JP3545254B2 - Fuel cell carbon monoxide remover - Google Patents

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  • Fuel Cell (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は水素を燃料とする燃料電池システムにおいて、改質器を介して得られる改質ガス中に含まれる一酸化炭素を除去して水素リッチな燃料電池用の燃料を生成する一酸化炭素除去器に関する。
【0002】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池システムは、水素の有している化学エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。実業的には比較的容易かつ安価に入手できる天然ガス、ナフサ等の炭化水素やメタノール等のアルコール類の原料ガス(以下原料ガスという)を、水蒸気と混合して改質器及び一酸化炭素変成器で改質することにより生成した水素リッチな燃料ガスを得て、その水素リッチな燃料ガスを燃料電池本体の電極(燃料極)に供給して発電する。
【0003】
改質器においてはバーナで高温に加熱した改質用触媒層に原料ガスを通過させて改質反応を行うが、改質反応に伴って、一酸化炭素も同時に発生する。改質ガスに一酸化炭素が含まれていると、この一酸化炭素によって燃料電池の電極が被毒して性能低下を来たすことから、燃料ガスを燃料電池の燃料極へ供給する前に改質器で改質されたガス中の一酸化炭素を除去する必要がある。一酸化炭素の濃度は、一酸化炭素変成器で1%程度まで低減されるが、電極の劣化を避けるために更に濃度を下げる必要がある。
【0004】
特に、固体高分子型の燃料電池システムの場合、一酸化炭素を10PPM程度のレベルに低下させることが必要であって、改質器及び一酸化炭素変成器で改質した改質ガスに空気を混合し、一酸化炭素だけを選択的に酸化する選択酸化触媒層(以下単に触媒層という)を通過させることによって一酸化炭素を低レベルに落とした水素ガスを燃料電池に供給する一酸化炭素除去器を設けている。
【0005】
図4は従来の一般的な一酸化炭素除去器(反応容器)を示す側断面図である。1は触媒層であり、ルテニウム、ロジウム等の触媒を粒状にして細長い反応容器2(鋼管容器)に収納した構造である。この反応容器2は長手方向に沿って改質ガスが空気と共に導入される構成であり、この改質ガスが反応容器2を通過する間に改質ガス中の一酸化炭素を触媒の作用で酸化させることによって改質ガスから一酸化炭素を除去することが行われている。この反応容器2の入口から改質ガスと空気との混合気が入り触媒と酸化反応する。この反応容器2において、良好な選択性を得る(一酸化炭素だけを選択的に酸化させる)ために、触媒層1を所定の運転温度に保つ必要がある。この運転温度は通常摂氏150度〜200度程度であって、起動時においては触媒層1の周りにヒータを設置して加熱するか、バーナで高温のガスを生成してそれを触媒層1の周りに送り込むことによって昇温する方法がとられている。通常運転時においては触媒層1で生じる反応が発熱反応であり、この発熱反応の熱によつて触媒層1が昇温されるので外部から昇温することなく所定の温度を保つことができる。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、都市ガスと水蒸気とを供給し、都市ガスを改質ガスへ改質する改質器と、前記改質器に接続され、前記改質器へ前記都市ガスを供給する供給管と、前記供給管に配置され、前記改質器に都市ガスを圧送する加圧ポンプ及び流量調整器と、前記改質器の後段に接続され、前記改質ガスから一酸化炭素を除去する一酸化炭素変成器及び一酸化炭素除去器と、一酸化炭素を除去された改質ガスと空気中の酸素とを反応させて発電する燃料電池本体と、を備える燃料電池発電システムにおいて、前記都市ガスと前記水蒸気とを合流させる合流部を前記流量調整器の後段に設けたことを特徴とするものである。
【0008】
このように、温度管理の必要な一酸化炭素除去器を設計する場合、異なる出力の一酸化炭素除去器ごとに触媒層の温度を所定範囲内に保つようにしなければならず短期間での設計開発が難しかった。
【0009】
そこで、本発明は上述のような問題を解消し、触媒層を均一な温度に保ち、出力の異なる一酸化炭素除去器を短期間で設計開発できるようにすることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、燃料電池に供給する燃料を、改質器を介して得られる一酸化炭素を含む水素リッチの改質ガスと空気とを混合して触媒層を通過させて前記一酸化炭素を酸化低減させて得る一酸化炭素除去器において、触媒を収納して内部に触媒層を形成する複数の容器と、前記複数の容器を直列に接続する接続管と、前記複数の容器に接続され、各容器の触媒層に並列に空気を供給する空気管と、前記空気管に配置され、前記各容器の改質ガス入口側より改質ガス出口側に多く空気が供給されるように設けられた空気孔と、を備えるものである。
