JP4984405B2

JP4984405B2 - Carbon monoxide remover

Info

Publication number: JP4984405B2
Application number: JP2005062539A
Authority: JP
Inventors: 忠夫山本
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2005-03-07
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2025-03-07
Also published as: JP2006239654A

Description

本発明は、混合気中の一酸化炭素ガスを選択的に酸化させることで一酸化炭素ガスを除去する一酸化炭素除去器に関する。 The present invention relates to a carbon monoxide remover that removes carbon monoxide gas by selectively oxidizing carbon monoxide gas in an air-fuel mixture.

近年、環境への影響が少なく、比較的高いエネルギー効率を再現できる燃料電池が注目されるようになり、幅広く実用化されてきている。燃料電池には、アルコール類等の燃料から直接電気エネルギーを生成するダイレクトメタノール方式のものと、アルコール類等の燃料から改質器によって一旦水素を生成し、生成した水素から電気エネルギーを生成する改質方式のものがある。 In recent years, fuel cells that have little impact on the environment and can reproduce relatively high energy efficiency have attracted attention and have been widely put into practical use. There are two types of fuel cells: a direct methanol type that directly generates electrical energy from fuels such as alcohols, and a reformer that temporarily generates hydrogen from fuels such as alcohols by a reformer and generates electrical energy from the generated hydrogen. There is a quality method.

改質器ではアルコール類等の燃料から水素及び二酸化炭素が生成されるほか、一酸化炭素も微量ながら生成される。水素、一酸化炭素及び二酸化炭素の混合物が燃料電池に供給されると、一酸化炭素が燃料電池の触媒に対して触媒毒として作用することが知られている。そのため、水素、一酸化炭素及び二酸化炭素の混合物から一酸化炭素を除去するために、改質器と燃料電池との間に一酸化炭素除去器が設けられているのが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。 In the reformer, hydrogen and carbon dioxide are generated from fuel such as alcohols, and a small amount of carbon monoxide is also generated. It is known that when a mixture of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide is supplied to the fuel cell, the carbon monoxide acts as a catalyst poison for the fuel cell catalyst. Therefore, in order to remove carbon monoxide from a mixture of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide, a carbon monoxide remover is generally provided between the reformer and the fuel cell (for example, , See Patent Document 1).

一酸化炭素除去器及び改質器には流路が設けられ、改質触媒が改質器の流路の壁面に担持され、一酸化炭素を選択的に酸化させる触媒が一酸化炭素除去器の流路の内壁面に担持されている。
特開２００３−４８７０２号公報 The carbon monoxide remover and the reformer are provided with a flow path, and the reforming catalyst is supported on the wall surface of the flow path of the reformer, and the catalyst that selectively oxidizes carbon monoxide is the carbon monoxide remover. It is carried on the inner wall surface of the flow path.
JP 2003-48702 A

ところで、改質型の燃料電池を携帯機器等の電源として用いられるよう、改質器、一酸化炭素除去器、燃料電池等の小型化の研究、開発が進められている。改質器、一酸化炭素除去器、燃料電池等の小型化には、半導体、マイクロマシンなどの微細加工技術が応用されている。 By the way, research and development of downsizing of a reformer, a carbon monoxide remover, a fuel cell, and the like have been advanced so that the reformed fuel cell can be used as a power source for portable devices and the like. For miniaturization of reformers, carbon monoxide removers, fuel cells, etc., fine processing techniques such as semiconductors and micromachines are applied.

小型の改質器や一酸化炭素除去器では、流路の寸法も小さく、流路断面方向の分子拡散速度が非常に速くなり、反応時間を支配するものは触媒反応そのものになる。つまり、反応律速流路が成立し、触媒での高い反応効率を為し得ることも可能である。改質器のメタノール水蒸気改質反応においては反応律速流路が理想的な流路であるが、前段の改質器での改質反応に対して一酸化炭素除去の流路では反応速度が遅くなる。このため、流路長を長く設定する必要があり、一酸化炭素除去器が大型化してしまう。 In small reformers and carbon monoxide removers, the dimensions of the flow path are small, the molecular diffusion rate in the cross-sectional direction of the flow path is very high, and what controls the reaction time is the catalytic reaction itself. That is, it is possible to establish a reaction rate limiting flow path and achieve high reaction efficiency with the catalyst. In the methanol steam reforming reaction of the reformer, the reaction rate controlling flow path is an ideal flow path, but the reaction speed is slower in the carbon monoxide removal flow path than the reforming reaction in the former reformer. Become. For this reason, it is necessary to set a flow path length long, and a carbon monoxide remover will be enlarged.

