設けられ、前記触媒層の下流側
に第二温度検知器が設けられているのが有効である。さ
らに、前記触媒層が、少なくともＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐ
ｄまたはＮｉを活性成分とするのが有効である。また、
第二ガス供給部から供給される酸素含有ガスの流量を制
御する制御部を具備し、酸素含有ガスの流量を調節する
ことにより一酸化炭素濃度の検知範囲を変えることがで
きるのが有効である。
く、本発明は、少なくとも水素および一酸化炭素を含む
ガスを供給する第一ガス供給部と、酸素含有ガスを供給
する第二ガス供給部と、第一ガス供給部と第二ガス供給
部の下流側に設けられた触媒層を具備する反応室と、前
記触媒層の温度および／または前記触媒層通過後のガス
温度を検知する温度検知器とを具備し、前記温度検知器
の検出する温度が低下する際の酸素含有ガスの供給量に
より、前記触媒層通過後のガスの一酸化炭素濃度を検知
することを特徴とするガス濃度検知器を提供する。この
ガス濃度検知器においては、前記反応室の温度が一定に
制御されているのが有効である。また、前記触媒層の上
流側に第一温度検知器が設けられ、前記触媒層の下流側
に第二温度検知器が設けられているのが有効である。さ
らに、前記触媒層が、少なくともＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐ
ｄまたはＮｉを活性成分とするのが有効である。また、
第二ガス供給部から供給される酸素含有ガスの流量を制
御する制御部を具備し、酸素含有ガスの流量を調節する
ことにより一酸化炭素濃度の検知範囲を変えることがで
きるのが有効である。
【０００７】また、本発明は、一酸化炭素の酸化に対し
て活性を有する触媒層を具備する一酸化炭素浄化部と、
前記一酸化炭素浄化部に空気を供給する空気供給部と、
前記一酸化炭素浄化部の少なくとも下流側に設置された
温度検知器とを備え、前記温度検知器の検出する温度が
低下する際の酸素含有ガスの供給量により、前記一酸化
炭素浄化部通過後のガスの一酸化炭素濃度を検知するこ
とを特徴とする水素精製装置も提供する。
て活性を有する触媒層を具備する一酸化炭素浄化部と、
前記一酸化炭素浄化部に空気を供給する空気供給部と、
前記一酸化炭素浄化部の少なくとも下流側に設置された
温度検知器とを備え、前記温度検知器の検出する温度が
低下する際の酸素含有ガスの供給量により、前記一酸化
炭素浄化部通過後のガスの一酸化炭素濃度を検知するこ
とを特徴とする水素精製装置も提供する。
【０００８】さらに、本発明は、水素精製装置と燃料電
池を含む燃料電池システムに応用することもできる。例
えば、本発明は、水素精製装置および燃料電池を具備す
る燃料電池システムであって、ガス温度検知器が水素精
製装置と燃料電池の中間に設置されており、前記ガス温
度検知器の信号によって燃料電池に導入されるガスの一
酸化炭素濃度を検知し、前記一酸化炭素濃度に応じて前
記浄化部と燃料電池を連結するガス流路が切り替わっ
て、前記ガスを燃料電池に導入させないことを特徴とす
る燃料電池システムをも提供する。
池を含む燃料電池システムに応用することもできる。例
えば、本発明は、水素精製装置および燃料電池を具備す
る燃料電池システムであって、ガス温度検知器が水素精
製装置と燃料電池の中間に設置されており、前記ガス温
度検知器の信号によって燃料電池に導入されるガスの一
酸化炭素濃度を検知し、前記一酸化炭素濃度に応じて前
記浄化部と燃料電池を連結するガス流路が切り替わっ
て、前記ガスを燃料電池に導入させないことを特徴とす
る燃料電池システムをも提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形
態に係るガス濃度検知器の構成を示す概略図である。図
１において、改質ガス入口１から供給された改質ガス
は、反応室２へ送られ、触媒層３を通過した後、改質ガ
ス出口７より排出される。触媒層の上流温度と下流温度
は、第一熱電対５と第二熱電対６でそれぞれ測定され、
信号処理装置８にこの信号が送られて処理された後、Ｃ
Ｏ濃度として出力される。また、反応室２の温度はヒー
ター４によって一定温度に保持されている。また、反応
室２の上流側には空気供給部９が設置されている。本実
施の形態では、改質ガスの組成が天然ガスを水蒸気改質
した場合に得られる改質ガス（ＣＯ濃度が１０〜１００
００ｐｐｍ、二酸化炭素濃度が約２０％、残りが水素）
の場合について述べる。ただし、他の組成であってもＣ