【0011】
請求項2記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池の一酸化炭素除去器において、前記空気管は上流側のヘッダを介して空気が供給されるものである。
【0012】
請求項3記載の発明は、請求項1または2に記載の燃料電池の一酸化炭素除去器において、改質ガスが通過する複数の容器内のそれぞれの触媒層に供給される空気の量を改質ガスの流れの方向に下流側触媒層ほど多くするものである。
【0013】
請求項4記載の発明は、請求項1、2または3に記載の燃料電池の一酸化炭素除去器において、改質ガスの流れにおいて、最上流に位置する容器または容器内の触媒の温度を下流に位置する容器または容器内の触媒の温度より低くするものである。
【0014】
請求項5記載の発明は、請求項4に記載の燃料電池の一酸化炭素除去器において、前記最上流に位置する容器は容器内の触媒の温度を一定に保つための冷却手段を備えるものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。なお、図4と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0017】
図1は原料ガスから水素リッチなガスを得る工程の説明図である。この工程は脱硫器3、改質器4、熱交換器5、一酸化炭素変成器6、一酸化炭素除去器7とから構成される。
【0018】
脱硫器3において原料ガスは、原料ガス中に不純物として含まれる硫黄化合物が脱硫器3の内部に充填された脱硫触媒と接触して除去される。次に、改質器4で脱硫された原料ガスに水蒸気が加えられ、改質器4の内部に充填され高温に保持された改質触媒と接触して水素リッチな改質ガスが生成される。改質器4から出た改質ガスは、熱交換器5で一酸化炭素変成器6の動作温度まで冷却される。熱交換器5で、改質ガスは冷却水と熱交換して冷却される。熱交換器5で冷却された改質ガスは、一酸化炭素変成器6へ送られる。一酸化炭素変成器6において改質ガスは、改質ガス中に含まれる一酸化炭素成分が一酸化炭素変成器6内部に充填された変成触媒と接触して変成される。変成されることにより一酸化炭素濃度が1%以下に低減される。さらに一酸化炭素除去器7おいて改質ガスは、空気と混合され摂氏150〜200度の温度で一酸化炭素除去器7に充填されたルテニウム、ロジウム等の触媒と接触して一酸化炭素濃度を10PPM以下に低減される。一酸化炭素除去器7から排出されたガスは、燃料電池8の燃料極に供給され、未反応ガスはリサイクルラインを通ってバーナの燃料として使用される。
【0019】
図2は本発明の第1の実施形態を示す一酸化炭素除去器7である。この一酸化炭素除去器7は反応容器2を3個接続して構成されており、第1、第2、第3の反応容器2a、2b、2cがそれぞれ第1、第2接続管9、10で直列に接続されている。各反応容器2a、2b、2cには粒状の触媒が収納され、触媒層1a、1b、1cが形成されている。これら触媒層1a、1b、1cに接続管を介して改質ガスが流れる。11は触媒層1aに空気を供給する空気供給手段であり、12はヘッダである。空気調節装置(図示せず)を通して空気がいったんヘッダ12に集められる。13aはヘッダ12から延びる第1空気管での触媒層1aに空気を供給する。この空気管13aには空気孔14が多数形成され、これら空気孔14によって触媒層1aに空気を分散して供給することができる。13bはヘッダ12から延びる第2空気管で、第1空気管13aと同様に、第2空気管13bに形成された多数の空気孔14より触媒層1bに空気を供給する。第3空気管13cも同様に構成されている。なお、これら空気孔14は反応容器2a、2b、2cの改質ガス入口側よりも改質ガス出口側の方に多く空気を供給する。17は改質ガスが導入されるガス導入管であり、18は反応容器2で処理されたガスが排出されるガス排出管である。
【0020】
このように構成された一酸化炭素除去器7において、通常運転時、ガス導入管17から1%程度の一酸化炭素を含む改質ガスが第1反応容器2aの触媒層1aに導入され、第1空気管13aから空気が供給されると、触媒層1aで酸化反応が行われ、改質ガス中の一酸化炭素が酸化され低減される。この時第1反応容器2aの温度を摂氏130度〜160度(反応が起こるぎりぎりの温度)に保ち他の容器の温度より低くして一酸化炭素濃度を常に0.5〜0.1%に保持するようにしている。容器の温度を一定にするためには冷却器が用いられている。このガスが第1接続管9から触媒層1bに入り、触媒層1bに供給される空気と酸化反応してさらに一酸化炭素が低減される。触媒層1cでも同様に酸化反応が行われ、処理されたガスがガス排出管18から排出される。このようにして、各触媒層1a、1b、1cで酸化反応が行われることによって一酸化炭素濃度は10PPM以下に低減される。