そこで、本発明は、小型化が可能な一酸化炭素除去器を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the carbon monoxide remover which can be reduced in size.

以上の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、一酸化炭素ガスを含む混合気が流れる流路と、一酸化炭素ガスを酸化させ、前記流路の壁面に形成された触媒と、を有する一酸化炭素除去器であって、前記流路を流れている混合気の平均流速をｖとし、前記流路の一端から他端までの長さをＬ_chaとし、前記流路の断面寸法をｄ_chaとし、前記流路における一酸化炭素ガスの有効拡散係数をＤ_mとした場合、

を満たすことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the invention according to claim 1 includes a flow path through which an air-fuel mixture containing carbon monoxide gas flows, a catalyst that oxidizes carbon monoxide gas and is formed on the wall surface of the flow path. , Wherein the average flow velocity of the air-fuel mixture flowing in the flow path is v, the length from one end of the flow path to the other end is L _cha, and the cross section of the flow path When the dimension is d _cha and the effective diffusion coefficient of carbon monoxide gas in the channel is D _m ,

It is characterized by satisfying.

請求項２に係る発明では、前記流路は、一対の基板にそれぞれ設けられた溝によって形成され、前記触媒は、前記溝の一方に形成されていることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is characterized in that the flow path is formed by a groove provided in each of a pair of substrates, and the catalyst is formed in one of the grooves.

本発明によれば、流路を流れている一酸化炭素ガスが効率よく酸化し、一酸化炭素ガスの反応速度が速くなる。一酸化炭素ガスの反応速度が速くなることで、流路の長さが短くすることができ、一酸化炭素除去器を小型化することができる。 According to the present invention, the carbon monoxide gas flowing through the flow path is efficiently oxidized, and the reaction rate of the carbon monoxide gas is increased. By increasing the reaction rate of the carbon monoxide gas, the length of the flow path can be shortened, and the carbon monoxide remover can be downsized.

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。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.

図１は、発電装置１のブロック図である。
この発電装置１は、デスクトップ型パーソナルコンピュータ、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、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、家庭用電気機器、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。 FIG. 1 is a block diagram of the power generator 1.
This power generator 1 includes a desktop personal computer, a notebook personal computer, a mobile phone, a PDA (Personal Digital Assistant), an electronic notebook, a wristwatch, a digital still camera, a digital video camera, a game device, a game machine, a household electric device, It is provided in other electronic devices and is used as a power source for operating the electronic device main body.