Ｏに対して過剰の水素が存在する条件であれば、本発明
のガス濃度検知器を用いることによる効果に本質的な違
いが生じることはない。
て、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形
態に係るガス濃度検知器の構成を示す概略図である。図
１において、改質ガス入口１から供給された改質ガス
は、反応室２へ送られ、触媒層３を通過した後、改質ガ
ス出口７より排出される。触媒層の上流温度と下流温度
は、第一熱電対５と第二熱電対６でそれぞれ測定され、
信号処理装置８にこの信号が送られて処理された後、Ｃ
Ｏ濃度として出力される。また、反応室２の温度はヒー
ター４によって一定温度に保持されている。また、反応
室２の上流側には空気供給部９が設置されている。本実
施の形態では、改質ガスの組成が天然ガスを水蒸気改質
した場合に得られる改質ガス（ＣＯ濃度が１０〜１００
００ｐｐｍ、二酸化炭素濃度が約２０％、残りが水素）
の場合について述べる。ただし、他の組成であってもＣ
Ｏに対して過剰の水素が存在する条件であれば、本発明
のガス濃度検知器を用いることによる効果に本質的な違
いが生じることはない。
【００１０】つぎに、本発明におけるガス濃度検知器の
動作原理について説明する。触媒層３では空気供給部９
によって供給された酸素により、ＣＯまたは水素が酸化
されて発熱する。このときの発熱量は水素とＣＯの酸化
熱に相当し、水素は１ｍｏｌ当たり約２４０ｋＪ、ＣＯ
は１ｍｏｌ当たり約２９０ｋＪの酸化熱を生じる。ＣＯ
は貴金属に対して吸着性が高いため、酸素に対するＣＯ
の比率が高い場合には貴金属表面を覆い尽くし、水素や
ＣＯの酸化反応を抑制する働きがあることが知られてい
る。このため、一定量の酸素を供給し、ＣＯ濃度を徐々
に上昇させた場合には、あるＣＯ濃度で酸化反応が抑制
されて触媒層３の温度が低下する。この温度低下が起こ
り始めるＣＯ濃度は、供給している酸素量によって決定
されるため、供給酸素量と触媒の温度低下が生じるＣＯ
濃度で検量線を作っておくことにより、ＣＯ濃度を検知
できる。空気供給部９から供給する空気に含まれる酸素
量は検知目標とするＣＯ濃度に対して、１〜３倍が最適
である。
動作原理について説明する。触媒層３では空気供給部９
によって供給された酸素により、ＣＯまたは水素が酸化
されて発熱する。このときの発熱量は水素とＣＯの酸化
熱に相当し、水素は１ｍｏｌ当たり約２４０ｋＪ、ＣＯ
は１ｍｏｌ当たり約２９０ｋＪの酸化熱を生じる。ＣＯ
は貴金属に対して吸着性が高いため、酸素に対するＣＯ
の比率が高い場合には貴金属表面を覆い尽くし、水素や
ＣＯの酸化反応を抑制する働きがあることが知られてい
る。このため、一定量の酸素を供給し、ＣＯ濃度を徐々
に上昇させた場合には、あるＣＯ濃度で酸化反応が抑制
されて触媒層３の温度が低下する。この温度低下が起こ
り始めるＣＯ濃度は、供給している酸素量によって決定
されるため、供給酸素量と触媒の温度低下が生じるＣＯ
濃度で検量線を作っておくことにより、ＣＯ濃度を検知
できる。空気供給部９から供給する空気に含まれる酸素
量は検知目標とするＣＯ濃度に対して、１〜３倍が最適
である。
【００１１】ここで、本実施の形態におけるＣＯ濃度と
触媒層３の上流と下流の温度差との関係を図２に示す。
ＣＯ濃度が一定以上の値になると、触媒層３でのＣＯと
水素の酸化反応が抑制されるため、第一熱電対５と第二
熱電対６によって検知される触媒上流と下流の温度差が
急激に小さくなる。このときのＣＯ濃度は空気供給部９
から供給する空気量によって決定するので、検知したい
ＣＯ濃度に合わせて空気量を設定しておく。また、供給
空気量を変えることによって、温度変化が起こるＣＯ濃
度を変えることができるため、様々な濃度のＣＯを検知
することができる。
触媒層３の上流と下流の温度差との関係を図２に示す。
ＣＯ濃度が一定以上の値になると、触媒層３でのＣＯと
水素の酸化反応が抑制されるため、第一熱電対５と第二
熱電対６によって検知される触媒上流と下流の温度差が
急激に小さくなる。このときのＣＯ濃度は空気供給部９
から供給する空気量によって決定するので、検知したい
ＣＯ濃度に合わせて空気量を設定しておく。また、供給
空気量を変えることによって、温度変化が起こるＣＯ濃
度を変えることができるため、様々な濃度のＣＯを検知
することができる。
【００１２】また、触媒層３に用いられる触媒活性成分
としては、ＣＯの酸化に対して活性を示し、高濃度のＣ
Ｏによって反応が抑制されるものが用いられる。このよ