【0021】
触媒層1a、1b、1cを複数直列に配置して接続し、これら各触媒層1a、1b、1cのそれぞれに空気を供給するので、各触媒層1a、1b、1cで酸素不足が生じることなく酸化反応を行うことができる。
【0022】
また、それぞれの反応容器2a、2b、2cにおいて、酸化反応の活発な入口側で空気の供給を少なくし出口側で多くしているので、酸化反応が均一になり、それぞれの反応容器2a、2b、2cの触媒層1a、1b、1cでの温度分布を均一にすることができる。
【0023】
また、直列に接続された反応容器2a、2b、2cにおいて、酸化反応の活発な上流側の反応容器2aに供給する空気を少なくし、下流側2b、2cに行くほど多くすることにより、各反応容器2a、2b、2c間の触媒層1の温度分布を均一にすることができる。
【0024】
本実施形態では触媒層1a、1b、1cが収納された反応容器2a、2b、2cを3個直列に接続し、これら3個の触媒層1a、1b、1cの一方の側から空気を供給している。これを基本とする一酸化炭素除去器7を設計しておけば、触媒層1および空気管13を増減するだけで、出力の異なる一酸化炭素除去器7を容易に組み上げることができる。
【0025】
また、触媒層1個とこの触媒層に空気を供給する空気供給手段を組合せて構成された一酸化炭素除去器を基本単位とすれば、この一酸化炭素除去器を設計開発しさえすれば、基本単位を直列に接続するだけで、出力の増加が可能である。
【0026】
図3は本発明の第2の実施形態を示す一酸化炭素除去器7である。この一酸化炭素除去器7は第1の実施形態に比べて触媒層1の収納する容器2の配置を変更したものである。第2の実施形態も第1の実施形態と同様、各触媒層1のそれぞれに空気を供給しているので、各触媒層1での酸素不足が生じることはなく、触媒層1の増減も容易にでき、出力の異なる一酸化炭素除去器7の設計開発が容易にできる。
【0027】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0028】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、基本単位となる一酸化炭素除去器を設計開発しておけば、触媒層の収納された容器を複数直列に接続するだけで出力の増大が容易にできる。さらに、各触媒層の一方の側から空気の供給をするので配管が複雑になることなく組み上げることができる。
【0029】
更に、各容器の触媒層では改質ガス入口側が改質ガス出口側より酸化反応が活発であり、酸化反応に伴う発熱も改質ガス入口側で大きくなる。容器内の空気管に触媒層の改質ガス入口側より改質ガス出口側に多く空気が供給されるように複数の空気孔を配置させることにより触媒層内の温度を均一に保つようにできる。
【0030】
請求項2に記載の発明によれば、空気管には、いったん空気を集めるヘッダを設け、空気の圧力を一定に保つようにしているので、各触媒層へばらつきなく所定量の空気が供給できる。また、ヘッダの圧力を制御することで各触媒層への空気供給量が制御できる。
【0031】
請求項に記載の発明によれば、改質ガスの流れの方向に上流側に設置された触媒層ほど酸化反応が活発に行われるので、改質ガスが通過する複数の容器内のそれぞれの触媒層に供給される空気の量を下流側触媒層ほど多くし、各触媒層間の温度差を少なくして温度を均一に保つようにできる。
【0032】
請求項またはに記載の発明によれば、一酸化炭素除去器1段目の温度を触媒反応が起こるぎりぎりの温度(摂氏130度〜160度)まで常時低下させておき、負荷上昇時の一酸化炭素増加時でも1段目出口一酸化炭素濃度を常に0.5から0.1%に保持するようにする。一酸化炭素変成器出口の一酸化炭素濃度が高くなると1段目の触媒温度が上昇し反応が活発になり増加分の一酸化炭素も速やかに反応する。これにより一酸化炭素除去器2段目以降の温度変化を防止することができ、負荷変動を含めて常に一酸化炭素濃度を10PPM以下に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】原料ガスの改質装置のシステムを示す説明図である。
【図2】本発明の第1の実施形態を示す一酸化炭素除去器の側断面図である。
【図3】本発明の第2の実施形態を示す一酸化炭素除去器の側断面図である。
【図4】従来の一酸化炭素除去器を示す側断面図である。
【符号の説明】
1 触媒層
1a 第1触媒層
1b 第2触媒層
1c 第3触媒層
2 反応容器
2a 第2触媒層
2b 第3触媒層
2c 第3触媒層