発電装置１は、メタノール等の燃料と水を別々に又は混合した状態で貯留した燃料容器２と、燃料容器２から供給された燃料と水を気化させる気化器３と、気化器３から供給された燃料と水の混合気から水素ガスと二酸化炭素ガス等を化学反応式（Ａ）、（Ｂ）のように生成する改質器４と、改質器４から供給された混合気中の一酸化炭素ガスを化学反応式（Ｃ）のように酸化させることで混合気から一酸化炭素ガスを除去する一酸化炭素除去器１０と、一酸化炭素除去器１０から供給された混合気のうち水素ガスと外気の酸素ガスとの電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池５と、を備える。燃料電池５は、一酸化炭素除去器１０から混合気が供給される燃料極と、外部から空気が供給される空気極と、燃料極と空気極との間に挟持された固体高分子電解質膜とを備え、燃料電池５の燃料極では電気化学反応式（Ｄ）に示すように水素ガスが反応し、燃料電池５の空気極では電気化学反応式（Ｅ）に示すように、固体高分子電解質膜を通過した水素イオンと酸素から水が生成される。なお、改質器４から一酸化炭素除去器１０に供給される混合気には水素ガス、二酸化炭素ガスが豊富に含まれ、一酸化炭素ガスの含有量は水素ガス、二酸化炭素ガスに比較して非常に少ない。 The power generation apparatus 1 is supplied from a fuel container 2 that stores fuel such as methanol and water separately or in a mixed state, a vaporizer 3 that vaporizes the fuel and water supplied from the fuel container 2, and the vaporizer 3. A reformer 4 that generates hydrogen gas, carbon dioxide gas, and the like from the mixture of fuel and water as shown in chemical reaction formulas (A) and (B), and one of the mixtures in the mixture supplied from the reformer 4 A carbon monoxide remover 10 that removes carbon monoxide gas from the air-fuel mixture by oxidizing the carbon oxide gas as shown in chemical reaction formula (C), and hydrogen in the air-fuel mixture supplied from the carbon monoxide remover 10 And a fuel cell 5 that generates electric energy by an electrochemical reaction between the gas and oxygen gas in the outside air. The fuel cell 5 includes a fuel electrode supplied with an air-fuel mixture from the carbon monoxide remover 10, an air electrode supplied with air from the outside, and a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode. In the fuel electrode of the fuel cell 5, hydrogen gas reacts as shown in the electrochemical reaction formula (D), and in the air electrode of the fuel cell 5, as shown in the electrochemical reaction formula (E), the solid polymer Water is generated from hydrogen ions and oxygen that have passed through the electrolyte membrane. The gas mixture supplied from the reformer 4 to the carbon monoxide remover 10 is rich in hydrogen gas and carbon dioxide gas, and the content of carbon monoxide gas is higher than that of hydrogen gas and carbon dioxide gas. And very few.

ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ₂ …（Ａ）
２ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→５Ｈ₂＋ＣＯ＋ＣＯ₂ …（Ｂ）
２ＣＯ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂ …（Ｃ）
Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- … （Ｄ）
２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ … （Ｅ） CH ₃ OH + H ₂ O → 3H ₂ + CO ₂ (A)
2CH ₃ OH + H ₂ O → 5H ₂ + CO + CO ₂ (B)
2CO + O ₂ → 2CO ₂ (C)
H ₂ → 2H ⁺ + 2e ⁻ (D)
2H ⁺ + 1 / 2O ₂ + 2e ⁻ → H ₂ O (E)

気化器３、改質器４、一酸化炭素除去器１０及び燃料電池５は、電子機器本体に搭載されている。それに対し、燃料容器２は電子機器本体に対して着脱可能に設けられており、電子機器本体に対して燃料容器２が装着された場合に燃料容器２内の燃料や水が気化器３に送られる。 The vaporizer 3, the reformer 4, the carbon monoxide remover 10, and the fuel cell 5 are mounted on the electronic device body. In contrast, the fuel container 2 is detachably attached to the electronic device body, and when the fuel container 2 is attached to the electronic device body, the fuel and water in the fuel container 2 are sent to the vaporizer 3. It is done.

なお、燃料容器２に貯留された燃料は、メタノールの代わりに、エタノールといったアルコール類やガソリンといった水素原子を含む化合物が適用可能である。 In addition, the fuel stored in the fuel container 2 is applicable to alcohols such as ethanol and compounds containing hydrogen atoms such as gasoline instead of methanol.

図２は一酸化炭素除去器１０の斜視図であり、図３は一酸化炭素除去器１０の上面図であり、図４は図３の切断線IV−IVに沿って一酸化炭素除去器１０を厚さ方向に切断した面の矢視断面図である。 2 is a perspective view of the carbon monoxide remover 10, FIG. 3 is a top view of the carbon monoxide remover 10, and FIG. 4 is a carbon monoxide remover 10 taken along the section line IV-IV in FIG. It is an arrow directional cross-sectional view of the surface cut | disconnected in thickness direction.

図２〜図４に示すように、この一酸化炭素除去器１０は、二枚の基板１３，１４を接合してなる反応器本体１１と、反応器本体１１の内部に担持された触媒１２と、を備える。 As shown in FIGS. 2 to 4, the carbon monoxide remover 10 includes a reactor main body 11 formed by joining two substrates 13 and 14, and a catalyst 12 supported inside the reactor main body 11. .