うなものとしては、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄなどの金属
が例示できる。特に、触媒活性成分として、少なくとも
Ｐｔ、Ｒｕを含有することが好ましい。
としては、ＣＯの酸化に対して活性を示し、高濃度のＣ
Ｏによって反応が抑制されるものが用いられる。このよ
うなものとしては、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄなどの金属
が例示できる。特に、触媒活性成分として、少なくとも
Ｐｔ、Ｒｕを含有することが好ましい。
【００１３】また、作動温度と供給空気量は、検知目標
となるＣＯ濃度以上になった場合に酸化反応が抑制さ
れ、明確に温度変化が現れる条件であればよい。ＣＯに
よる触媒への吸着性は低温ほど高く、酸化反応の抑制作
用が強くなるため、低温ほど低い濃度のＣＯまで検知す
ることができる。逆に、高温になると、ＣＯの吸着によ
る触媒上での酸化反応抑制効果は小さくなるため、温度
変化の生じるＣＯ濃度は高くなる。また、供給する酸素
量によって温度変化の起こるＣＯ濃度は変化する。ＣＯ
に対して酸素量が少ない場合には、酸化反応は抑制され
やすくなるため、低いＣＯ濃度まで検知が可能である。
となるＣＯ濃度以上になった場合に酸化反応が抑制さ
れ、明確に温度変化が現れる条件であればよい。ＣＯに
よる触媒への吸着性は低温ほど高く、酸化反応の抑制作
用が強くなるため、低温ほど低い濃度のＣＯまで検知す
ることができる。逆に、高温になると、ＣＯの吸着によ
る触媒上での酸化反応抑制効果は小さくなるため、温度
変化の生じるＣＯ濃度は高くなる。また、供給する酸素
量によって温度変化の起こるＣＯ濃度は変化する。ＣＯ
に対して酸素量が少ない場合には、酸化反応は抑制され
やすくなるため、低いＣＯ濃度まで検知が可能である。
【００１４】また、触媒層３に用いられる触媒の担持体
としては、特に限定はなく、活性成分を高分散状態で担
持できるものであればよい。このようなものとしては、
アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、マグネシア、チタ
ニア、ゼオライトなどが例示できる。触媒層３に用いら
れる基材には、触媒と反応室中のガスとの接触面積を充
分に確保できるものが用いられる。このようなものとし
ては、ハニカム形状または連通孔を有する発泡体形状の
基材などが好ましく、ペレット形状でもよい。
としては、特に限定はなく、活性成分を高分散状態で担
持できるものであればよい。このようなものとしては、
アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、マグネシア、チタ
ニア、ゼオライトなどが例示できる。触媒層３に用いら
れる基材には、触媒と反応室中のガスとの接触面積を充
分に確保できるものが用いられる。このようなものとし
ては、ハニカム形状または連通孔を有する発泡体形状の
基材などが好ましく、ペレット形状でもよい。
【００１５】また、触媒上での発熱を精度良く検知する
ためには、反応室２の温度が外部環境に影響されないこ
とが好ましく、充分な断熱をおこない、一定温度となる
ように温度調節をおこなうことが好ましい。ここでは、
温度調節のためにヒーターを用いたが、冷却ファンによ
る冷却方式でも、オイルのような熱媒体を用いてもかま
わない。また、ＣＯ濃度をあまり精度良く検知する必要
のない用途であれば、温度調節の必要はない。また、図
１においては、触媒層の温度を検知するために熱電対を
用いたが、温度を検知できるものであれば、サーミスタ
など他の検知手段を用いても構わない。さらに、ここで
は触媒層の上流側と下流側の温度を検知したが、供給す
る改質ガス温度が一定となるような場合には触媒層の下
流側だけを測定しても精度良くＣＯ濃度を測ることがで
きる。
ためには、反応室２の温度が外部環境に影響されないこ
とが好ましく、充分な断熱をおこない、一定温度となる
ように温度調節をおこなうことが好ましい。ここでは、
温度調節のためにヒーターを用いたが、冷却ファンによ
る冷却方式でも、オイルのような熱媒体を用いてもかま
わない。また、ＣＯ濃度をあまり精度良く検知する必要
のない用途であれば、温度調節の必要はない。また、図
１においては、触媒層の温度を検知するために熱電対を
用いたが、温度を検知できるものであれば、サーミスタ
など他の検知手段を用いても構わない。さらに、ここで
は触媒層の上流側と下流側の温度を検知したが、供給す
る改質ガス温度が一定となるような場合には触媒層の下
流側だけを測定しても精度良くＣＯ濃度を測ることがで