4 改質器
7 一酸化炭素除去器
8 燃料電池
9 第1接続管
10 第2接続管
11 空気供給手段
12 ヘッダ
13 空気管
13a 第1空気管
13b 第2空気管
13c 第3空気管
14 空気孔
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is directed to a fuel cell system using hydrogen as a fuel, which removes carbon monoxide contained in a reformed gas obtained through a reformer to produce a fuel for a hydrogen-rich fuel cell. About the vessel.
[0002]
[Prior art]
The polymer electrolyte fuel cell system converts chemical energy of hydrogen into electric energy. A raw material gas (hereinafter referred to as “raw gas”) of hydrocarbons such as naphtha and alcohols such as methanol, which are relatively easily and inexpensively available from a business perspective, is mixed with steam to form a reformer and carbon monoxide conversion. A hydrogen-rich fuel gas generated by reforming in a reactor is obtained, and the hydrogen-rich fuel gas is supplied to an electrode (fuel electrode) of the fuel cell body to generate power.
[0003]
In the reformer, the reforming reaction is performed by passing the raw material gas through the reforming catalyst layer heated to a high temperature by the burner, and carbon monoxide is generated simultaneously with the reforming reaction. If the reformed gas contains carbon monoxide, the carbon monoxide poisons the fuel cell electrodes and degrades the performance. It is necessary to remove carbon monoxide in the reformed gas in the vessel. Although the concentration of carbon monoxide is reduced to about 1% in a carbon monoxide converter, it is necessary to further reduce the concentration to avoid electrode deterioration.
[0004]
In particular, in the case of a polymer electrolyte fuel cell system, it is necessary to reduce carbon monoxide to a level of about 10 PPM, and air is supplied to the reformed gas reformed by the reformer and the carbon monoxide converter. Mixing and passing through a selective oxidation catalyst layer (hereinafter simply referred to as a catalyst layer) that selectively oxidizes only carbon monoxide to supply hydrogen gas with reduced carbon monoxide to a low level to a fuel cell. A vessel is provided.