基板１３，１４は、シリコン結晶、アルミニウム、ガラス等の中から選択された一又は複数の材料からなる。基板１３と基板１４との接合面には、葛折り状のマイクロ流路１５が形成されている。マイクロ流路１５は以下のように構成されている。即ち、基板１３の基板１４との接合面には葛折り状の溝が形成され、基板１４の基板１３との接合面にも葛折り状の溝が形成され、これら溝が接合面に関して面対称に設けられ、基板１３と基板１４が接合されることでこれら溝が重なりあって、これら溝がマイクロ流路１５となる。マイクロ流路１５は断面四角形状を呈しており、マイクロ流路１５は一端部から他端部にかけて幅と深さが一様になっている。以下では、マイクロ流路１５の一端部から他端部までの長さ（道程）をＬ_chaで表す。 The substrates 13 and 14 are made of one or more materials selected from silicon crystal, aluminum, glass and the like. On the joint surface between the substrate 13 and the substrate 14, a twisted microchannel 15 is formed. The microchannel 15 is configured as follows. That is, a twisted groove is formed on the bonding surface of the substrate 13 with the substrate 14, and a twisted groove is also formed on the bonding surface of the substrate 14 with the substrate 13, and these grooves are plane-symmetric with respect to the bonding surface. These grooves are overlapped by bonding the substrate 13 and the substrate 14, and these grooves become the microchannels 15. The microchannel 15 has a rectangular cross section, and the microchannel 15 has a uniform width and depth from one end to the other end. Hereinafter, the length (distance) from one end of the microchannel 15 to the other end is represented by _Lcha .

接合面とは反対の基板１４の上面であってマイクロ流路１５の一端部に対応する箇所には、導入口１６が形成され、この導入口１６がマイクロ流路１５の一端部にまで通じている。この導入口１６が改質器４に接続され、酸化炭素ガス（ＣＯ）、水素ガス（Ｈ₂）、二酸化炭素ガス（ＣＯ₂）等を含む混合気が改質器４から導入口１６に供給される。更に導入口１６には外部に接続され、外部から供給された空気が改質器４から供給された混合気と混合される。また、接合面とは反対の基板１４の上面であってマイクロ流路１５の他端部に対応する箇所には、排出口１７が形成され、この排出口１７がマイクロ流路１５の他端部にまで通じている。排出口１７は燃料電池５の燃料極に接続され、マイクロ流路１５を流れた混合気が排出口１７を通じて燃料電池５の燃料極に供給される。 An introduction port 16 is formed at a position corresponding to one end portion of the microchannel 15 on the upper surface of the substrate 14 opposite to the bonding surface, and the introduction port 16 leads to one end portion of the microchannel 15. Yes. This inlet 16 is connected to the reformer 4, and a gas mixture containing carbon oxide gas (CO), hydrogen gas (H ₂ ), carbon dioxide gas (CO ₂ ), etc. is supplied from the reformer 4 to the inlet 16. Is done. Further, the inlet 16 is connected to the outside, and the air supplied from the outside is mixed with the air-fuel mixture supplied from the reformer 4. Further, a discharge port 17 is formed at a position corresponding to the other end portion of the microchannel 15 on the upper surface of the substrate 14 opposite to the bonding surface, and this discharge port 17 is the other end portion of the microchannel 15. It leads to. The discharge port 17 is connected to the fuel electrode of the fuel cell 5, and the air-fuel mixture flowing through the micro flow path 15 is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 5 through the discharge port 17.

マイクロ流路１５の底面（基板１３に形成された溝の底）には、触媒１２が形成されている。触媒１２は、一酸化炭素を選択的に酸化させる触媒である。触媒１２が形成された底面とは反対側の天井面（基板１４に形成された溝の底）から触媒１２までの距離をマイクロ流路１５の深さとし、以下ではマイクロ流路１５の深さをｄ_chaで表す。 A catalyst 12 is formed on the bottom surface of the microchannel 15 (the bottom of the groove formed in the substrate 13). The catalyst 12 is a catalyst that selectively oxidizes carbon monoxide. The distance from the ceiling surface opposite to the bottom surface on which the catalyst 12 is formed (the bottom of the groove formed in the substrate 14) to the catalyst 12 is defined as the depth of the microchannel 15, and hereinafter the depth of the microchannel 15 is referred to. This is represented by d _cha .