きる。
【００１６】また、本実施例のガス濃度検知器をＣＯ浄
化触媒の上流側に設置し、検知したＣＯ濃度に対して、
適量の空気を供給するように制御をおこなうことによっ
て、無駄な水素消費が抑制されるとともに、空気が不足
することによる浄化触媒下流側のＣＯ濃度上昇も回避で
きるため、燃料電池システムの効率向上と安定動作が確
保できる。また、本実施例のガス濃度検知器をＣＯ浄化
触媒の下流側に設置した場合も浄化触媒下流側でのＣＯ
濃度が上昇しないように空気量を制御することによっ
て、上流側に設置した場合と同様の効果が得られる。
化触媒の上流側に設置し、検知したＣＯ濃度に対して、
適量の空気を供給するように制御をおこなうことによっ
て、無駄な水素消費が抑制されるとともに、空気が不足
することによる浄化触媒下流側のＣＯ濃度上昇も回避で
きるため、燃料電池システムの効率向上と安定動作が確
保できる。また、本実施例のガス濃度検知器をＣＯ浄化
触媒の下流側に設置した場合も浄化触媒下流側でのＣＯ
濃度が上昇しないように空気量を制御することによっ
て、上流側に設置した場合と同様の効果が得られる。
【００１７】また、本発明に係るガス濃度検知器は、水
素生成装置の改質器だけでなく、変成器および浄化器、
ならびに燃料電池システムにも応用することができる。
例えば、ガス濃度検知器を水素精製器と燃料電池の中間
に設置し、検知したＣＯ濃度が高い場合には改質ガスが
燃料電池を通過しないようにガス流路を切り替えること
によって、燃料電池がＣＯで被毒されることを防止する
ことができる。さらに、起動時には水素精製器でＣＯが
充分に除去されたことを検知できるため、浄化触媒が確
実にＣＯを除去することができる定常運転時の温度にな
るまで待機運転させるなどの必要がなく、速やかに発電
を行なうことができる。
素生成装置の改質器だけでなく、変成器および浄化器、
ならびに燃料電池システムにも応用することができる。
例えば、ガス濃度検知器を水素精製器と燃料電池の中間
に設置し、検知したＣＯ濃度が高い場合には改質ガスが
燃料電池を通過しないようにガス流路を切り替えること
によって、燃料電池がＣＯで被毒されることを防止する
ことができる。さらに、起動時には水素精製器でＣＯが
充分に除去されたことを検知できるため、浄化触媒が確
実にＣＯを除去することができる定常運転時の温度にな
るまで待機運転させるなどの必要がなく、速やかに発電
を行なうことができる。
【００１８】また、上記実施の形態で用いた触媒はＣＯ
浄化触媒の機能をガス濃度検知器としてり利用したもの
であるため、ＣＯ浄化触媒の一部の温度を検知すること
によっても、ＣＯ濃度を検知することができる。ＣＯ濃
度の変化に起因する以外の温度変化が大きい場合には、
充分な精度でＣＯ濃度を検知することができないため、
改質ガス流量と温度の変動が少ない条件が好ましい。
浄化触媒の機能をガス濃度検知器としてり利用したもの
であるため、ＣＯ浄化触媒の一部の温度を検知すること
によっても、ＣＯ濃度を検知することができる。ＣＯ濃
度の変化に起因する以外の温度変化が大きい場合には、
充分な精度でＣＯ濃度を検知することができないため、
改質ガス流量と温度の変動が少ない条件が好ましい。
【００１９】
【実施例】以下に、本発明に係るガス濃度検知器につい
て、実施例を用いてより具体的に説明する。ただし、本
発明は、これらのみに限定されるものではない。 《実施例１》直径１ｍｍ、長さ１ｍｍのアルミナペレッ
トに、５重量％のＰｔを担持したものを、図１に示すガ
ス濃度検知器の反応室２の中に充填した。二酸化炭素を
２０体積％、残りが水素である改質ガスを毎分０．１リ
ットルの流量で改質ガス入口１より供給し、空気供給部
９より酸素濃度が０．１５体積％となるように空気を供
給した。第一熱電対５の温度が１５０℃となるようにヒ
ーター４で温度調節を行なった。改質ガス中のＣＯ濃度
が１００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、１００
０ｐｐｍ、１２００ｐｐｍ、１５００ｐｐｍ、２０００
ｐｐｍとなるようにＣＯを混合して供給し、第一熱電対
５と第二熱電対６の温度を測定した。ＣＯ濃度（ｐｐ
ｍ）および上流と下流の温度差（℃）の結果を表１に示
す。
て、実施例を用いてより具体的に説明する。ただし、本
発明は、これらのみに限定されるものではない。 《実施例１》直径１ｍｍ、長さ１ｍｍのアルミナペレッ
トに、５重量％のＰｔを担持したものを、図１に示すガ
ス濃度検知器の反応室２の中に充填した。二酸化炭素を