[0005]
FIG. 4 is a side sectional view showing a conventional general carbon monoxide remover (reaction vessel). Reference numeral 1 denotes a catalyst layer, which has a structure in which a catalyst such as ruthenium or rhodium is granulated and accommodated in an elongated reaction vessel 2 (steel pipe vessel). The reaction vessel 2 has a configuration in which the reformed gas is introduced along with the air along the longitudinal direction. While the reformed gas passes through the reaction vessel 2, carbon monoxide in the reformed gas is oxidized by the action of a catalyst. By doing so, carbon monoxide is removed from the reformed gas. A mixture of the reformed gas and air enters from the inlet of the reaction vessel 2 and undergoes an oxidation reaction with the catalyst. In the reaction vessel 2, it is necessary to keep the catalyst layer 1 at a predetermined operating temperature in order to obtain good selectivity (selectively oxidize only carbon monoxide). This operating temperature is usually about 150 to 200 degrees Celsius, and at the time of startup, a heater is installed around the catalyst layer 1 to heat it, or a high-temperature gas is generated by a burner to generate A method of raising the temperature by sending it around is adopted. During normal operation, the reaction occurring in the catalyst layer 1 is an exothermic reaction, and the temperature of the catalyst layer 1 is raised by the heat of the exothermic reaction, so that a predetermined temperature can be maintained without externally raising the temperature.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 supplies a city gas and water vapor and reforms the city gas into a reformed gas, and is connected to the reformer and supplies the city gas to the reformer. A supply pipe, which is disposed in the supply pipe, is connected to a pressure pump and a flow rate regulator for pumping city gas to the reformer, and is connected to a subsequent stage of the reformer, and converts carbon monoxide from the reformed gas. carbon monoxide shift converter and the carbon monoxide remover for removing a fuel cell body for generating electric power by the reformed gas removed carbon monoxide and oxygen in the air are reacted in the fuel cell power generation system comprising, A merging section for merging the city gas and the water vapor is provided at a subsequent stage of the flow regulator .
[0008]
As described above, when designing a carbon monoxide remover that requires temperature control, the temperature of the catalyst layer must be maintained within a predetermined range for each carbon monoxide remover with a different output, and the design in a short period of time must be performed. Development was difficult.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-described problems, to maintain the catalyst layer at a uniform temperature, and to design and develop a carbon monoxide remover having a different output in a short period of time.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes mixing a fuel supplied to a fuel cell with a hydrogen-rich reformed gas containing carbon monoxide obtained through a reformer and air. In a carbon monoxide remover obtained by oxidizing and reducing the carbon monoxide by passing through a catalyst layer, a plurality of containers accommodating a catalyst and forming a catalyst layer therein and a connection connecting the plurality of containers in series A pipe, an air pipe connected to the plurality of vessels, and supplying air in parallel to the catalyst layer of each vessel; and an air pipe arranged in the air pipe, from the reformed gas inlet side of each vessel to the reformed gas outlet side. And an air hole provided to supply a large amount of air .
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the carbon monoxide remover according to the first aspect, the air pipe is supplied with air through an upstream header.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the carbon monoxide remover according to the first or second aspect, the amount of air supplied to each catalyst layer in the plurality of containers through which the reformed gas passes is improved. The downstream catalyst layer is increased in the direction of flow of the raw gas.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the carbon monoxide remover of the first, second or third aspect of the present invention, the temperature of the most upstream vessel or the temperature of the catalyst in the vessel is reduced in the flow of the reformed gas. At a temperature lower than the temperature of the container or the catalyst in the container.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the carbon monoxide remover according to the fourth aspect , the container located at the uppermost stream is provided with cooling means for keeping the temperature of the catalyst in the container constant. is there.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0017]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a process for obtaining a hydrogen-rich gas from a source gas. This step includes a desulfurizer 3, a reformer 4, a heat exchanger 5, a carbon monoxide converter 6, and a carbon monoxide remover 7.