接合面とは反対の基板１３の下面には、電熱ヒータ１８が形成されている。電熱ヒータ１８は、電気抵抗性発熱体、半導体性発熱体等を薄膜状に成膜したものであり、電流が流れたり電圧が印加されたりすることによって電気エネルギーで発熱するものである。 An electric heater 18 is formed on the lower surface of the substrate 13 opposite to the bonding surface. The electric heater 18 is formed by forming an electric resistance heating element, a semiconductor heating element or the like into a thin film, and generates heat by electric energy when a current flows or a voltage is applied.

この一酸化炭素除去器１０においては、電熱ヒータ１８には電気エネルギーが供給され、電熱ヒータ１８が発熱し、触媒１２が所定の温度（１００〜２００℃）まで昇温している。電熱ヒータ１８が発熱している状態において、導入口１６には改質器４及び外部から混合気（一酸化炭素ガス（ＣＯ）、水素ガス（Ｈ₂）、二酸化炭素ガス（ＣＯ₂）、酸素ガス（Ｏ₂）を含む。）が流れ込み、流れ込んだ混合気がマイクロ流路１５の他端部へと流れ、排出口１７から排出される。マイクロ流路１５を流れている混合気については、一酸化炭素ガスが選択的に酸化され、これにより一酸化炭素ガスが除去される。 In the carbon monoxide remover 10, electric energy is supplied to the electric heater 18, the electric heater 18 generates heat, and the catalyst 12 is heated to a predetermined temperature (100 to 200 ° C.). In a state where the electric heater 18 is generating heat, an air-fuel mixture (carbon monoxide gas (CO), hydrogen gas (H ₂ ), carbon dioxide gas (CO ₂ ), oxygen from the reformer 4 and the outside is introduced into the introduction port 16. Gas (including O ₂ ) flows in, and the air-fuel mixture flows into the other end of the microchannel 15 and is discharged from the discharge port 17. With respect to the air-fuel mixture flowing through the micro flow path 15, the carbon monoxide gas is selectively oxidized, whereby the carbon monoxide gas is removed.

このマイクロ流路１５を流れる混合気の平均流速をｖとした場合、マイクロ流路１５は深さｄ_chaと長さＬ_chaが以下の式（１）を満足するよう設けられている。 When the average flow velocity of the air-fuel mixture flowing through the microchannel 15 is v, the microchannel 15 is provided such that the depth d _cha and the length L _cha satisfy the following expression (1).

式（１）において、Ｄ_mはマイクロ流路１５における一酸化炭素ガスの有効拡散係数である。 In Expression (1), D _m is an effective diffusion coefficient of carbon monoxide gas in the micro flow path 15.

一酸化炭素ガスがマイクロ流路１５の一端から他端にまで流れるのに要する時間（以下、滞留時間又は反応時間と述べる。）をτとすると、式（１）は次式（２）のように書き換えることができる。 When the time required for the carbon monoxide gas to flow from one end of the microchannel 15 to the other end (hereinafter referred to as residence time or reaction time) is τ, the equation (1) is expressed as the following equation (2). Can be rewritten.

式（１）、式（２）の条件を満たせば、一酸化炭素を含む混合気が一酸化炭素除去器１０のマイクロ流路１５の導入口１６から導入され排出口１７から排出されるまでに、８５％以上の一酸化炭素を除去することが確認されている。一酸化炭素の反応速度が速くなることで、マイクロ流路１５の長さが短くすることができ、結果として一酸化炭素除去器１０を小型化することができる。 If the conditions of the equations (1) and (2) are satisfied, the mixture gas containing carbon monoxide is introduced from the introduction port 16 of the microchannel 15 of the carbon monoxide remover 10 and discharged from the discharge port 17. 85% or more of carbon monoxide has been confirmed to be removed. By increasing the reaction rate of carbon monoxide, the length of the microchannel 15 can be shortened, and as a result, the carbon monoxide remover 10 can be downsized.

マイクロ流路１５の深さｄ_chaと長さＬ_chaの関係が式（１）を満たすと、一酸化炭素の反応速度が式（１）を満たしていない場合よりも速くなることについて以下に説明する。 It will be described below that when the relationship between the depth d _cha and the length L _cha of the microchannel 15 satisfies the equation (1), the reaction rate of carbon monoxide becomes faster than when the relationship does not satisfy the equation (1). To do.