２０体積％、残りが水素である改質ガスを毎分０．１リ
ットルの流量で改質ガス入口１より供給し、空気供給部
９より酸素濃度が０．１５体積％となるように空気を供
給した。第一熱電対５の温度が１５０℃となるようにヒ
ーター４で温度調節を行なった。改質ガス中のＣＯ濃度
が１００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、１００
０ｐｐｍ、１２００ｐｐｍ、１５００ｐｐｍ、２０００
ｐｐｍとなるようにＣＯを混合して供給し、第一熱電対
５と第二熱電対６の温度を測定した。ＣＯ濃度（ｐｐ
ｍ）および上流と下流の温度差（℃）の結果を表１に示
す。
【００２０】
【表１】
【００２１】《実施例２》実施例１で、改質ガス中に混
合する空気量を酸素濃度が０．３体積％となるように
し、同様に、改質ガス中のＣＯ濃度が１５００ｐｐｍ、
１８００ｐｐｍ、２０００ｐｐｍ、２２００ｐｐｍ、２
５００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍとなるようにＣＯを混合
して供給し、第一熱電対５と第二熱電対６の温度を測定
した。結果を表２に示す。
合する空気量を酸素濃度が０．３体積％となるように
し、同様に、改質ガス中のＣＯ濃度が１５００ｐｐｍ、
１８００ｐｐｍ、２０００ｐｐｍ、２２００ｐｐｍ、２
５００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍとなるようにＣＯを混合
して供給し、第一熱電対５と第二熱電対６の温度を測定
した。結果を表２に示す。
【００２２】
【表２】
【００２３】《実施例３》実施例１で、Ｐｔの代わりに
Ｒｕを担持し、同様に、改質ガス中のＣＯ濃度が１００
ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、１０００ｐｐ
ｍ、１２００ｐｐｍ、１５００ｐｐｍ、２０００ｐｐｍ
となるようにＣＯを混合して供給し、第一熱電対５と第
二熱電対６の温度を測定した。結果を表３に示す。
Ｒｕを担持し、同様に、改質ガス中のＣＯ濃度が１００
ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、１０００ｐｐ
ｍ、１２００ｐｐｍ、１５００ｐｐｍ、２０００ｐｐｍ
となるようにＣＯを混合して供給し、第一熱電対５と第
二熱電対６の温度を測定した。結果を表３に示す。
【００２４】
【表３】
【００２５】
【発明の効果】以上の実施例のガス濃度検知器の評価結
果をみると明らかなように、本発明によると、触媒の温
度を検知することで改質ガス中のＣＯ濃度を検知するこ
とができる。
果をみると明らかなように、本発明によると、触媒の温
度を検知することで改質ガス中のＣＯ濃度を検知するこ
とができる。
【図１】本発明に係るガス濃度検知器の一実施の形態の
構成を示す概略図である。
構成を示す概略図である。
【図２】本発明のガス濃度検知器の特性を示す図であ
る。
る。
１ 改質ガス入口
２ 反応室
３ 触媒層
４ ヒーター
５ 第一熱電対
６ 第二熱電対
７ 改質ガス出口
８ 信号処理装置
９ 空気供給部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｚ
// Ｈ０１Ｍ 8/06 8/06 Ｒ
(56)参考文献 特開 昭52−49889（ＪＰ，Ａ)
実開 昭57−28364（ＪＰ，Ｕ)
特表 平10−503013（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 25/32
B01J 23/42
B01J 23/46 301
C01B 3/38
G01N 25/22
H01M 8/04
H01M 8/06
Claims (4)
- 【請求項１】 少なくとも水素および一酸化炭素を含む
ガスを供給する第一ガス供給部と、酸素含有ガスを供給
する第二ガス供給部と、第一ガス供給部と第二ガス供給
部の下流側に設けられた触媒層を具備する反応室と、前
記触媒層の温度および／または前記触媒層通過後のガス
温度を検知する温度検知器とを具備し、前記温度検知器
の検出する温度が低下する際の酸素含有ガスの供給量に
より、前記触媒層通過後のガスの一酸化炭素濃度を検知
することを特徴とするガス濃度検知器。 - 【請求項２】 前記触媒層の上流側に第一温度検知器が
設けられ、前記触媒層の下流側に第二温度検知器が設け
られていることを特徴とする請求項１記載のガス濃度検
知器。 - 【請求項３】 第二ガス供給部から供給される酸素含有