[0018]
In the desulfurizer 3, the source gas is removed by contacting a sulfur compound contained as an impurity in the source gas with a desulfurization catalyst filled in the desulfurizer 3. Next, steam is added to the raw material gas desulfurized in the reformer 4, and comes into contact with the reforming catalyst filled in the reformer 4 and maintained at a high temperature to generate a hydrogen-rich reformed gas. . The reformed gas discharged from the reformer 4 is cooled by the heat exchanger 5 to the operating temperature of the carbon monoxide converter 6. In the heat exchanger 5, the reformed gas exchanges heat with cooling water and is cooled. The reformed gas cooled in the heat exchanger 5 is sent to the carbon monoxide converter 6. In the carbon monoxide converter 6, the reformed gas is converted by the carbon monoxide component contained in the reformed gas coming into contact with the conversion catalyst filled in the carbon monoxide converter 6. By the metamorphosis, the carbon monoxide concentration is reduced to 1% or less. Further, in the carbon monoxide remover 7, the reformed gas is mixed with air and brought into contact with a catalyst such as ruthenium or rhodium filled in the carbon monoxide remover 7 at a temperature of 150 to 200 ° C. Is reduced to 10 PPM or less. The gas discharged from the carbon monoxide remover 7 is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 8, and the unreacted gas passes through a recycling line and is used as fuel for a burner.
[0019]
FIG. 2 shows a carbon monoxide remover 7 according to the first embodiment of the present invention. The carbon monoxide remover 7 is configured by connecting three reaction vessels 2, and the first, second, and third reaction vessels 2 a, 2 b, and 2 c are connected to first and second connection pipes 9, 10, respectively. Are connected in series. Each reaction vessel 2a, 2b, 2c contains a granular catalyst, and forms catalyst layers 1a, 1b, 1c. The reformed gas flows through these catalyst layers 1a, 1b, and 1c via connection pipes. Reference numeral 11 denotes air supply means for supplying air to the catalyst layer 1a, and reference numeral 12 denotes a header. Air is once collected in header 12 through an air conditioner (not shown). 13a supplies air to the catalyst layer 1a in a first air pipe extending from the header 12. A large number of air holes 14 are formed in the air pipe 13a, and the air holes 14 can distribute and supply air to the catalyst layer 1a. Reference numeral 13b denotes a second air pipe extending from the header 12, and supplies air to the catalyst layer 1b from a number of air holes 14 formed in the second air pipe 13b, similarly to the first air pipe 13a. The third air pipe 13c is similarly configured. These air holes 14 supply more air to the reformed gas outlet side of the reaction vessels 2a, 2b, 2c than to the reformed gas inlet side. Reference numeral 17 denotes a gas introduction pipe through which the reformed gas is introduced, and reference numeral 18 denotes a gas discharge pipe through which the gas processed in the reaction vessel 2 is discharged.
[0020]
In the carbon monoxide remover 7 configured as described above, during normal operation, a reformed gas containing about 1% of carbon monoxide is introduced from the gas introduction pipe 17 into the catalyst layer 1a of the first reaction vessel 2a. When air is supplied from the one air pipe 13a, an oxidation reaction is performed in the catalyst layer 1a, and carbon monoxide in the reformed gas is oxidized and reduced. At this time, the temperature of the first reaction vessel 2a is kept at 130 to 160 degrees Celsius (the temperature just before the reaction takes place), lower than the temperature of the other vessels, so that the concentration of carbon monoxide is always 0.5 to 0.1%. I keep it. A cooler is used to keep the temperature of the container constant. This gas enters the catalyst layer 1b from the first connection pipe 9, and oxidizes with the air supplied to the catalyst layer 1b to further reduce carbon monoxide. The oxidation reaction is similarly performed in the catalyst layer 1c, and the processed gas is discharged from the gas discharge pipe 18. Thus, the oxidation reaction is performed in each of the catalyst layers 1a, 1b, and 1c, so that the carbon monoxide concentration is reduced to 10 PPM or less.