改質器４におけるメタノールの転化率が１００％とすると、改質器４から一酸化炭素除去器１０の導入口１６に供給される混合気がＨ₂、ＣＯ₂、ＣＯからなる。排出口１７では一酸化炭素が９９．５％（ＣＯ濃度５０ｐｐｍ）程度まで反応する。マイクロ流路１５における一酸化炭素の反応速度ｒ_Aは以下の式（４）で表される。 If the conversion rate of methanol in the reformer 4 is 100%, the air-fuel mixture supplied from the reformer 4 to the inlet 16 of the carbon monoxide remover 10 is composed of H ₂ , CO ₂ , and CO. At the outlet 17, carbon monoxide reacts to about 99.5% (CO concentration 50 ppm). The reaction rate r _A of carbon monoxide in the microchannel 15 is expressed by the following equation (4).

ここで、ｍ_catはマイクロ流路１５の単位体積当たりの触媒量であり、ｋ₀は頻度因子であり、Ｅ_aは活性化エネルギーであり、Ｔは温度であり、Ｒはガス定数であり、Ｃ_COは一酸化炭素濃度であり、Ｃ_O2は酸素濃度である。 Here, m _cat is the amount of catalyst per unit volume of the microchannel 15, k ₀ is a frequency factor, E _a is activation energy, T is temperature, R is a gas constant, C _CO is the carbon monoxide concentration and C _O2 is the oxygen concentration.

上記式（４）から明らかなように、反応速度ｒ_Aが一酸化炭素の濃度Ｃ_COの逆数に比例するため、一酸化炭素の濃度Ｃ_COが低くなると反応速度ｒ_Aが速くなる。改質器４におけるメタノール水蒸気反応ではメタノールの反応速度がメタノール濃度の０．２６乗に比例するため、メタノール濃度が高くなるにつれて反応速度が速くなるので、改質器４の流路断面内での分子拡散速度を相対的に速める構造の流路（反応律速流路）を改質器４の流路に用いているが、一酸化炭素除去器１０では、仮にマイクロ流路１５が同じように分子拡散速度の速い流路となると、触媒１２の表面の一酸化炭素濃度が高くなり、一酸化炭素の反応速度ｒ_Aが遅くなってしまう。マイクロ流路１５を流れている一酸化炭素の深さ方向に拡散する時間を拡散時間ｔ_chaとし、滞留時間τと拡散時間ｔ_chaとの比ξを変えてシミュレーションを行って一酸化炭素の転化率を求め、排出口１７における一酸化炭素の転化率と比ξとの関係を図５に示す。なお、図５中のＡは比ξが２．１のとき、Ｂは比ξが０．８４のとき、Ｃは比ξが０．２のとき、Ｄは比ξが０．０５３のときである。 As apparent from the above equation (4), the reaction rate r _A is proportional to the reciprocal of the concentration C _CO of carbon monoxide, a reaction rate r _A concentration C _CO of carbon monoxide is low is increased. In the methanol steam reaction in the reformer 4, the reaction rate of methanol is proportional to the 0.26th power of the methanol concentration, and therefore the reaction rate increases as the methanol concentration increases. Although a flow channel (reaction-controlled flow channel) having a structure that relatively increases the molecular diffusion rate is used as the flow channel of the reformer 4, in the carbon monoxide remover 10, the micro flow channel 15 is assumed to have the same molecular structure. If the flow path has a high diffusion rate, the concentration of carbon monoxide on the surface of the catalyst 12 increases, and the reaction rate r _A of carbon monoxide decreases. The time for diffusing the carbon monoxide flowing through the microchannel 15 in the depth direction is _defined as the diffusion time t _cha, and the ratio ξ between the residence time τ and the diffusion time t _cha is changed to perform a simulation to convert carbon monoxide. FIG. 5 shows the relationship between the conversion ratio of carbon monoxide at the outlet 17 and the ratio ξ. In FIG. 5, A is when the ratio ξ is 2.1, B is when the ratio ξ is 0.84, C is when the ratio ξ is 0.2, and D is when the ratio ξ is 0.053. is there.