ガスの流量を制御する制御部を具備し、酸素含有ガスの
流量を調節することにより一酸化炭素濃度の検知範囲を
変えることを特徴とする請求項１または２記載のガス濃
度検知器。 - 【請求項４】 一酸化炭素の酸化に対して活性を有する
触媒層を具備する一酸化炭素浄化部と、前記一酸化炭素
浄化部に空気を供給する空気供給部と、前記一酸化炭素
浄化部の少なくとも下流側に設置された温度検知器とを
備え、 前記温度検知器の検出する温度が低下する際の酸素含有
ガスの供給量により、前記一酸化炭素浄化部通過後のガ
スの一酸化炭素濃度を検知することを特徴とする水素精
製装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000167987A JP3473758B2 (ja) | 2000-06-05 | 2000-06-05 | ガス濃度検知器および水素精製装置 |
| EP01921972A EP1308719A4 (en) | 2000-06-05 | 2001-04-20 | GAS CONCENTRATION SENSOR, HYDROGEN PURIFICATION UNIT THEREFOR AND FUEL CELL SYSTEM |
| PCT/JP2001/003424 WO2001096846A1 (fr) | 2000-06-05 | 2001-04-20 | Detecteur de concentration de gaz, unite de purification d'hydrogene utilisant ce capteur et systeme de pile a combustible |
| US10/297,249 US7357015B2 (en) | 2000-06-05 | 2001-04-20 | Gas concentration sensor, hydrogen purification unit using this and fuel cell system |
| CNB018107117A CN1333246C (zh) | 2000-06-05 | 2001-04-20 | 气体浓度检测器、使用该检测器的氢精制装置及燃料电池系统 |
| KR10-2002-7016492A KR100487668B1 (ko) | 2000-06-05 | 2001-04-20 | 가스농도검지기, 이것을 사용한 수소정제장치 및연료전지시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000167987A JP3473758B2 (ja) | 2000-06-05 | 2000-06-05 | ガス濃度検知器および水素精製装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001343342A JP2001343342A (ja) | 2001-12-14 |
| JP3473758B2 true JP3473758B2 (ja) | 2003-12-08 |
Family
ID=18671061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000167987A Expired - Fee Related JP3473758B2 (ja) | 2000-06-05 | 2000-06-05 | ガス濃度検知器および水素精製装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3473758B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4675080B2 (ja) * | 2004-10-15 | 2011-04-20 | 東芝燃料電池システム株式会社 | 燃料処理システム |
| JP2012059412A (ja) * | 2010-09-06 | 2012-03-22 | Eneos Celltech Co Ltd | 燃料電池システム |
| EP3186622B1 (en) * | 2014-08-27 | 2020-04-08 | Suez Treatment Solutions Canada L.P. | Method for analyzing an ozone concentration and ozone concentration analyzer |
-
2000