[0021]
Since a plurality of catalyst layers 1a, 1b, 1c are arranged and connected in series, and air is supplied to each of the catalyst layers 1a, 1b, 1c, oxygen shortage does not occur in each of the catalyst layers 1a, 1b, 1c. An oxidation reaction can be performed.
[0022]
Further, in each of the reaction vessels 2a, 2b, and 2c, the supply of air is reduced at the inlet side where the oxidation reaction is active and increased at the outlet side, so that the oxidation reaction becomes uniform, and the respective reaction vessels 2a, 2b , 2c can be made uniform in temperature distribution in the catalyst layers 1a, 1b, 1c.
[0023]
In addition, in the reaction vessels 2a, 2b, and 2c connected in series, the amount of air supplied to the reaction vessel 2a on the upstream side where the oxidation reaction is active is reduced, and the air supplied to the downstream sides 2b and 2c is increased, so that each reaction is increased. The temperature distribution of the catalyst layer 1 between the containers 2a, 2b, 2c can be made uniform.
[0024]
In the present embodiment, three reaction vessels 2a, 2b, 2c containing the catalyst layers 1a, 1b, 1c are connected in series, and air is supplied from one side of the three catalyst layers 1a, 1b, 1c. ing. If the carbon monoxide remover 7 based on this is designed, the carbon monoxide remover 7 having a different output can be easily assembled simply by increasing or decreasing the catalyst layer 1 and the air pipe 13.
[0025]
In addition, if the basic unit is a carbon monoxide remover configured by combining one catalyst layer and air supply means for supplying air to the catalyst layer, as long as the carbon monoxide remover is designed and developed, The output can be increased simply by connecting the basic units in series.
[0026]
FIG. 3 shows a carbon monoxide remover 7 according to a second embodiment of the present invention. This carbon monoxide remover 7 is different from the first embodiment in the arrangement of the container 2 for accommodating the catalyst layer 1. In the second embodiment, as in the first embodiment, since air is supplied to each of the catalyst layers 1, there is no shortage of oxygen in each of the catalyst layers 1, and the number of the catalyst layers 1 can be easily increased and decreased. Therefore, the design and development of the carbon monoxide remover 7 having a different output can be facilitated.
[0027]
As described above, the present invention has been described based on one embodiment, but the present invention is not limited to this.
[0028]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, if a carbon monoxide remover serving as a basic unit is designed and developed, the output can be easily increased simply by connecting a plurality of containers containing the catalyst layers in series. . Further, since air is supplied from one side of each catalyst layer, it is possible to assemble the piping without complicating the piping.
[0029]
Further, in the catalyst layer of each container, the oxidation reaction is more active on the reformed gas inlet side than on the reformed gas outlet side, and the heat generated by the oxidation reaction is larger on the reformed gas inlet side. By arranging a plurality of air holes so that more air is supplied to the reformed gas outlet side of the catalyst layer than the reformed gas inlet side of the air pipe in the container, the temperature in the catalyst layer can be kept uniform. .
[0030]
According to the second aspect of the present invention, the air pipe is provided with a header for collecting air once so as to keep the air pressure constant, so that a predetermined amount of air can be supplied to each catalyst layer without variation. . Further, by controlling the pressure of the header, the amount of air supplied to each catalyst layer can be controlled.
[0031]
According to the invention as set forth in claim 3 , the oxidation reaction is more actively performed in the catalyst layer provided on the upstream side in the direction of the flow of the reformed gas. The amount of air supplied to the catalyst layer can be increased toward the downstream catalyst layer, and the temperature difference between the catalyst layers can be reduced to keep the temperature uniform.
[0032]
According to the invention as set forth in claim 4 or 5 , the temperature of the first stage of the carbon monoxide remover is constantly reduced to a temperature just before the catalytic reaction occurs (130 to 160 degrees Celsius), and the temperature during the load increase is reduced. The concentration of carbon monoxide at the first stage outlet is always kept at 0.5 to 0.1% even when carbon monoxide is increased. When the concentration of carbon monoxide at the outlet of the carbon monoxide converter increases, the temperature of the first-stage catalyst rises, the reaction becomes active, and the increased amount of carbon monoxide reacts quickly. As a result, it is possible to prevent a temperature change in the second and subsequent stages of the carbon monoxide remover, and it is possible to always maintain the carbon monoxide concentration at 10 PPM or less including a load change.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a system of a raw material gas reforming apparatus.
FIG. 2 is a side sectional view of the carbon monoxide remover showing the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a side sectional view of a carbon monoxide remover showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a side sectional view showing a conventional carbon monoxide remover.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 catalyst layer 1a first catalyst layer 1b second catalyst layer 1c third catalyst layer 2 reaction vessel 2a second catalyst layer 2b third catalyst layer 2c third catalyst layer 4 reformer 7 carbon monoxide remover 8 fuel cell 9 First connection pipe 10 Second connection pipe 11 Air supply means 12 Header 13 Air pipe 13a First air pipe 13b Second air pipe 13c Third air pipe 14 Air hole

Claims (5)

燃料電池に供給する燃料を、改質器を介して得られる一酸化炭素を含む水素リッチの改質ガスと空気とを混合して触媒層を通過させて前記一酸化炭素を酸化低減させて得る一酸化炭素除去器において、
触媒を収納して内部に触媒層を形成する複数の容器と、
前記複数の容器を直列に接続する接続管と、
前記複数の容器に接続され、各容器の触媒層に並列に空気を供給する空気管と、
前記空気管に配置され、前記各容器の改質ガス入口側より改質ガス出口側に多く空気が供給されるように設けられた空気孔と、
を備えることを特徴とする燃料電池の一酸化炭素除去器。
The fuel to be supplied to the fuel cell is obtained by mixing a hydrogen-rich reformed gas containing carbon monoxide obtained through a reformer with air and passing through a catalyst layer to reduce the carbon monoxide by oxidation. In the carbon monoxide remover,
A plurality of containers containing a catalyst and forming a catalyst layer inside ,
A connecting pipe for connecting said plurality of containers in series,
An air pipe connected to the plurality of containers and supplying air in parallel to the catalyst layer of each container ,
An air hole arranged in the air pipe, provided so that more air is supplied to the reformed gas outlet side than the reformed gas inlet side of each container,
Carbon monoxide remover of the fuel cell, characterized in that it comprises a.
前記空気管は上流側のヘッダを介して空気が供給されることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の一酸化炭素除去器。The fuel cell carbon monoxide remover according to claim 1, wherein the air pipe is supplied with air via an upstream header. 改質ガスが通過する複数の容器内のそれぞれの触媒層に供給される空気の量を改質ガスの流れの方向に下流側触媒層ほど多くすることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池の一酸化炭素除去器。 The amount of air supplied to each catalyst layer in the plurality of containers through which the reformed gas passes is increased in the direction of the flow of the reformed gas toward the downstream side catalyst layer. Fuel cell carbon monoxide remover. 改質ガスの流れにおいて、最上流に位置する容器または容器内の触媒の温度を下流に位置する容器または容器内の触媒の温度より低くすることを特徴とする請求項1、2または3に記載の燃料電池の一酸化炭素除去器。 4. The flow of the reformed gas, wherein the temperature of the most upstream vessel or the catalyst in the vessel is lower than the temperature of the downstream vessel or the catalyst in the vessel. Fuel cell carbon monoxide remover. 前記最上流に位置する容器は容器内の触媒の温度を一定に保つための冷却手段を備えることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池の一酸化炭素除去器。The carbon monoxide remover for a fuel cell according to claim 4, wherein the container located at the uppermost stream is provided with cooling means for keeping the temperature of the catalyst in the container constant .
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