図５から明らかなように、ξ＜０．５では、排出口１７における転化率が低く、０．５≦ξ≦２では、排出口１７における転化率が最も高く、ξ＞２では、排出口１７における転化率が下がっていく。以上のことから、一酸化炭素の選択反応では、０．５≦ξ≦２になるようにマイクロ流路１５を設けることで、一酸化炭素の反応速度ｒ_Aを上げることが可能である。

As apparent from FIG. 5, when ξ <0.5, the conversion rate at the discharge port 17 is low, when 0.5 ≦ ξ ≦ 2, the conversion rate at the discharge port 17 is the highest, and when ξ> 2, the discharge port. The conversion rate at 17 decreases. From the above, in the carbon monoxide selective reaction, it is possible to increase the carbon monoxide reaction rate r _A by providing the microchannel 15 so that 0.5 ≦ ξ ≦ 2.

ここで、

であり、

である。 here,

And

It is.

式（５）に式（６）を代入し、更に式（７）を代入すると式（２）が求まり、更に式（８）を代入すると式（１）が求まる。式（１）、式（２）が、一酸化炭素の反応速度ｒ_Aを上げることができるマイクロ流路１５の設計範囲となる。 Substituting equation (6) into equation (5), further substituting equation (7), equation (2) is obtained, and equation (1) is obtained when equation (8) is further substituted. Expressions (1) and (2) are the design range of the microchannel 15 that can increase the reaction rate r _{A of} carbon monoxide.

上記実施形態では、断面寸法を深さｄ_chaとしたが、触媒１２がマイクロ流路１５の底面だけでなく、天井面及び側壁面にも形成されている場合には、断面寸法は深さの二分の一となる。 In the above embodiment, the cross-sectional dimension is the depth d _cha . However, when the catalyst 12 is formed not only on the bottom surface of the microchannel 15 but also on the ceiling surface and the side wall surface, the cross-sectional dimension is the depth. Become one-half.

上記実施形態では、加熱手段として電熱ヒータ１８を設けたが、代わりに燃料容器２内の燃料を燃焼する燃焼器を用いて一酸化炭素除去器１０を加熱してもよく、また電熱ヒータ１８及び燃焼器を併用してもよい。 In the above embodiment, the electric heater 18 is provided as a heating means, but instead, the carbon monoxide remover 10 may be heated using a combustor that burns the fuel in the fuel container 2, and the electric heater 18 and A combustor may be used in combination.

上記実施形態では、触媒１２を基板１３の溝の底にのみ設けたが、これに限らず溝の側壁に設けてもよい。 In the above embodiment, the catalyst 12 is provided only at the bottom of the groove of the substrate 13. However, the present invention is not limited to this and may be provided on the side wall of the groove.

また、触媒１２を基板１３の溝の底及び基板１４の溝の底に設けてもよい。この場合、

となる。 Further, the catalyst 12 may be provided at the bottom of the groove of the substrate 13 and the bottom of the groove of the substrate 14. in this case,

It becomes.

発電装置１のブロック図である。1 is a block diagram of a power generator 1. FIG. 一酸化炭素除去器１０の斜視図である。1 is a perspective view of a carbon monoxide remover 10. FIG. 一酸化炭素除去器１０の上面図である。2 is a top view of the carbon monoxide remover 10. FIG. 図３の切断線IV−IVに沿った面の矢視断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along an arrow line IV-IV in FIG. 3. 比ξとメタノール転化率との関係を示したグラフである。 It is the graph which showed the relationship between ratio (xi) and methanol conversion .

Explanation of symbols

１０一酸化炭素除去器
１５マイクロ流路
１２触媒 10 Carbon monoxide remover 15 Micro flow path 12 Catalyst

Claims

A carbon monoxide remover having a flow path through which an air-fuel mixture containing carbon monoxide gas flows, and a catalyst that oxidizes the carbon monoxide gas and is formed on the wall surface of the flow path,
The average flow velocity of the air-fuel mixture flowing through the flow path is v, the length from one end of the flow path to the other end is L _cha , the depth of the flow path is d _cha, and the monoxide in the flow path If the effective diffusion coefficient of the carbon gas was D _m,

A carbon monoxide remover characterized by satisfying

2. The carbon monoxide remover according to claim 1, wherein the flow path is formed by a groove provided in each of a pair of substrates, and the catalyst is formed in one of the grooves.