- 2000-06-05 JP JP2000167987A patent/JP3473758B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001343342A (ja) | 2001-12-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7544341B2 (en) | Method of removing carbon monoxide | |
| JP5065605B2 (ja) | 水素製造装置および燃料電池システム並びにその運転方法 | |
| US20080199380A1 (en) | Carbon Monoxide Removal Method, Operating Method for Fuel Reforming System, Carbon Monoxide Remover, Fuel Removal System Having the Carbon Monoxide Remover, and Filter | |
| JP3473896B2 (ja) | 水素精製装置 | |
| WO2001096846A1 (fr) | Detecteur de concentration de gaz, unite de purification d'hydrogene utilisant ce capteur et systeme de pile a combustible | |
| JP3482367B2 (ja) | 水素精製装置 | |
| JP3473758B2 (ja) | ガス濃度検知器および水素精製装置 | |
| JP3473757B2 (ja) | ガス濃度検知器、水素精製装置およびこれを含む燃料電池システム | |
| US20040241509A1 (en) | Hydrogen generator and fuel cell system | |
| JP2004006405A (ja) | 水素精製装置 | |
| JPH08133701A (ja) | 一酸化炭素除去装置 | |
| JP2003217636A (ja) | 変成触媒体劣化判定装置、及び水素生成装置 | |
| EP1329417A1 (en) | Hydrogen forming device | |
| JP2003275587A (ja) | 一酸化炭素選択酸化用触媒とそれを用いた水素精製装置 | |
| JP4311961B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2002056874A (ja) | 燃料電池用燃料改質制御装置及び燃料改質制御方法 | |
| JP2003048702A (ja) | 改質ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素除去装置 | |
| JP2003024780A (ja) | 一酸化炭素除去触媒および一酸化炭素除去方法 | |
| JP4521970B2 (ja) | 一酸化炭素除去触媒及びこれを用いた一酸化炭素の除去方法 | |
| JP2002060206A (ja) | 水素生成装置 | |
| JP2000272902A (ja) | 水素発生装置 | |
| JP4196046B2 (ja) | 改質ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素除去装置、及び、一酸化炭素除去方法 | |
| JP2002128507A (ja) | 水素精製装置 | |
| JP2002348103A (ja) | 水素精製装置 | |
| Eropak | Prox kinetics over Pt-Sn/AC under fully realistic reaction conditions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080919 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080919 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090919 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090919 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100919 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |