JPH10302821A - Carbon monoxide reducing device for solid high polymer fuel cell and its operating method - Google Patents

Carbon monoxide reducing device for solid high polymer fuel cell and its operating method

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JPH10302821A
JPH10302821A JP9109127A JP10912797A JPH10302821A JP H10302821 A JPH10302821 A JP H10302821A JP 9109127 A JP9109127 A JP 9109127A JP 10912797 A JP10912797 A JP 10912797A JP H10302821 A JPH10302821 A JP H10302821A
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JP
Japan
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carbon monoxide
fuel cell
oxidation
reduction device
polymer electrolyte
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Application number
JP9109127A
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Japanese (ja)
Inventor
Naomiki Yamada
直幹 山田
Katsuya Wada
克也 和田
Akira Harada
亮 原田
Junji Hizuka
淳次 肥塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon monoxide reducing device of solid polymer fuel cell capable of reducing carbon monoxide in efficient, simple constitution, and provide its operating method. SOLUTION: In a device for oxidizing and reducing carbon monoxide in a reformed gas in a solid polymer fuel cell containing a fuel reforming system for reforming hydrocarbon or alcohol fuel with a catalyst, a means 38 for introducing oxygen or air into a region where the temperature of the reformed gas is 100-150 deg.C is arranged, and a carbon monoxide oxidizing catalyst layer 30 is arranged in the downstream position than the oxygen or air introducing portion.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は炭化水素あるいはア
ルコール類を原燃料とする固体高分子燃料電池システム
を構成する高機能一酸化炭素低減装置及びその運転方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-performance apparatus for reducing carbon monoxide constituting a solid polymer fuel cell system using hydrocarbons or alcohols as a raw fuel and an operation method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体高分子燃料電池は比較的低温でも高
電流密度が得られるため、自動車等の移動用電源として
期待されている。最近では固体高分子燃料電池の水素源
として炭化水素あるいはアルコール類を水蒸気改質して
得ている。改質ガスは水素を主成分として二酸化炭素、
水蒸気及び微量の一酸化炭素(通常1%)が含まれてい
る。
2. Description of the Related Art A polymer electrolyte fuel cell has a high current density even at a relatively low temperature. Recently, hydrocarbons or alcohols have been obtained by steam reforming as a hydrogen source for solid polymer fuel cells. The reformed gas is mainly composed of hydrogen, carbon dioxide,
Contains water vapor and traces of carbon monoxide (typically 1%).

【0003】固体高分子燃料電池は電解質として使用さ
れる高分子イオン変換膜の耐熱性及び耐久性等の関係も
あり、他の燃料電池に比べて比較的低温(通常60℃〜
120℃)で操作されるが、それでいてより高温で操作
されるリン酸燃料電池を凌ぐ電流密度が容易に得られ、
かつ腐食性の液体の電解質を用いないことから操作、取
扱が簡単な点に注目され、活発な研究開発が行われてい
る。
[0003] Solid polymer fuel cells are also concerned with the heat resistance and durability of the polymer ion conversion membrane used as an electrolyte, and are relatively low in temperature (typically 60 ° C to 60 ° C) as compared with other fuel cells.
120 ° C.), but still easily obtain current densities over phosphoric acid fuel cells operated at higher temperatures,
Attention has been paid to the simplicity of operation and handling because no corrosive liquid electrolyte is used, and active research and development are being conducted.

【0004】特に用途を拡大するためには、これまでの
純水素を燃料とするシステムからより一般的に入手可能
で、取扱が容易な炭化水素、燃料、例えば天然ガス、プ
ロパン等あるいはメタノール等のアルコール燃料を原燃
料とするシステムを開発することが重要である。
[0004] In particular, for expanding applications, hydrocarbons, fuels such as natural gas, propane, etc., or methanol, etc., which are more generally available from conventional pure hydrogen fueled systems and are easy to handle. It is important to develop a system that uses alcohol fuel as raw fuel.

【0005】ところで、COの影響を回避する一つの方
法として、固体高分子燃料電池のアノードがCOの影響
を受けないように電極触媒の耐CO被毒性を向上させる
ことが試みられている。これまでの研究では作動温度9
0℃程度でもCO濃度を100ppm以下に低減するこ
とが要求されている。
[0005] As one method of avoiding the influence of CO, attempts have been made to improve the resistance of the electrode catalyst to CO poisoning so that the anode of the polymer electrolyte fuel cell is not affected by CO. Operating temperature 9
It is required to reduce the CO concentration to 100 ppm or less even at about 0 ° C.

【0006】また、COの影響を回避する他の方法とし
て、改質反応によって生成したCO量を低減させること
である。このため、吸着精製、水素選択透過膜による精
製等が検討されているが、規模の小さい燃料電池に適用
する場合にはスケールメリットは期待することができな
いため、適した方法とは言えない。
Another method for avoiding the influence of CO is to reduce the amount of CO generated by the reforming reaction. For this reason, adsorption purification, purification using a hydrogen selective permeable membrane, and the like are being studied. However, when applied to a small-scale fuel cell, economies of scale cannot be expected, and this is not a suitable method.

【0007】そこで、触媒存在化で少量の酸素によって
一酸化炭素を二酸化炭素に酸化して低減するCO選択酸
化方式が試みられている。また、触媒も通常Pt、Ru
等の貴金属等を担体に担持した触媒が良いとされてい
る。
Therefore, a CO selective oxidation system in which carbon monoxide is oxidized and reduced to carbon dioxide with a small amount of oxygen in the presence of a catalyst has been attempted. Also, the catalyst is usually Pt, Ru
It is said that a catalyst in which a noble metal or the like is supported on a carrier is good.

【0008】従来の一酸化炭素除去装置としては、図7
に示すように酸化触媒4だけを収納した酸化反応容器1
の入力側の改質ガス管路2に空気導入管路3を通して酸
素を導入するようにしたものがある。しかし、このよう
な一酸化炭素除去装置ではCOの酸化反応が徐々に起こ
らず、COの酸化反応を妨げる反応が併発するため、C
O濃度を200ppmまでしか低減することができなか
った。
FIG. 7 shows a conventional apparatus for removing carbon monoxide.
Oxidation reaction vessel 1 containing only oxidation catalyst 4 as shown in FIG.
There is a configuration in which oxygen is introduced into the reformed gas line 2 on the input side through the air introduction line 3. However, in such a device for removing carbon monoxide, the oxidation reaction of CO does not gradually occur, and a reaction that hinders the oxidation reaction of CO occurs simultaneously.
The O concentration could only be reduced to 200 ppm.

【0009】また、最近ではCO濃度を低減させる一酸
化炭素除去装置として、特開平8−47621号公報に
見られるような構成のものがある。この一酸化炭素除去
装置は、図8に示すように酸化触媒だけを収納した複数
個、ここでは第1乃至第3の酸化反応容器7〜9の各入
力側の改質ガス管路2に空気導入管路3を分岐した分岐
管10a〜10cを通して酸素をそれぞれ導入し、CO
の酸化反応を徐々に起こさせることにより、COを低減
させるようにしたものである。なお、図中5a〜5cは
各分岐管10a〜10cに設けられた流量調整器であ
り、また6a〜6cは第1乃至第3の酸化反応容器7〜
9の各入力側の改質ガス管路2に設けられたCO濃度セ
ンサである。
[0009] Recently, as a carbon monoxide removing device for reducing the CO concentration, there is a device as shown in JP-A-8-47621. As shown in FIG. 8, this carbon monoxide removing device includes a plurality of units each containing only an oxidation catalyst, in this case, air is supplied to the reformed gas pipe 2 on each input side of the first to third oxidation reaction vessels 7 to 9. Oxygen is respectively introduced through branch pipes 10a to 10c branched from the introduction pipe line 3, and CO 2 is introduced.
The CO is reduced by gradually causing the oxidation reaction of CO. In the figures, 5a to 5c are flow controllers provided in the branch pipes 10a to 10c, and 6a to 6c are first to third oxidation reaction vessels 7 to 5c.
Reference numeral 9 denotes a CO concentration sensor provided in the reformed gas pipe 2 on each input side.

【0010】このような構成の一酸化炭素除去装置にあ
っては、第1乃至第3の酸化反応容器7〜9内に収納さ
れた酸化触媒によりO2 とCOの反応だけでなく、O2
とH2 の反応も同時に起きる。また、O2 とH2 の反応
は高温ほど活性であるため、O2 とCOの酸化反応によ
る温度上昇の影響を緩和することが重要になる。
In the carbon monoxide removing apparatus having such a configuration, not only the reaction between O 2 and CO but also the O 2 by the oxidation catalyst contained in the first to third oxidation reaction vessels 7 to 9.
And H 2 also occur simultaneously. In addition, since the reaction between O 2 and H 2 is more active at higher temperatures, it is important to reduce the influence of the temperature rise due to the oxidation reaction between O 2 and CO.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】このように固体高分子
燃料電池システムにおいては、できるだけ少ない酸素量
で一酸化炭素を極低濃度にできれば効率的である。ま
た、システムの中で用いられるためにはシステム全体の
温度勾配の中で無理なく位置付けされることが重要であ
り、かつコンパクトな装置にすることが求められてい
る。
As described above, in the polymer electrolyte fuel cell system, it is efficient if the concentration of carbon monoxide can be reduced to an extremely low level with a minimum amount of oxygen. Further, in order to be used in a system, it is important that the device is positioned in the temperature gradient of the entire system without difficulty, and a compact device is required.

【0012】コンパクト化のために最も考慮しなければ
ならない点は、単に一酸化炭素除去装置をコンパクトに
するのではなく、固体高分子燃料電池の燃料処理系全体
システムをシンプルにすることがコンパクト化の要点で
あり、このためには構成する各機器もシステムの中で位
置付けられることが肝要である。
The most important point to consider for compactness is not to simply make the carbon monoxide removing device compact, but to simplify the whole fuel treatment system of the polymer electrolyte fuel cell. For this purpose, it is important that the constituent devices are also positioned in the system.

【0013】しかし、図7に示すような構成の一酸化炭
素除去装置においては、酸化触媒の上流側の一か所から
酸素を導入した場合、操作は容易であるがCO除去装置
の出口のCO濃度が高くなる。これは入口付近での急激
なCO酸化反応による温度上昇によりCOの選択酸化反
応が阻害されてしまうことが要因となっている。
However, in the carbon monoxide removing apparatus having the structure shown in FIG. 7, when oxygen is introduced from one point on the upstream side of the oxidation catalyst, the operation is easy but the CO at the outlet of the CO removing apparatus is easy. The concentration increases. This is because the selective oxidation reaction of CO is hindered by the temperature rise due to the rapid CO oxidation reaction near the inlet.

【0014】また、図8に示すような構成の一酸化炭素
除去装置では、第1乃至第3の酸化反応容器の各入力側
から酸素を導入し、酸化反応熱による温度上昇の影響を
緩和させているので、CO除去装置の出口のCO濃度は
低いが、構造が複雑になり、制御が困難になるという問
題がある。
In the apparatus for removing carbon monoxide as shown in FIG. 8, oxygen is introduced from each input side of the first to third oxidation reaction vessels to reduce the influence of temperature rise due to heat of the oxidation reaction. Therefore, although the CO concentration at the outlet of the CO removing device is low, there is a problem that the structure becomes complicated and control becomes difficult.

【0015】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は効率的で簡便かつシンプルな構成にして
一酸化炭素を低減することができる固体高分子燃料電池
システムの一酸化炭素低減装置及びその運転方法を提供
することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to reduce carbon monoxide in a solid polymer fuel cell system capable of reducing carbon monoxide with an efficient, simple, and simple configuration. An object of the present invention is to provide an apparatus and an operation method thereof.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により一酸化炭素低減装置
を構成すると共に、この装置を運転するものである。請
求項1に対応する発明は、炭化水素あるいはアルコール
系燃料を改質する燃料改質系を含む固体高分子燃料電池
システムの改質ガス中の一酸化炭素を触媒を用いて酸化
低減する装置において、改質ガスの温度が100〜15
0℃の領域に酸素あるいは空気を導入する手段と、この
酸素あるいは空気の導入箇所より下流に一酸化炭素酸化
触媒層とを設ける。
According to the present invention, in order to achieve the above object, a carbon monoxide reducing device is constituted by the following means, and this device is operated. The invention corresponding to claim 1 is an apparatus for reducing oxidation of carbon monoxide in a reformed gas of a solid polymer fuel cell system including a fuel reforming system for reforming a hydrocarbon or alcohol fuel by using a catalyst. The temperature of the reformed gas is 100 to 15
Means for introducing oxygen or air into the 0 ° C. region and a carbon monoxide oxidation catalyst layer are provided downstream of the oxygen or air introduction site.

【0017】従って、上記のような構成の固体高分子燃
料電池用一酸化炭素低減装置にあっては、改質ガスの温
度が100〜150℃の状態のときに酸素あるいは空気
を導入しているので、一酸化炭素を効率的に選択酸化で
きる。
Therefore, in the carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell having the above-described configuration, oxygen or air is introduced when the temperature of the reformed gas is in the range of 100 to 150 ° C. Therefore, carbon monoxide can be selectively oxidized efficiently.

【0018】請求項2に対応する発明は、請求項1に対
応する発明の固体高分子燃料電池用一酸化炭素低減装置
において、酸素あるいは空気の導入手段と一酸化炭素酸
化触媒層との中間に混合手段を設ける。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the carbon monoxide reducing device for a polymer electrolyte fuel cell according to the first aspect of the present invention, wherein the device is provided between the means for introducing oxygen or air and the carbon monoxide oxidation catalyst layer. Mixing means is provided.

【0019】従って、上記のような構成の固体高分子燃
料電池用一酸化炭素低減装置にあっては、上記請求項1
に対応する発明の作用効果に加えて混合手段により相対
的に少量の酸素あるいは空気と改質ガスとを良く混合す
ることができるので、一酸化炭素濃度を極低濃度にする
ことができる。
Therefore, in the carbon monoxide reducing device for a solid polymer fuel cell having the above-mentioned structure, the above-mentioned claim 1 is provided.
In addition to the operation and effect of the invention corresponding to the above, since a relatively small amount of oxygen or air and the reformed gas can be well mixed by the mixing means, the concentration of carbon monoxide can be made extremely low.

【0020】請求項3に対応する発明は、請求項1又は
請求項2に対応する発明の固体高分子燃料電池用一酸化
炭素低減装置において、一酸化炭素酸化触媒層容器の外
表面あるいは内部に冷却手段を備える。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the carbon monoxide reducing device for a polymer electrolyte fuel cell according to the first or second aspect, wherein the outer surface or the inside of the carbon monoxide oxidation catalyst layer container is provided. A cooling means is provided.

【0021】従って、上記のような構成の固体高分子燃
料電池用一酸化炭素低減装置にあっては、請求項1又は
請求項2に対応する発明の作用効果に加えて、冷却手段
により直接一酸化炭素酸化触媒層の温度上昇が抑制され
るので、一酸化炭素の低減効果を増大させることができ
る。
Therefore, in the carbon monoxide reduction device for a solid polymer fuel cell having the above-described structure, in addition to the operation and effect of the invention according to claim 1 or 2, the cooling means directly reduces the temperature. Since the temperature rise of the carbon oxide oxidation catalyst layer is suppressed, the effect of reducing carbon monoxide can be increased.

【0022】請求項4に対応する発明は、炭化水素ある
いはアルコール系燃料を改質する燃料改質系を含む固体
高分子燃料電池システムの改質ガス中の一酸化炭素を触
媒として用いて酸化低減する装置において、2つの触媒
層を設け、前段にPt触媒、後段にRu触媒を収納する
と共に各々の酸化触媒層に対応して酸素あるいは空気導
入手段を備える。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a polymer electrolyte fuel cell system including a fuel reforming system for reforming a hydrocarbon or alcohol-based fuel, in which oxidation is reduced by using carbon monoxide in a reformed gas as a catalyst. In this apparatus, two catalyst layers are provided, a Pt catalyst is provided in the first stage, a Ru catalyst is stored in the second stage, and oxygen or air introducing means is provided for each oxidation catalyst layer.

【0023】従って、上記のような構成の固体高分子燃
料電池用一酸化炭素低減装置にあっては、前段にPt触
媒槽、後段にPt触媒層をそれぞれシリーズに設けて各
々の触媒層に酸素あるいは空気を導入しているので、極
低濃度に一酸化炭素を低減することができる。
Therefore, in the carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell having the above-described structure, a Pt catalyst tank is provided in the front stage and a Pt catalyst layer is provided in the rear stage in series, and oxygen is added to each catalyst layer. Alternatively, since air is introduced, carbon monoxide can be reduced to an extremely low concentration.

【0024】請求項5に対応する発明は、請求項4に対
応する発明の固体高分子燃料電池用一酸化炭素低減装置
において、第1の触媒あるいは空気導入手段と第1の一
酸化炭素酸化触媒層との中間に混合手段を備える。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell according to the fourth aspect of the present invention, wherein the first catalyst or the air introducing means and the first carbon monoxide oxidation catalyst are provided. Mixing means is provided between the layers.

【0025】従って、上記のような構成の固体高分子燃
料電池用一酸化炭素低減装置にあっては、請求項4に対
応する発明の作用効果に加えて、混合手段の下流に設置
されたスタチックミキサのような混合手段により改質ガ
スとの混合がよくなり、効率的な一酸化炭素の低減を図
ることができる。
Therefore, in the carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell having the above-described structure, in addition to the function and effect of the invention according to claim 4, a stabilizing device provided downstream of the mixing means is provided. Mixing means such as a tick mixer improves the mixing with the reformed gas, and can efficiently reduce carbon monoxide.

【0026】請求項6に対応する発明は、請求項4又は
請求項5に対応する発明の固体高分子燃料電池用一酸化
炭素低減装置において、第1の一酸化炭素酸化触媒層と
第2の一酸化炭素酸化触媒層との間に冷却手段を備え
る。
According to a sixth aspect of the present invention, in the carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell according to the fourth or fifth aspect, the first carbon monoxide oxidation catalyst layer and the second Cooling means is provided between the carbon monoxide oxidation catalyst layer.

【0027】従って、上記のような構成の固体高分子燃
料電池用一酸化炭素低減装置にあっては、請求項4又は
請求項5に対応する発明の作用効果に加えて、冷却手段
により著しく一酸化炭素濃度の低減を図ることができ
る。
Therefore, in the carbon monoxide reducing device for a polymer electrolyte fuel cell having the above-described structure, in addition to the function and effect of the invention according to claim 4 or 5, the cooling means significantly reduces The concentration of carbon oxide can be reduced.

【0028】請求項7に対応する発明は、請求項4乃至
請求項6の何ずれか一つの項に対応する発明の固体高分
子燃料電池用一酸化炭素低減装置において、入口の改質
ガス温度は100〜150℃にする。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell according to the invention according to any one of the fourth to sixth aspects, wherein the temperature of the reformed gas at the inlet is reduced. To 100-150 ° C.

【0029】従って、上記のような構成の固体高分子燃
料電池用一酸化炭素低減装置にあっては、請求項4乃至
請求項6の何ずれかの項に対応する発明の作用効果に加
えて、入口の改質ガスの温度を100〜150℃にする
ことにより、効果的に一酸化炭素濃度を低減することが
できる。
Therefore, in the carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell having the above-described structure, the function and effect of the invention corresponding to any one of claims 4 to 6 are added. By setting the temperature of the reformed gas at the inlet to 100 to 150 ° C., the concentration of carbon monoxide can be effectively reduced.

【0030】請求項8に対応する発明は、炭化水素ある
いはアルコール系燃料を改質する燃料改質系を含む固体
高分子燃料電池システムの改質ガス中の一酸化炭素を酸
化低減する触媒層として2つの一酸化炭素酸化触媒層を
設け、前段の第1の一酸化炭素酸素触媒層にPt触媒
を、後段の第2の一酸化炭素酸化触媒層にRu触媒を収
納すると共に、各々の酸化触媒層に対応して酸素あるい
は空気導入手段を設けてなる固体高分子燃料電池用一酸
化炭素低減装置の運転方法において、前記導入酸素量あ
るいは導入空気量におけるO2 /CO比を前段の第1の
一酸化炭素酸化触媒層に対しては小さく前記第2の一酸
化炭素酸化触媒層に対しては大きくし、トータルとして
2 /COが小さくなるようにする。
The invention according to claim 8 is a catalyst layer for oxidizing and reducing carbon monoxide in a reformed gas of a polymer electrolyte fuel cell system including a fuel reforming system for reforming a hydrocarbon or alcohol fuel. Two carbon monoxide oxidation catalyst layers are provided, a Pt catalyst is accommodated in a first carbon monoxide oxidation catalyst layer in a former stage, and a Ru catalyst is accommodated in a second carbon monoxide oxidation catalyst layer in a latter stage. In an operation method of a carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell, wherein an oxygen or air introduction means is provided corresponding to a layer, the O 2 / CO ratio in the introduced oxygen amount or the introduced air amount is determined by the first stage. It is small for the carbon monoxide oxidation catalyst layer and large for the second carbon monoxide oxidation catalyst layer so that the total O 2 / CO is small.

【0031】従って、上記のような構成の固体高分子燃
料電池用一酸化炭素低減装置の運転方法にあっては、2
つの酸素あるいは空気の導入量として、前段の導入量比
2/COを小さく、後段の導入量比O2 /COを大き
くして、トータルとしてO2/COを小さくして最大の
一酸化炭素低減効果を発揮させることができる。
Therefore, in the operation method of the carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell having the above configuration,
As the introduction amount of oxygen or air, the introduction amount ratio O 2 / CO in the former stage is made smaller, the introduction amount ratio O 2 / CO in the latter stage is made larger, and the total amount of O 2 / CO is made smaller to obtain the maximum carbon monoxide. A reduction effect can be exhibited.

【0032】請求項9に対応する発明は、炭化水素ある
いはアルコール系燃料を改質する燃料改質系を含む固体
高分子燃料電池システムの改質ガス中の一酸化炭素を触
媒を用いて酸化低減する装置において、酸素存在下で改
質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化する酸化触媒と酸
化活性のない物質を混合して収容した酸化反応容器を設
ける。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a solid polymer fuel cell system including a fuel reforming system for reforming a hydrocarbon or alcohol-based fuel, in which the carbon monoxide in the reformed gas is oxidized using a catalyst. In the apparatus, an oxidation reaction vessel is provided in which an oxidation catalyst for selectively oxidizing carbon monoxide in the reformed gas in the presence of oxygen and a substance having no oxidation activity are mixed and accommodated.

【0033】従って、上記のような構成の固体高分子燃
料電池用一酸化炭素低減装置にあっては、酸化触媒と酸
化活性のない物質を混合した反応層に改質ガスと酸素を
混合させたガスを供給することにより、COの酸化反応
が酸化反応容器の全体で徐々に起こり、従来に比べてC
Oの低減効率が向上する。
Therefore, in the apparatus for reducing carbon monoxide for a polymer electrolyte fuel cell having the above structure, the reformed gas and oxygen are mixed in the reaction layer in which the oxidation catalyst and the substance having no oxidation activity are mixed. By supplying the gas, the oxidation reaction of CO gradually occurs in the entire oxidation reaction vessel, and C
O reduction efficiency is improved.

【0034】請求項10に対応する発明は、請求項9に
対応する発明の固体高分子燃料電池用一酸化炭素低減装
置において、一酸化炭素を選択的に酸化する酸化触媒と
してPt触媒、Ru触媒、あるいはPt−Ru合金触媒
を用いる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell according to the ninth aspect, a Pt catalyst or a Ru catalyst is used as an oxidation catalyst for selectively oxidizing carbon monoxide. Alternatively, a Pt-Ru alloy catalyst is used.

【0035】従って、上記のような構成の固体高分子燃
料電池用一酸化炭素低減装置にあっては、請求項9に対
応する発明の作用効果に加えて、酸化触媒として活性が
高く且つCOの選択酸化性に優れている貴金属系を用い
ているので、装置をコンパクトにする上で優れたものと
なる。
Therefore, in the carbon monoxide reduction device for a solid polymer fuel cell having the above-described structure, in addition to the effect of the invention according to claim 9, the activity as an oxidation catalyst is high and CO is reduced. Since a noble metal based material having excellent selective oxidation properties is used, it is excellent in making the apparatus compact.

【0036】請求項11に対応する発明は、請求項9又
は請求項10に対応する発明の固体高分子燃料電池用一
酸化炭素低減装置において、酸化活性のない物質として
アルミナ、シリカ、ステンレスを用いる。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell according to the ninth or tenth aspect, alumina, silica, or stainless steel is used as the substance having no oxidizing activity. .

【0037】従って、上記のような構成の固体高分子燃
料電池用一酸化炭素低減装置にあっては、請求項9又は
請求項10に対応する発明の作用効果に加えて、酸化活
性のない物質にアルミナ、シリカ、ステンレスを用いる
ことにより、CO酸化反応が徐々に起こり、水素の酸化
が抑制され、COを極低濃度に低減できる。
Therefore, in the carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell having the above structure, the substance having no oxidizing activity is obtained in addition to the function and effect of the invention according to claim 9 or 10. By using alumina, silica, and stainless steel, the CO oxidation reaction gradually occurs, oxidation of hydrogen is suppressed, and CO can be reduced to an extremely low concentration.

【0038】請求項12に対応する発明は、請求項11
に対応する発明の固体高分子燃料電池用一酸化炭素低減
装置において、酸化活性のない物質の形状を造粒された
粒子とする。
The invention corresponding to claim 12 is the invention according to claim 11
In the apparatus for reducing carbon monoxide for a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the shape of the substance having no oxidizing activity is granulated particles.

【0039】従って、上記のような構成の固体高分子燃
料電池用一酸化炭素低減装置にあっては、請求項10に
対応する発明の作用効果に加えて、酸化活性のない物質
の形状を造粒された粒子を用いることにより、従来に比
べて圧力損失を生じることなく、改質ガスを燃料電池に
供給できる。
Therefore, in the carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell having the above-described structure, in addition to the function and effect of the invention according to claim 10, the shape of a substance having no oxidation activity is formed. By using the granulated particles, the reformed gas can be supplied to the fuel cell without causing a pressure loss as compared with the related art.

【0040】請求項13に対応する発明は、請求項9に
対応する発明の固体高分子燃料電池用一酸化炭素低減装
置において、酸化触媒と酸化活性のない物質の容積比が
2:1〜1:10とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell according to the ninth aspect, the volume ratio between the oxidation catalyst and the substance having no oxidation activity is 2: 1 to 1: 1. : 10.

【0041】従って、上記のような構成の固体高分子燃
料電池用一酸化炭素低減装置にあっては、酸化触媒と酸
化活性のない物質が2:1〜1:10で混合することに
より、CO酸化反応が徐々に起こり、従来に比べてCO
の低減効率が向上する。
Therefore, in the carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell having the above-described structure, the CO 2 is mixed by mixing the oxidation catalyst and the substance having no oxidation activity in a ratio of 2: 1 to 1:10. Oxidation reaction occurs gradually, and CO2
Reduction efficiency is improved.

【0042】請求項14に対応する発明は、請求項9に
対応する発明の固体高分子燃料電池用一酸化炭素低減装
置において、酸化反応容器の上流側に一つの酸素又は空
気導入系を有する。
According to a fourteenth aspect, in the carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell according to the ninth aspect, one oxygen or air introduction system is provided upstream of the oxidation reaction vessel.

【0043】従って、上記のような構成の固体高分子燃
料電池用一酸化炭素低減装置にあっては、請求項9に対
応する発明の作用効果に加えて、酸素又は空気を導入す
るか所が1か所でもCOを低減することができるので、
従来に比べて簡易な構造となし得る。
Therefore, in the carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell having the above-described configuration, in addition to the function and effect of the invention corresponding to claim 9, there is a place where oxygen or air is introduced. Since CO can be reduced in one place,
The structure can be simpler than the conventional structure.

【0044】請求項15に対応する発明は、請求項9に
対応する発明の固体高分子燃料電池用一酸化炭素低減装
置において、酸化反応容器内部又は外部に酸化触媒と酸
化活性のない物質を混合した反応層を冷却する冷却手段
を設ける。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell according to the ninth aspect, an oxidation catalyst and a substance having no oxidation activity are mixed inside or outside the oxidation reaction vessel. Cooling means for cooling the reaction layer is provided.

【0045】従って、上記のような構成の固体高分子燃
料電池用一酸化炭素低減装置にあっては、請求項9に対
応する発明の作用効果に加えて、COの酸化、低減に伴
う発熱による温度上昇を冷却手段により直接的に抑制さ
れるので、CO低減効果を増大することができる。
Therefore, in the carbon monoxide reduction device for a solid polymer fuel cell having the above-described structure, in addition to the effect of the invention according to claim 9, the heat generated by the oxidation and reduction of CO is added. Since the temperature rise is directly suppressed by the cooling means, the CO reduction effect can be increased.

【0046】請求項16に対応する発明は、炭化水素あ
るいはアルコール系燃料を改質する燃料改質系を含む固
体高分子燃料電池システムの改質ガス中の一酸化炭素を
触媒を用いて酸化低減する装置の運転方法において、改
質ガス中に含まれる一酸化炭素を酸化触媒を用いて低減
するに際して、酸化触媒と酸化活性のない物質を混合し
て形成した酸化反応層の温度がCOの酸化反応が進む1
00℃〜160℃に保たれるように冷却する。
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided a polymer electrolyte fuel cell system including a fuel reforming system for reforming a hydrocarbon or alcohol fuel, in which carbon monoxide in the reformed gas is oxidized using a catalyst. In the operation method of the apparatus, when the carbon monoxide contained in the reformed gas is reduced by using an oxidation catalyst, the temperature of the oxidation reaction layer formed by mixing the oxidation catalyst and the substance having no oxidation activity is reduced by the oxidation of CO. Reaction 1
Cool so as to keep the temperature between 00C and 160C.

【0047】従って、上記のような酸化低減装置の運転
方法にあっては、酸化反応層内の酸化触媒の温度をCO
の酸化反応が進む100℃〜160℃に保つように冷却
することにより、COは更に低減され、従来に比べてC
O低減効率を大幅に向上させることができる。
Therefore, in the above-described operation method of the oxidation reducing apparatus, the temperature of the oxidation catalyst in the oxidation reaction layer is set to CO 2
CO is further reduced by maintaining the temperature at 100 ° C. to 160 ° C. in which the oxidation reaction of
O reduction efficiency can be greatly improved.

【0048】[0048]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図1は本発明による一酸化炭素低減
装置を適用した固体高分子燃料電池システムの概略構成
を示すブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a solid polymer fuel cell system to which a carbon monoxide reduction device according to the present invention is applied.

【0049】例えばメタノールを燃料とする固体高分子
燃料電池システムは、図1に示すようにメタノールを水
蒸気改質し、水素リッチの改質ガスを生成する改質器1
2と、水素ガス並びに酸素ガスを燃料として固体高分子
膜を電解質とする固体高分子燃料電池14と、改質ガス
中の一酸化炭素(以下COという)を酸素存在下で酸化
除去する一酸化炭素低減装置(以下CO低減装置とい
う)16とを具備している。
For example, in a solid polymer fuel cell system using methanol as a fuel, as shown in FIG. 1, a reformer 1 for reforming methanol by steam to generate a hydrogen-rich reformed gas is provided.
2, a solid polymer fuel cell 14 using hydrogen gas and oxygen gas as fuel and a solid polymer membrane as electrolyte, and a monoxide for oxidizing and removing carbon monoxide (hereinafter referred to as CO) in the reformed gas in the presence of oxygen. A carbon reduction device (hereinafter referred to as a CO reduction device) 16.

【0050】上記改質器12はメタノール改質用触媒
(例えばCu−ZnO系触媒)を収納した改質反応部1
8と、この改質反応部18におけるメタノール改質触媒
をその適性温度に加熱するための加熱部20とを備えて
いる。そして、改質器12は改質反応部18に水とメタ
ノールとの供給を受け、改質反応部18のメタノール改
質触媒による下記の2段の化学反応を進行させて水素リ
ッチな改質ガス(ドライガス H2 ;75%程度)を生
成して下流に送出す。
The reformer 12 includes a reforming reaction section 1 containing a methanol reforming catalyst (eg, a Cu—ZnO-based catalyst).
8 and a heating section 20 for heating the methanol reforming catalyst in the reforming reaction section 18 to an appropriate temperature. Then, the reformer 12 receives the supply of water and methanol to the reforming reaction section 18, and proceeds with the following two-stage chemical reaction by the methanol reforming catalyst of the reforming reaction section 18 to produce a hydrogen-rich reformed gas. (Dry gas H 2 ; about 75%) is generated and sent downstream.

【0051】CH3OH→2H2 +CO CO+H2 O→H2 +CO2 従って、改質器12から送出される改質ガスは、水素と
二酸化炭素とでその大部分を占める混合ガスであるが、
上記反応の中間生成物であるCOを約0.2〜2%程度
を含む。上記した化学反応は改質反応部18におけるメ
タノール改質用触媒が適性温度(例えば220〜300
℃)の環境下で進行する。
CH 3 OH → 2H 2 + CO CO + H 2 O → H 2 + CO 2 Therefore, the reformed gas sent out from the reformer 12 is a mixed gas that occupies a large part of hydrogen and carbon dioxide.
It contains about 0.2 to 2% of CO which is an intermediate product of the above reaction. In the above-mentioned chemical reaction, the methanol reforming catalyst in the reforming reaction section 18 has an appropriate temperature (for example, 220 to 300).
C).

【0052】よって、改質器12は加熱部20に発熱エ
ネルギー源としてメタノールと水素ガスの供給を受け、
各々燃焼させ、その燃焼熱により改質反応部18を加熱
する。なお、この水素ガスには燃料電池14からの余剰
の水素ガスが用いられる。
Therefore, the reformer 12 receives supply of methanol and hydrogen gas to the heating section 20 as an exothermic energy source,
Each is burned, and the heat of combustion heats the reforming reaction section 18. The surplus hydrogen gas from the fuel cell 14 is used as the hydrogen gas.

【0053】また、CO低減装置16は改質器12から
の改質ガスと空気の供給を受け、改質ガス中のCOを酸
化してCO2 へ変換し、燃料電池14に水素リッチな改
質ガスを送り出す。なお、CO除去装置16の詳細につ
いては後述する。
Further, the CO reduction device 16 receives the supply of the reformed gas and the air from the reformer 12, oxidizes the CO in the reformed gas to convert it into CO 2, and supplies the fuel cell 14 with a hydrogen-rich reforming gas. Pump out quality gas. The details of the CO removing device 16 will be described later.

【0054】さらに、固体高分子燃料電池14は水素イ
オンを選択的に透過する固体高分子電解質膜22をアノ
ード24とカソード26とで挟持して構成され、アノー
ドとカソードに供給される燃料ガスの電気化学反応によ
り起電力が発生し、発電される。もしアノード24に供
給される改質ガスにCOが含まれているならば、アノー
ド24を構成する電極触媒が被毒され、十分な性能が発
揮できなくなる。勿論、これは電池の操作温度とCO濃
度にも依存するが、固体高分子燃料電池では通常80℃
〜100℃で操作されるので、CO濃度は100ppm
を越えると性能に著しい影響がでてくる。
Further, the solid polymer fuel cell 14 is constituted by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane 22 which selectively transmits hydrogen ions between an anode 24 and a cathode 26, and a fuel gas supplied to the anode and the cathode. Electromotive force is generated by the electrochemical reaction, and power is generated. If the reformed gas supplied to the anode 24 contains CO, the electrode catalyst constituting the anode 24 is poisoned, and sufficient performance cannot be exhibited. Of course, this depends on the operating temperature of the cell and the CO concentration, but for polymer electrolyte fuel cells, it is usually 80 ° C.
Operating at ~ 100 ° C, CO concentration is 100ppm
Beyond this, there will be a noticeable effect on performance.

【0055】次いでアノード24からは余剰の改質ガス
が改質器12の加熱部20に送出され、カソード26か
らは余剰の空気の一部は加熱部20に送出され、残りは
大気放出される。加熱部20では必要に応じて燃料であ
るメタノールも供給されるが、アノード24から送出さ
れた改質ガス中の未使用水素を中心にカソード24から
送出された改質ガス中の未使用水素を中心にカソード2
6からの余剰空気と混合燃焼され、加熱部の熱源とな
る。
Next, surplus reformed gas is sent from the anode 24 to the heating section 20 of the reformer 12, part of the surplus air is sent from the cathode 26 to the heating section 20, and the rest is released to the atmosphere. . The heating unit 20 also supplies methanol, which is a fuel, as necessary. However, the unused hydrogen in the reformed gas sent from the cathode 24 around the unused hydrogen in the reformed gas sent from the anode 24 is removed. Cathode 2 in the center
It is mixed and burned with the excess air from 6 and becomes a heat source of the heating unit.

【0056】なお、上記した固体高分子燃料電池システ
ム10には各供給管路に逆止弁、流量計、ポンプ等が設
けられているが、本発明とは直接関係しないので、その
説明は省略する。
Although the above-mentioned solid polymer fuel cell system 10 is provided with a check valve, a flow meter, a pump and the like in each supply pipe, the description is omitted because it is not directly related to the present invention. I do.

【0057】次にCO除去装置16の詳細な構成につい
て図2により説明する。図2は本発明によるCO低減装
置の第1の実施の形態を示す構成図である。図2に示す
ように改質器12からの改質ガスは、その操作温度が2
00〜300℃であるため、改質ガスの温度もほぼそれ
に等しい温度になって送出される。また、CO濃度は改
質触媒の量が十分に充填されているならば、改質器12
の出口温度の平衡濃度として送出される。
Next, the detailed configuration of the CO removing device 16 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a configuration diagram showing a first embodiment of the CO reduction device according to the present invention. As shown in FIG. 2, the reformed gas from the reformer 12 has an operation temperature of 2
Since the temperature is in the range of 00 to 300 ° C., the temperature of the reformed gas is also substantially equal to the temperature and is sent out. Further, if the amount of the reforming catalyst is sufficiently charged, the CO concentration can be reduced by the reformer 12.
Is delivered as the equilibrium concentration of the outlet temperature.

【0058】この場合、出口温度が低ければCO濃度は
低くなるが、200℃より低温になると著しく反応速度
が遅くなり、触媒量も膨大になるので、200℃を限度
と考えて操作される。そのときのCO濃度は0.2%程
度であるが、これはミニマムであり、実際には230℃
程度、CO濃度は0.5%程度が通常用いられる例であ
る。
In this case, if the outlet temperature is low, the CO concentration is low. However, if the temperature is lower than 200 ° C., the reaction speed is remarkably slowed down, and the amount of catalyst becomes enormous. The CO concentration at that time is about 0.2%, which is a minimum, and is actually 230 ° C.
This is an example in which a CO concentration of about 0.5% is usually used.

【0059】このような改質ガスが管路36を通して温
度センサ27aで温度が計測され、適正な温度域で空気
導入管路38を通して空気が流量調整器40よって適正
な流量で導入され、改質ガスと合流し、混合手段28に
て混合した後、CO酸化触媒層30に入り、COは酸化
されて流出し、図示しない温度センサで適正な温度であ
ることを確認して燃料電池14へ送られる。
The temperature of the reformed gas is measured by a temperature sensor 27a through a pipe 36, and air is introduced at an appropriate flow rate by a flow regulator 40 through an air introduction pipe 38 in an appropriate temperature range. After being mixed with the gas and mixed by the mixing means 28, the CO enters the CO oxidation catalyst layer 30, where the CO is oxidized and flows out, and is sent to the fuel cell 14 after confirming that the temperature is appropriate by a temperature sensor (not shown). Can be

【0060】本発明ではCO酸化触媒層30へ入る改質
ガスの温度が100〜150℃の範囲にすることがCO
除去を効果的に行うための要点である。ここで、CO低
減装置16の上記効果を具体的な数値を用いて説明す
る。
In the present invention, the temperature of the reformed gas entering the CO oxidation catalyst layer 30 must be in the range of 100 to 150 ° C.
This is the key to effective removal. Here, the effects of the CO reduction device 16 will be described using specific numerical values.

【0061】CO酸化触媒層30は断面積15cm2 、長
さ5cmの管状体であり、Pt触媒を担持して収納(触媒
担持量0.25%)する。そして、改質器12からは改
質管路36を経て改質ガス(H2 ;75.5%、CO
2 ;24%、CO;0.5%)を13L/min の流量で
送出した。
The CO oxidation catalyst layer 30 is a tubular body having a cross-sectional area of 15 cm 2 and a length of 5 cm, and carries and stores a Pt catalyst (catalyst carrying amount 0.25%). Then, from the reformer 12, the reformed gas (H 2 ; 75.5%, CO 2
2 ; 24%, CO; 0.5%) at a flow rate of 13 L / min.

【0062】また、空気は空気管路38を経て流量調整
器40で流量がO2 /CO=1.5になるように調整し
て導入した。同時にCO酸化触媒層30の下流にCO濃
度計を設置し、CO濃度を測定した。
The air was introduced through the air line 38 by the flow controller 40 so that the flow rate was adjusted so that O 2 /CO=1.5. At the same time, a CO concentration meter was installed downstream of the CO oxidation catalyst layer 30 to measure the CO concentration.

【0063】温度センサ27aで測定された改質ガスの
温度が120℃のときのCO濃度は60ppm、150
℃のときは95ppm、170℃のときは350ppm
と温度が上昇すると共にCO濃度は上昇し、100pp
m以下にするためには150℃以下にする必要があっ
た。また、低温側は改質ガス中に水蒸気が20〜30%
程度は存在すること及び電池作動温度80〜100℃を
考慮すると100℃以上にするのが良い。
When the temperature of the reformed gas measured by the temperature sensor 27a is 120 ° C., the CO concentration is 60 ppm,
95 ppm at ℃, 350 ppm at 170 ℃
And the temperature rises, the CO concentration rises and 100pp
m or less, it was necessary to reduce the temperature to 150 ° C. or less. On the low temperature side, 20-30% of steam is contained in the reformed gas.
Considering the existence and the battery operating temperature of 80 to 100 ° C., the temperature is preferably set to 100 ° C. or more.

【0064】図3は本発明によるCO低減装置の第2の
実施の形態を示す構成図である。第2の実施の形態のC
O除去装置16は、上記第1の実施の形態とCO酸化触
媒層と空気導入の構成及び冷却手段が設置されている点
で相違する。よって、以下の説明に当っては第1の実施
の形態と同一機能を果たす部材についてはその説明を省
略する。
FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the CO reduction apparatus according to the present invention. C of the second embodiment
The O removing device 16 is different from the first embodiment in that a CO oxidation catalyst layer, a configuration for introducing air, and a cooling unit are provided. Therefore, in the following description, the description of members having the same functions as those of the first embodiment will be omitted.

【0065】第2の実施の形態のCO低減装置16は図
3に示すように改質管路36の経路途中に2つのCO酸
化触媒層30a,30bを備え、第1のCO酸化触媒層
30aには担体に担持された粒状のPt触媒(担持量
0.25%)31aが収納されており、第2のCO酸化
触媒層30bには同様なRu触媒(担持量1%)31b
が収納されている。それに対応して空気導入管路38を
通じて分岐管38a,38bに分岐して各々の触媒層に
空気が導入できるようになっている。
As shown in FIG. 3, the CO reduction device 16 of the second embodiment includes two CO oxidation catalyst layers 30a and 30b in the middle of the reforming pipe 36, and the first CO oxidation catalyst layer 30a. Contains a granular Pt catalyst (supported amount 0.25%) 31a supported on a carrier, and a similar Ru catalyst (supported amount 1%) 31b in the second CO oxidation catalyst layer 30b.
Is stored. Correspondingly, the air is branched into branch pipes 38a and 38b through the air introduction pipe 38 so that air can be introduced into each catalyst layer.

【0066】また、第1のCO酸化触媒層30aと第2
のCO酸化触媒層30bの間に冷却手段32が備えられ
ている。改質ガスは改質管路36を経て途中より分岐管
38aより導入された適量の空気と合流し、混合手段2
8aにより混合されて第1のCO酸化触媒層30aでC
Oは酸化、低減されて送出される。
The first CO oxidation catalyst layer 30a and the second
The cooling means 32 is provided between the CO oxidation catalyst layers 30b. The reformed gas merges with an appropriate amount of air introduced from the branch pipe 38a from the middle through the reforming pipe 36, and the mixing means 2
8a mixed in the first CO oxidation catalyst layer 30a.
O is oxidized and reduced and delivered.

【0067】次いで分岐管38bより導入された空気と
合流し、冷却手段32により適正な温度に冷却された後
に第2のCO酸化触媒層30bに入り、極低濃度までC
Oは酸化・低減された後、燃料電池14へ送り出され
る。
Next, the air merges with the air introduced from the branch pipe 38b, is cooled to an appropriate temperature by the cooling means 32, and then enters the second CO oxidation catalyst layer 30b, where C reaches a very low concentration.
After being oxidized and reduced, O is sent to the fuel cell 14.

【0068】第1、第2のCO酸化触媒層30a、30
bに収納される触媒31a,31bは大きな表面積を持
つ担体に担持されたPt及びRu触媒がよく、媒体とし
ては例えばγ−Al23 、シリカ・アルミナ等が良
い。
The first and second CO oxidation catalyst layers 30a, 30
The catalysts 31a and 31b contained in b are preferably Pt and Ru catalysts supported on a carrier having a large surface area, and the medium is preferably, for example, γ-Al 2 O 3 , silica / alumina, or the like.

【0069】この場合、担持量は少なくできれば、より
安価な触媒となるが酸化活性との兼ね合いで通常よく用
いられる浸漬法で調整するならば、Ptで0.20〜
0.5%、Ruで0.8〜1.5%程度は必要となる。
さらに、第1のCO酸化触媒層30aはPt触媒が良
く、第2のCO酸化触媒層30bはRu触媒が良い。
In this case, if the supported amount can be reduced, a less expensive catalyst can be obtained. However, if it is adjusted by an immersion method usually used in consideration of the oxidation activity, Pt is 0.20 to 0.20.
0.5% and about 0.8 to 1.5% of Ru are required.
Further, the first CO oxidation catalyst layer 30a is preferably a Pt catalyst, and the second CO oxidation catalyst layer 30b is preferably a Ru catalyst.

【0070】ところで、Pt触媒は低温での酸化活性に
優れており、比較的高濃度のCOを効率良く酸化してく
れる。また、Ru触媒はPt触媒よりも高温で酸化活性
と共に次に示すメタネーション反応の活性も持ってい
る。
By the way, the Pt catalyst has excellent oxidation activity at a low temperature and efficiently oxidizes a relatively high concentration of CO. Further, the Ru catalyst has an oxidation activity at a higher temperature than the Pt catalyst and also has a methanation reaction activity shown below.

【0071】CO+3H2 →CH4 +H2 O 従って、このメタネーション反応によってもCO濃度を
低減できるので、CO濃度を極低濃度まで下げることが
できる。また、冷却手段32としては空冷、水冷の何ず
れでもよい。この冷却手段32は次のような場合に有効
である。
CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O Therefore, the CO concentration can be reduced by this methanation reaction, so that the CO concentration can be reduced to an extremely low concentration. The cooling means 32 may be any one of air cooling and water cooling. This cooling means 32 is effective in the following cases.

【0072】改質器12出口のCO濃度が高い場合には
100℃以上の温度上昇が第1のCO酸化触媒層30a
で見込まれるので、この第1のCO酸化触媒層30aの
入口での改質ガスの温度が120℃であれば出口での温
度は220℃以上になる。
When the CO concentration at the outlet of the reformer 12 is high, the temperature rise of 100 ° C. or more causes the first CO oxidation catalyst layer 30 a
Therefore, if the temperature of the reformed gas at the inlet of the first CO oxidation catalyst layer 30a is 120 ° C., the temperature at the outlet becomes 220 ° C. or more.

【0073】このような状態で改質ガスが第2のCO酸
化触媒層30bに流入されるならば、この第2のCO酸
化触媒層30bでは次に示すCO2 のメタネーション反
応も併発する。
If the reformed gas flows into the second CO oxidation catalyst layer 30b in such a state, the following CO 2 methanation reaction also occurs in the second CO oxidation catalyst layer 30b.

【0074】CO2 +4H2 →CH4 +2H2 O これは大きな発熱反応であり、温度が暴走し、好ましい
結果が得られない。当然CO濃度も極低濃度まで低減で
きなくなる。このような場合には改質ガスを冷却し、温
度センサ27bで検知し、120〜180℃程度にて第
2のCO酸化触媒層30bに導入してやれば良い。
CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O This is a large exothermic reaction, the temperature runs away, and a favorable result cannot be obtained. Naturally, the CO concentration cannot be reduced to an extremely low concentration. In such a case, the reformed gas may be cooled, detected by the temperature sensor 27b, and introduced into the second CO oxidation catalyst layer 30b at about 120 to 180 ° C.

【0075】上限の温度180℃は第2のCO酸化触媒
層30bの温度が200℃を超えない温度である。ここ
で、上記第2の実施の形態におけるCO低減装置16の
上記効果を具体的な数値を用いて説明する。
The upper limit temperature of 180 ° C. is a temperature at which the temperature of the second CO oxidation catalyst layer 30b does not exceed 200 ° C. Here, the effect of the CO reduction device 16 in the second embodiment will be described using specific numerical values.

【0076】第1、第2のCO酸化触媒層30a、30
bは断面積15cm2 、長さ5cmの管状体であり、各々に
担持粒状Pt触媒(触媒担持量0.25%)及び担持粒
状Ru触媒(触媒担持量1%)を収納する。そして、改
質器12からは改質管路36を経て改質ガス(H2 ;7
5.5%、CO2 ;24%、CO;0.5%)を25L
/min の流量で送出した。また、空気は空気導入管路3
8を経て流量がO2 /CO=1.5になるような流量で
流量調整器40a,40bで調整して各々9:1の流量
に調整して導入した。同時に第2のCO酸化触媒層30
bの下流にCO濃度計を設置し、CO濃度を測定した。
温度センサ27aで測定された改質ガスの温度は150
℃であり、このときの第2のCO酸化触媒層30b出口
のCO濃度は20ppmであった。
The first and second CO oxidation catalyst layers 30a, 30
“b” is a tubular body having a cross-sectional area of 15 cm 2 and a length of 5 cm, and contains a supported granular Pt catalyst (catalyst carrying amount 0.25%) and a supported granular Ru catalyst (catalyst carrying amount 1%), respectively. Then, from the reformer 12, the reformed gas (H 2 ;
5.5 L, CO 2 ; 24%, CO; 0.5%) in 25 L
/ Min at a flow rate of / min. In addition, air is supplied to the air introduction line 3
After passing through 8, the flow rate was adjusted by the flow rate regulators 40a and 40b so that the flow rate became O 2 /CO=1.5, and each flow rate was adjusted to 9: 1 and introduced. At the same time, the second CO oxidation catalyst layer 30
A CO concentration meter was installed downstream of b, and the CO concentration was measured.
The temperature of the reformed gas measured by the temperature sensor 27a is 150
° C, and the CO concentration at the outlet of the second CO oxidation catalyst layer 30b at this time was 20 ppm.

【0077】さらに、同様な条件で冷却手段32を作動
させ、温度センサ27bで検知した温度が140℃のと
きの第2のCO酸化触媒層30bの出口のCO濃度は1
0ppm以下と著しく低減することができた。
Further, the cooling means 32 is operated under the same conditions, and when the temperature detected by the temperature sensor 27b is 140 ° C., the CO concentration at the outlet of the second CO oxidation catalyst layer 30b becomes 1
It was significantly reduced to 0 ppm or less.

【0078】次に第3の実施の形態としてCO低減装置
の運転方法について述べる。CO濃度を極低濃度まで低
減するには導入する空気量も重要な要素である。既述し
たように導入する空気量は当然改質ガス中のCO濃度に
依存するので、O2 /COで規定するのが便利であり、
2 /COができるだけ小さくしてCO濃度を極低濃度
にすることができれば、燃料電池の発電効率が向上す
る。
Next, a method of operating the CO reduction device will be described as a third embodiment. In order to reduce the CO concentration to a very low concentration, the amount of air introduced is also an important factor. As described above, since the amount of air introduced naturally depends on the CO concentration in the reformed gas, it is convenient to specify O 2 / CO.
If O 2 / CO can be made as small as possible to make the CO concentration extremely low, the power generation efficiency of the fuel cell is improved.

【0079】第2の実施の形態で示したように第1のC
O酸化触媒層30a及び第2のCO酸化触媒層30bで
構成されるCO低減装置では、第2のCO酸化触媒層3
0bの出口でCO濃度を極低濃度にできればよく、第1
のCO酸化触媒層30aでは90%程度低減できれば十
分に機能を果たしたことになる。即ち、第1のCO酸化
触媒層30a及び第2のCO酸化触媒層30bへ導入す
るO2 /CO比を変化させ、トータルとしてO2 /CO
比を小さくして最大のCO低減効果を発揮させれば良
い。このためには第1のCO酸化触媒層30aへ送る空
気のO2 /CO比を小さくして第2のCO酸化触媒層3
0bへ送る空気量O2 /CO比をより大きくしてやるこ
とにより上記の目的を達成できることが分かった。
As shown in the second embodiment, the first C
In the CO reduction device composed of the O oxidation catalyst layer 30a and the second CO oxidation catalyst layer 30b, the second CO oxidation catalyst layer 3
It is sufficient if the CO concentration can be made extremely low at the outlet of 0b.
If the CO oxidation catalyst layer 30a can be reduced by about 90%, the function has been sufficiently performed. That is, the O 2 / CO ratio introduced into the first CO oxidation catalyst layer 30a and the second CO oxidation catalyst layer 30b is changed, and the total O 2 / CO
What is necessary is just to make a ratio small and to exhibit the maximum CO reduction effect. For this purpose, the O 2 / CO ratio of the air sent to the first CO oxidation catalyst layer 30a is reduced to reduce the second CO oxidation catalyst layer 3a.
It has been found that the above object can be achieved by increasing the O 2 / CO ratio of the air sent to Ob.

【0080】ここで、この効果を具体的数値で説明す
る。比較例として第2の実施の形態の冷却無しの条件で
2 /CO=1.5で空気を導入し、9:1で配分して
導入した場合は、既に述べたように20ppmであった
が、上記した考え方で他の条件は同一で第1のCO酸化
触媒層30aへはO2 /CO=1.0で導入し、第2の
CO酸化触媒層30bへは第1のCO酸化触媒層30a
で90%COが低減できたとして、O2 /CO=2.0
で空気を導入した結果のCO濃度は22ppmとほぼ同
一の低減効果を得ることができた。
Here, this effect will be described with specific numerical values. As a comparative example, when air was introduced at O 2 /CO=1.5 under the condition of no cooling in the second embodiment and distributed at a ratio of 9: 1, it was 20 ppm as described above. However, the other conditions are the same, and the first CO oxidation catalyst layer 30a is introduced with O 2 /CO=1.0, and the second CO oxidation catalyst layer 30b is charged with the first CO oxidation catalyst. Layer 30a
Assuming that 90% of CO could be reduced by O 2 /CO=2.0
As a result, the same CO concentration as the result of introducing air at 22 ppm could be obtained.

【0081】このときのトータルのO2 /CO=1.2
であり、比較例の1.5よりも小さくできた。勿論CO
濃度計を設置し、この濃度計の指示値により上記の考え
方でO2 /COを決定して空気導入量を決定するのがよ
り正確であるが、複雑かつ高価になり、コストパーフォ
ーマンスによって採用すればよく、本発明の要旨がいさ
さかも影響を受けるものではない。
At this time, total O 2 /CO=1.2
Which was smaller than 1.5 of the comparative example. Of course CO
It is more accurate to install a densitometer and determine O 2 / CO based on the indicated value of the densitometer based on the above-mentioned concept to determine the amount of air to be introduced. However, it becomes complicated and expensive, and is adopted according to cost performance. It does not matter what the gist of the present invention is.

【0082】図4は本発明によるCO低減装置の第4の
実施の形態を示す構成図である。第4の実施の形態で
は、図2に示した第1の実施の形態とはCO酸化触媒層
50の容器外側に冷却手段を備えて冷却できるようにし
たことと、その効果を検出するためにCO酸化触媒層5
0の出口近傍に温度センサ45bを設け、冷却の効果を
検出できるようにしたことである。
FIG. 4 is a block diagram showing a fourth embodiment of the CO reduction apparatus according to the present invention. The fourth embodiment differs from the first embodiment shown in FIG. 2 in that a cooling means is provided outside the container of the CO oxidation catalyst layer 50 so that cooling can be performed. CO oxidation catalyst layer 5
That is, a temperature sensor 45b is provided in the vicinity of the outlet of 0, so that the effect of cooling can be detected.

【0083】このようにすることにより、CO酸化低減
に伴う発熱によるCO酸化触媒層50が温度上昇を直接
的に抑制することにより、CO低減効果を増大させるこ
とができる。
In this way, the CO oxidation catalyst layer 50 directly suppresses the temperature rise due to the heat generated by the reduction of CO oxidation, thereby increasing the CO reduction effect.

【0084】ここで、第4の実施の形態のCO低減装置
の効果を具体的な数値により説明する。温度センサ45
bでCO酸化触媒層50の出口温度を検出して150℃
になるようにCO酸化触媒層50の容器外側に設けられ
た冷却手段51に空気を流す他は、第1の実施の形態の
具体例と同じようにして(但し改質ガス入口温度は12
0℃のみ)ときのCO酸化触媒層50の出口のCO濃度
は40ppmと比較例の60ppmと比べて低減されて
いた。
Here, the effect of the CO reduction device of the fourth embodiment will be described with specific numerical values. Temperature sensor 45
b, the outlet temperature of the CO oxidation catalyst layer 50 is detected, and
Except that air is supplied to the cooling means 51 provided on the outside of the container of the CO oxidation catalyst layer 50 so that the temperature of the reformed gas inlet is 12 ° C.
At 0 ° C. only), the CO concentration at the outlet of the CO oxidation catalyst layer 50 was 40 ppm, which was lower than 60 ppm of the comparative example.

【0085】図5は本発明によるCO低減装置の第5の
実施の形態を示す構成図である。図1に示す改質器12
からの改質ガスはCO低減装置16を通過させた後、固
体高分子燃料電池14に送出される。この場合、改質器
12からの改質ガスの温度は200℃〜300℃であ
る。また、COの濃度は改質触媒の量が十分に充填され
ているならば、改質器12の出口温度の平衡濃度として
送出される。出口温度が低ければCO濃度は低くなる
が、200℃より低温になると著しく反応速度が遅くな
り、触媒量も膨大になるので、200℃を限度と考えて
操作される。この時のCO濃度は0.2%程度である
が、これは最小値であり、実際には230℃程度、CO
濃度は0.5%程度が通常である。
FIG. 5 is a block diagram showing a fifth embodiment of the CO reduction apparatus according to the present invention. The reformer 12 shown in FIG.
After passing through the CO reduction device 16, the reformed gas is sent to the polymer electrolyte fuel cell 14. In this case, the temperature of the reformed gas from the reformer 12 is 200C to 300C. If the amount of the reforming catalyst is sufficiently charged, the CO concentration is sent out as an equilibrium concentration of the outlet temperature of the reformer 12. If the outlet temperature is low, the CO concentration is low. However, if the temperature is lower than 200 ° C., the reaction rate is remarkably slowed down, and the amount of catalyst becomes enormous. At this time, the CO concentration is about 0.2%, but this is the minimum value.
The concentration is usually about 0.5%.

【0086】このような改質ガスは図5に示すように改
質ガス管路36を通して酸化反応容器55に流入する
際、CO濃度センサ51によりCO濃度が計測される。
また、改質ガス管路36にはCOを酸化するための酸素
が空気導入管38を通して流量調整器40によって適正
な流量で導入され、改質ガスと合流して混合手段28に
よって改質ガスと酸素が混合され、温度センサ52によ
り入口ガス温度が計測された後、酸化触媒53と酸化活
性のない物質54を混合した酸化反応容器55に入り、
COが酸化低減されて燃料電池14へ送られる。
When such a reformed gas flows into the oxidation reaction vessel 55 through the reformed gas pipe 36 as shown in FIG. 5, the CO concentration is measured by the CO concentration sensor 51.
In addition, oxygen for oxidizing CO is introduced into the reformed gas pipe 36 through the air introduction pipe 38 at an appropriate flow rate by the flow rate regulator 40, merges with the reformed gas, and is mixed with the reformed gas by the mixing means 28. After the oxygen is mixed and the inlet gas temperature is measured by the temperature sensor 52, the oxygen enters the oxidation reaction vessel 55 in which the oxidation catalyst 53 and the substance 54 having no oxidation activity are mixed.
CO is oxidized and reduced and sent to the fuel cell 14.

【0087】ここで、上記第5の実施の形態におけるC
O低減装置16の上記効果を具体的な数値を用いて説明
する。COを選択的に酸化する酸化触媒53にPt触媒
(触媒担持量0.25%)、酸化活性のない物質54に
アルミナボール(3mm球)を用いた。また、図1の改質
器12からは改質ガス管路36を経て改質ガス(H2
CO/CO2 =75/24.5/0.5)を20L/mi
n の流量で送出した。
Here, C in the fifth embodiment is used.
The effect of the O reduction device 16 will be described using specific numerical values. A Pt catalyst (catalyst carrying amount 0.25%) was used as an oxidation catalyst 53 for selectively oxidizing CO, and an alumina ball (3 mm sphere) was used as a substance 54 having no oxidation activity. Also, the reformed gas (H 2 / H 2) from the reformer 12 of FIG.
(CO / CO 2 = 75 / 24.5 / 0.5) to 20 L / mi
It was delivered at a flow rate of n.

【0088】また、空気は空気導入管路38を経て流量
調整器40で流量がO2 /CO=1.5になるように調
整して導入した。同時に酸化反応容器55の下流で改質
ガス管路36における改質ガス中のCO濃度を測定し
た。
The air was introduced through the air introduction pipe 38 by adjusting the flow rate at the flow regulator 40 so that the flow rate became O 2 /CO=1.5. At the same time, the CO concentration in the reformed gas in the reformed gas line 36 downstream of the oxidation reaction vessel 55 was measured.

【0089】その結果、COを選択的に酸化する酸化触
媒53と酸化活性のない物質54とを混合することによ
り、COの酸化反応が酸化反応容器55の全体で徐々に
起こる。
As a result, by mixing the oxidation catalyst 53 for selectively oxidizing CO with the substance 54 having no oxidation activity, the oxidation reaction of CO gradually occurs in the entire oxidation reaction vessel 55.

【0090】また、酸化反応容器55にPt触媒:10
0ccを充填し、温度センサ52で測定した入口ガス温
度が120℃の場合、酸化反応容器55の下流で改質ガ
ス管路36におけるCO濃度は400ppmであった。
これに対して、酸化反応容器55にPt触媒:100c
cとアルミナボール:100ccを混合した場合、酸化
反応容器55の下流で改質ガス管路36におけるCO濃
度は80ppmであった。
The oxidation reaction vessel 55 contains a Pt catalyst: 10
When 0 cc was charged and the inlet gas temperature measured by the temperature sensor 52 was 120 ° C., the CO concentration in the reformed gas pipe 36 downstream of the oxidation reaction vessel 55 was 400 ppm.
On the other hand, the Pt catalyst: 100 c
When c and alumina balls: 100 cc were mixed, the CO concentration in the reformed gas pipe 36 downstream of the oxidation reaction vessel 55 was 80 ppm.

【0091】このことから、CO低減装置は従来に比べ
てCOの低減効率が向上することが分かる。次に本発明
によるCO低減装置の第6の実施の形態を図5により説
明する。
From this, it can be seen that the CO reduction device improves the CO reduction efficiency as compared with the related art. Next, a sixth embodiment of the CO reduction device according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0092】この第6の実施の形態のCO低減装置16
は、上記した第5の実施の形態のCOを選択的に酸化す
る酸化触媒53の触媒の種類が異なるだけで、他の部材
については第5の実施の形態と同一機能を果たすので、
ここではその説明を省略することとする。
The CO reduction device 16 of the sixth embodiment
Differs from the fifth embodiment only in the type of the oxidation catalyst 53 that selectively oxidizes CO, and the other members perform the same function as the fifth embodiment.
Here, the description thereof is omitted.

【0093】第6の実施の形態では、酸化触媒53とし
ては例えばPt,Ru,Pd及びそれらの合金Pt−R
u等の貴金属及びMn23 などの酸化物系を使用する
ものである。この場合、活性が高くかつCOの選択酸化
性に優れている貴金属系が装置をコンパクトにする上で
優れており、本発明の目的を達成する上で好ましい。更
に貴金属系の中ではPt,Ru等が良い。また、酸化触
媒53は大きな表面積を持つ担体に担持されたものが良
く、例えばγアルミナ、シリカ・アルミナ等がよい。担
持量は少なくできればより安価な触媒となるが、酸化活
性との兼合いで、通常よく用いられる含浸法で調整する
ならば例えばPtで0.2〜0.5%、Ruで0.8〜
1.5%程度は必要となる。
In the sixth embodiment, as the oxidation catalyst 53, for example, Pt, Ru, Pd and their alloys Pt-R
Noble metals such as u and oxides such as Mn 2 O 3 are used. In this case, a noble metal system having high activity and excellent selectivity of CO is excellent in making the apparatus compact, and is preferable in achieving the object of the present invention. Further, among the noble metal materials, Pt, Ru and the like are preferable. The oxidation catalyst 53 is preferably supported on a carrier having a large surface area, such as γ-alumina and silica-alumina. If the supported amount can be reduced, a less expensive catalyst can be obtained. However, if it is adjusted by a commonly used impregnation method in consideration of oxidation activity, for example, Pt is 0.2 to 0.5%, and Ru is 0.8 to 0.8%.
About 1.5% is required.

【0094】このようにCO選択的に酸化する酸化触媒
53を用いることにより、効率良くCOが低減される。
ここで、上記第6の実施の形態におけるCO低減装置1
6の上記効果を具体的な数値を用いて説明する。
By using the oxidation catalyst 53 for selectively oxidizing CO, CO can be efficiently reduced.
Here, the CO reduction device 1 according to the sixth embodiment is described.
6 will be described using specific numerical values.

【0095】COを選択的に酸化する酸化触媒53にP
t/γアルミナ触媒(触媒担持量0.25%)、Ru/
γアルミナ触媒(触媒担持量1%)、Pt−Ru/γア
ルミナ触媒(触媒担持量Pt:0.2%,Ru:0.8
%)、LaMn23 触媒(触媒担持量5%)を用い、
酸化活性のない物質54に物質54にアルミナボール
(3mm球)を用いた。
P is added to the oxidation catalyst 53 for selectively oxidizing CO.
t / γ alumina catalyst (catalyst loading 0.25%), Ru /
γ-alumina catalyst (catalyst loading 1%), Pt-Ru / γ-alumina catalyst (catalyst loading Pt: 0.2%, Ru: 0.8
%), Using a LaMn 2 O 3 catalyst (catalyst carrying amount 5%),
Alumina balls (3 mm spheres) were used for the substance 54 having no oxidation activity.

【0096】また、図1の改質器12からは改質ガス管
路36を経て改質ガス(H2 /CO2 =75/24.5
/0.5)を20L/min の流量で送出した。また、空
気は空気導入管路38を経て流量調整器40で流量がO
2 /CO=1.5になるように調整して導入した。同時
に酸化反応容器55の下流で改質ガス管路36における
改質ガス中のCO濃度を測定した。
The reformed gas (H 2 / CO 2 = 75 / 24.5) from the reformer 12 shown in FIG.
/0.5) at a flow rate of 20 L / min. In addition, the flow rate of the air is set to O
2 / CO was adjusted to 1.5 and introduced. At the same time, the CO concentration in the reformed gas in the reformed gas line 36 downstream of the oxidation reaction vessel 55 was measured.

【0097】その結果、酸化反応容器55にPt/γア
ルミナ:100ccとアルミナボール:100ccを混
合し、温度センサ52で測定した入口ガス温度が120
℃の場合、酸化反応容器55の下流で改質ガス管路36
におけるCO濃度は80ppmであった。
As a result, 100 cc of Pt / γ alumina and 100 cc of alumina balls were mixed in the oxidation reaction vessel 55 and the inlet gas temperature measured by the temperature sensor 52 was 120.
° C, the reformed gas line 36 downstream of the oxidation reaction vessel 55
Was 80 ppm.

【0098】また、酸化反応容器55にRu/γアルミ
ナ:100ccとアルミナボール:100ccを混合し
た場合、酸化反応容器55の下流で改質ガス管路36に
おけるCO濃度は70ppmであった。
When 100 cc of Ru / γ alumina and 100 cc of alumina balls were mixed in the oxidation reaction vessel 55, the CO concentration in the reformed gas line 36 downstream of the oxidation reaction vessel 55 was 70 ppm.

【0099】同様に酸化反応容器55にPt−Ru/γ
アルミナ:100ccとアルミナボール:100ccを
混合した場合、酸化反応容器55の下流で改質ガス管路
36におけるCO濃度は75ppmであった。
Similarly, the Pt-Ru / γ is placed in the oxidation reaction vessel 55.
When 100 cc of alumina and 100 cc of alumina balls were mixed, the CO concentration in the reformed gas pipe 36 downstream of the oxidation reaction vessel 55 was 75 ppm.

【0100】さらに、酸化反応容器55にPd/γアル
ミナ:100ccとアルミナボール:100ccを混合
した場合、酸化反応容器55の下流で改質ガス管路36
におけるCO濃度は230ppmであった。
Further, when 100 cc of Pd / γ alumina and 100 cc of alumina balls are mixed in the oxidation reaction vessel 55, the reformed gas pipe 36 is provided downstream of the oxidation reaction vessel 55.
Was 230 ppm.

【0101】同様に酸化反応容器55にLa/Mn2
3 :100ccとアルミナボール:100ccを混合し
た場合、酸化反応容器55の下流で改質ガス管路36に
おけるCO濃度は500ppmであった。
Similarly, La / Mn 2 O is added to the oxidation reaction vessel 55.
3 : When 100 cc and alumina balls: 100 cc were mixed, the CO concentration in the reformed gas pipe 36 downstream of the oxidation reaction vessel 55 was 500 ppm.

【0102】このことから、酸化触媒53にPt触媒、
またはRu触媒、またはPt−Ru触媒と酸化活性のな
い物質54を混合したCO低減装置16は銃声に比べて
COの低減効率が向上することが分かった。
Therefore, a Pt catalyst was used as the oxidation catalyst 53,
Alternatively, it has been found that the CO reduction device 16 in which the Ru catalyst or the Pt-Ru catalyst and the substance 54 having no oxidation activity are mixed improves the CO reduction efficiency as compared with the gunshot.

【0103】次に本発明によるCO低減装置の第7の実
施の形態を図5により説明する。この第7の実施の形態
のCO低減装置16は、上記した第5の実施の形態の活
性のない物質が異なるもので、他の部材については第5
の実施の形態と同一機能を果たすので、ここではその説
明を省略することとする。
Next, a seventh embodiment of the CO reduction apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. The CO reduction device 16 of the seventh embodiment is different from the fifth embodiment in that the inactive substance is different from that of the fifth embodiment.
Since the same function as that of the embodiment is performed, the description thereof is omitted here.

【0104】第7の実施の形態では、酸化活性のない物
質54として、COを酸化するための酸素が水素によっ
て消費されないように酸化活性のない方が良く、例えば
アルミナ、シリカ、ステンレスを使用するものである。
In the seventh embodiment, it is preferable that the substance 54 having no oxidation activity has no oxidation activity so that oxygen for oxidizing CO is not consumed by hydrogen. For example, alumina, silica, and stainless steel are used. Things.

【0105】このように酸化触媒53と酸化活性のない
物質54とを混合することにより、CO酸化反応が徐々
に起こり、水素の酸化が抑制され、COを極低濃度に低
減できる。
As described above, by mixing the oxidation catalyst 53 with the substance 54 having no oxidation activity, the CO oxidation reaction gradually occurs, the oxidation of hydrogen is suppressed, and the CO concentration can be reduced to an extremely low concentration.

【0106】ここで、上記第7の実施の形態におけるC
O低減装置16の上記効果を具体的な数値を用いて説明
する。酸化活性のない物質54にFe23 /アルミ
ナ、シリカ、ステンレス、比較のため上記の酸化触媒5
3で用いたPt/γアルミナを使用した。改質ガス管路
36を経て改質ガスを20L/min の流量で送出した。
Here, C in the seventh embodiment is used.
The effect of the O reduction device 16 will be described using specific numerical values. The material 54 having no oxidation activity is Fe 2 O 3 / alumina, silica, stainless steel, and the above oxidation catalyst 5 for comparison.
The Pt / γ alumina used in 3 was used. The reformed gas was delivered at a flow rate of 20 L / min through the reformed gas line 36.

【0107】また、入口ガス温度を150℃に保ち、空
気は空気導入管路38を経て流量調整器40で流量がH
2 /O2 =99/lになるように調整して導入した。同
時に酸化反応容器55の下流で改質ガス管路36におけ
る水素ガス中のO2 濃度を測定した。
Further, the inlet gas temperature is maintained at 150 ° C., and the air flows through the air introduction pipe 38 to the flow controller 40 where the flow rate becomes H.
It was introduced so as to be adjusted to 2 / O 2 = 99 / l. At the same time, the O 2 concentration in the hydrogen gas in the reformed gas pipe 36 was measured downstream of the oxidation reaction vessel 55.

【0108】その結果、酸化反応容器55にPt/γア
ルミナ:100ccを充填した場合、酸化反応容器55
の下流で改質ガス管路36におけるO2 濃度は0%であ
った。
As a result, when the oxidation reaction vessel 55 is filled with 100 cc of Pt / γ alumina:
Downstream, the O 2 concentration in the reformed gas line 36 was 0%.

【0109】また、酸化反応容器55にFe23 /ア
ルミナ:100ccを充填した場合、酸化反応容器55
の下流で改質ガス管路36におけるO2 濃度は0.1%
であった。
If the oxidation reaction vessel 55 is filled with 100 cc of Fe 2 O 3 / alumina, the oxidation reaction vessel 55
The O 2 concentration in the reformed gas line 36 downstream of the 0.1%
Met.

【0110】さらに、酸化反応容器55にアルミナ:1
00ccを充填した場合、酸化反応容器55の下流で改
質ガス管路36におけるO2 濃度は1%であった。シリ
カ、ステンレスも同様にO2 濃度は1%であった。
Further, the alumina: 1 was placed in the oxidation reaction vessel 55.
When filled with 00 cc, the O 2 concentration in the reformed gas line 36 downstream of the oxidation reaction vessel 55 was 1%. Silica and stainless steel also had an O 2 concentration of 1%.

【0111】このことから、酸化活性のない物質54に
アルミナ、シリカ、ステンレスを用いたCO低減装置1
6は、水素と酸素との反応による酸素の消費を抑え、C
O低減効率を向上させることができる。
Therefore, the CO reduction apparatus 1 using alumina, silica, and stainless steel as the substance 54 having no oxidizing activity was used.
6 suppresses the consumption of oxygen due to the reaction between hydrogen and oxygen,
O reduction efficiency can be improved.

【0112】次に本発明によるCO低減装置の第8の実
施の形態を図5により説明する。この第8の実施の形態
のCO低減装置16は、上記した第5の実施の形態の活
性のない物質の形状が異なるもので、他の部材について
は第5の実施の形態と同一機能を果たすので、ここでは
その説明を省略することとする。
Next, an eighth embodiment of the CO reduction apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. The CO reducing device 16 according to the eighth embodiment is different from the fifth embodiment in that the shape of the inactive substance is different, and the other members perform the same function as the fifth embodiment. Therefore, the description is omitted here.

【0113】第8の実施の形態において、酸化活性のな
い物質54は、造粒された粒子を用いることにより、酸
化反応容器55で圧力損失を生じることなく改質ガスが
燃料電池14に供給される。
In the eighth embodiment, as the substance 54 having no oxidizing activity, the reformed gas is supplied to the fuel cell 14 without causing a pressure loss in the oxidation reaction vessel 55 by using granulated particles. You.

【0114】ここで、上記第8の実施の形態におけるC
O低減装置16の上記効果を具体的な数値を用いて説明
する。酸化活性のない物質54に平均粒径100μm の
アルミナ粉末を、1mm球のアルミナボール、6mm球のア
ルミナボールを用いた。改質ガス管路36を経て改質ガ
スを20L/min の流量で送出した。
Here, C in the eighth embodiment is used.
The effect of the O reduction device 16 will be described using specific numerical values. Alumina powder having an average particle diameter of 100 μm was used as the material 54 having no oxidizing activity, and 1 mm spherical alumina balls and 6 mm spherical alumina balls were used. The reformed gas was delivered at a flow rate of 20 L / min through the reformed gas line 36.

【0115】また、入口ガス温度を150℃に保ち、空
気は空気導入管路38を経て流量調整器40で流量がO
2 /CO=1.5になるように調整して導入した。同時
に酸化反応容器55の圧力損失を酸化反応容器55の上
流及び下流の改質ガス管路36で測定した。
Further, the temperature of the inlet gas is maintained at 150 ° C., and the air flows through the air introduction line 38 at the flow controller 40 so that the flow rate becomes O.
2 / CO was adjusted to 1.5 and introduced. At the same time, the pressure loss in the oxidation reaction vessel 55 was measured in the reformed gas pipe 36 upstream and downstream of the oxidation reaction vessel 55.

【0116】その結果、平均粒径100μm の100c
c充填した場合の酸化反応容器55の圧力損失は0.3
kgf/cm2 であった。また、1mm球のアルミナボールを1
00cc充填した場合の酸化反応容器55の圧力損失は
0.1kgf/cm2 であった。
As a result, 100c having an average particle diameter of 100 μm
c, the pressure loss in the oxidation reaction vessel 55 is 0.3
kgf / cm 2 . In addition, 1mm ball alumina ball
The pressure loss of the oxidation reaction vessel 55 when filling with 00 cc was 0.1 kgf / cm 2 .

【0117】さらに、3mm球のアルミナボールを100
cc充填した場合の酸化反応容器55の圧力損失は0kg
f/cm2 であった。同じく、6mm球のアルミナボールを1
00cc充填した場合の酸化反応容器55の圧力損失は
0kgf/cm2 であった。
Further, 100 mm of 3 mm spherical alumina balls were
The pressure loss of the oxidation reaction vessel 55 when filling cc is 0 kg
f / cm 2 . Similarly, one alumina ball of 6 mm sphere
The pressure loss of the oxidation reaction vessel 55 when filling with 00 cc was 0 kgf / cm 2 .

【0118】このことから、酸化活性のない物質54の
形状を造粒された粒子を用いることによりCO低減装置
16は、従来に比べて圧力損失を生ずることなく、改質
ガスが燃料電池14に供給される。
Thus, by using particles obtained by granulating the shape of the substance 54 having no oxidizing activity, the CO reducing device 16 can supply the reformed gas to the fuel cell 14 without generating a pressure loss as compared with the prior art. Supplied.

【0119】次に本発明によるCO低減装置の第9の実
施の形態を図5により説明する。この第9の実施の形態
のCO低減装置16は、上記した第5の実施の形態のC
Oを選択的に酸化する酸化触媒53と活性のない物質5
4の容積比がことなるようにようにしたもので、他の部
材については第5の実施の形態と同一機能を果たすの
で、ここではその説明を省略することとする。
Next, a ninth embodiment of the CO reduction device according to the present invention will be described with reference to FIG. The CO reduction device 16 of the ninth embodiment is different from the CO reduction device 16 of the fifth embodiment described above.
Oxidation catalyst 53 for selectively oxidizing O and inactive substance 5
Since the volume ratio of 4 is different, the other members perform the same functions as in the fifth embodiment, and therefore, description thereof will be omitted here.

【0120】第9の実施の形態において、酸化活性のな
い物質54は、COを酸化するための酸素が水素によっ
て消費されないようにするには酸化活性のない方が良
い。このようにすれば、酸化触媒53と酸化活性のない
物質54と混合することによりCO酸化反応が徐々に起
こる。
In the ninth embodiment, the substance 54 having no oxidizing activity preferably has no oxidizing activity in order to prevent oxygen for oxidizing CO from being consumed by hydrogen. In this way, the CO oxidation reaction gradually occurs by mixing the oxidation catalyst 53 with the substance 54 having no oxidation activity.

【0121】ここで、上記第9の実施の形態におけるC
O低減装置16の上記効果を具体的な数値を用いて説明
する。酸化活性のない物質54にアルミナボール(3mm
球)を用いた。また、改質器からは改質ガス管路36を
経て改質ガス(H2 /CO/CO2 =75/24.5/
0.5)を20L/min の流量で送出した。
Here, C in the ninth embodiment is used.
The effect of the O reduction device 16 will be described using specific numerical values. Alumina balls (3 mm
Sphere). Also, from the reformer through a reformed gas line 36 reformed gas (H 2 / CO / CO 2 = 75 / 24.5 /
0.5) was delivered at a flow rate of 20 L / min.

【0122】また、空気は空気導入管路38を経て流量
調整器40で流量がO2 /CO=1.5になるように調
整して導入した。同時に酸化反応容器55の下流で改質
ガス管路36に置ける改質ガス中のCO濃度を測定し
た。
The air was introduced through the air introduction pipe 38 by adjusting the flow rate at the flow regulator 40 so that the flow rate became O 2 /CO=1.5. At the same time, the CO concentration in the reformed gas placed in the reformed gas line 36 downstream of the oxidation reaction vessel 55 was measured.

【0123】その結果、酸化反応容器55にPt/γア
ルミナ:100ccとアルミナボール50ccを混合し
た場合、酸化反応容器55の下流で改質ガス管路36に
おけるCO濃度は100ppmであった。
As a result, when 100 cc of Pt / γ alumina and 50 cc of alumina balls were mixed in the oxidation reaction vessel 55, the CO concentration in the reformed gas pipe 36 downstream of the oxidation reaction vessel 55 was 100 ppm.

【0124】また、酸化反応容器55にPt/γアルミ
ナ:100ccとアルミナボール100ccを混合した
場合、酸化反応容器55の下流で改質ガス管路36にお
けるCO濃度は50ppmであった。
When 100 cc of Pt / γ alumina and 100 cc of alumina balls were mixed in the oxidation reaction vessel 55, the CO concentration in the reformed gas line 36 downstream of the oxidation reaction vessel 55 was 50 ppm.

【0125】さらに、酸化反応容器55にPt/γアル
ミナ:1000ccとアルミナボール500ccを混合
した場合、酸化反応容器55の下流で改質ガス管路36
におけるCO濃度は10ppmであった。
Further, when 1000 cc of Pt / γ alumina and 500 cc of alumina balls are mixed in the oxidation reaction vessel 55, the reformed gas pipe 36 is provided downstream of the oxidation reaction vessel 55.
Was 10 ppm.

【0126】そして、更にアルミナボールの量を増やし
た場合、酸化反応容器55の下流で改質ガス管路36に
おけるCO濃度は増加する傾向を示した。このことか
ら、CO低減装置16は、酸化触媒53と酸化活性のな
い物質54を2:1〜1:10で混合することによりC
O酸化反応が徐々に起こり、従来に比べてCOの低減効
率が向上することが分かった。
When the amount of alumina balls was further increased, the CO concentration in the reformed gas pipe 36 downstream of the oxidation reaction vessel 55 tended to increase. From this, the CO reduction device 16 mixes the oxidation catalyst 53 and the substance 54 having no oxidation activity in a ratio of 2: 1 to 1:10 to reduce the C.
It was found that the O oxidation reaction occurred gradually, and the CO reduction efficiency was improved as compared with the conventional case.

【0127】次に本発明によるCO低減装置の第10の
実施の形態を図5により説明する。この第10の実施の
形態のCO低減装置16は、上記した第5の実施の形態
の酸素又は空気を導入する空気導入管路38が酸化反応
容器55の上流に位置する改質ガス管路36の一か所に
だけ接続するようにしたもので、他の部材については第
5の実施の形態と同一機能を果たすので、ここではその
説明を省略することとする。
Next, a tenth embodiment of the CO reduction apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. In the CO reduction device 16 of the tenth embodiment, the reformed gas line 36 in which the air introduction line 38 for introducing oxygen or air of the fifth embodiment is located upstream of the oxidation reaction vessel 55 is used. The connection is made only at one point, and the other members perform the same functions as those of the fifth embodiment. Therefore, description thereof is omitted here.

【0128】第10の実施例のように酸化触媒53と酸
化活性のない物質54を混合することにより、CO酸化
反応が徐々に起こるため、1か所から導入してもCOは
低減される。
By mixing the oxidation catalyst 53 and the substance 54 having no oxidation activity as in the tenth embodiment, the CO oxidation reaction occurs gradually, so that CO can be reduced even if introduced from one place.

【0129】ここで、上記第10の実施の形態における
CO低減装置16の上記効果を具体的な数値を用いて説
明する。酸化触媒53にPt触媒100cc、酸化活性
のない物質54にアルミナボール500ccを用いた。
改質器からは改質ガス管路36を経て改質ガス(H2
CO/CO2 =75/24.5/0.5)を20L/mi
n の流量で送出した。
Here, the above effects of the CO reduction device 16 in the tenth embodiment will be described using specific numerical values. 100 cc of the Pt catalyst was used as the oxidation catalyst 53, and 500 cc of alumina balls were used as the substance 54 having no oxidation activity.
The reformed gas (H 2 / H 2) passes through the reformed gas line 36 from the reformer.
(CO / CO 2 = 75 / 24.5 / 0.5) to 20 L / mi
It was delivered at a flow rate of n.

【0130】また、空気は空気導入管路38を経て流量
調整器40で流量がO2 /CO=1.5になるように調
整して導入した。同時に酸化反応容器55の下流で改質
ガス管路36における改質ガス中のCO濃度を測定し
た。
The air was introduced through the air introduction pipe 38 by adjusting the flow rate at the flow regulator 40 so that the flow rate became O 2 /CO=1.5. At the same time, the CO concentration in the reformed gas in the reformed gas line 36 downstream of the oxidation reaction vessel 55 was measured.

【0131】その結果、酸化反応容器55の下流で改質
ガス管路36におけるCO濃度は50ppmであった。
ここで、図8に示す従来構成と比較すると次の通りであ
る。図8において、第1の酸化反応容器7に酸化触媒5
3としてPt触媒100/3cc、酸化活性のない物質
54としてアルミナボール500/3ccを混合充填
し、第2の酸化反応容器8、第3の酸化反応容器9にも
同様に混合充填した。
As a result, the CO concentration in the reformed gas pipe 36 downstream of the oxidation reaction vessel 55 was 50 ppm.
Here, a comparison with the conventional configuration shown in FIG. 8 is as follows. In FIG. 8, an oxidation catalyst 5 is placed in a first oxidation reaction vessel 7.
As No. 3, 100/3 cc of a Pt catalyst and 500/3 cc of alumina balls as a substance 54 having no oxidation activity were mixed and filled, and the second and third oxidation reaction vessels 8 and 9 were similarly mixed and charged.

【0132】また、改質ガス管路2を経て改質ガス(H
2 /CO/CO2 =75/24.5/0.5)を20L
/min の流量で送出した。さらに、空気は空気導入管路
3を経て、O2 /CO/CO2 =1.5相当の空気量L
を第1の酸化反応容器7にL/3供給されるように流量
調整器5aで調整した。同様に第2の酸化反応容器8、
第3の反応容器9にL/3供給されるように流量調整器
5b,5cで調整した。同時に第3の反応容器9の下流
で改質ガス管路2における改質ガス中のCO濃度を測定
した。
Further, the reformed gas (H
2 / CO / CO 2 = 75 / 24.5 / 0.5) to 20 L
/ Min at a flow rate of / min. Further, the air passes through the air introduction line 3 and has an air volume L equivalent to O 2 / CO / CO 2 = 1.5.
Was adjusted by the flow controller 5a so that L / 3 was supplied to the first oxidation reaction vessel 7. Similarly, the second oxidation reaction vessel 8,
The flow rate was adjusted by the flow regulators 5b and 5c so that L / 3 was supplied to the third reaction vessel 9. At the same time, the CO concentration in the reformed gas in the reformed gas line 2 was measured downstream of the third reaction vessel 9.

【0133】その結果、第3の酸化反応容器9の下流で
改質ガス管路2におけるCO濃度は50ppmであっ
た。このことから、CO低減装置16は、酸素または空
気を導入する箇所が1か所でもCOを低減することがで
き、従来に比べて簡易な構造でCOを低減できることが
分かった。
As a result, the CO concentration in the reformed gas line 2 downstream of the third oxidation reaction vessel 9 was 50 ppm. From this, it was found that the CO reduction device 16 can reduce CO even in one place where oxygen or air is introduced, and can reduce CO with a simpler structure than in the related art.

【0134】次に本発明によるCO低減装置の第11の
実施の形態を図6により説明する。この第11の実施の
形態のCO低減装置16は、上記した第5の実施の形態
の酸化反応容器55に充填された酸化触媒53と活性の
ない物質54を冷却するための冷却手段56を設けるよ
うにしたもので、他の部材については第5の実施の形態
と同一機能を果たすので、ここではその説明を省略する
こととする。
Next, an eleventh embodiment of the CO reduction device according to the present invention will be described with reference to FIG. The CO reducing device 16 according to the eleventh embodiment is provided with a cooling means 56 for cooling the oxidation catalyst 53 and the inactive substance 54 filled in the oxidation reaction vessel 55 according to the fifth embodiment. Since the other members have the same functions as those of the fifth embodiment, description thereof will be omitted here.

【0135】図6に示すようにCOの酸化、低減に伴う
発熱による酸化反応容器55内の温度上昇を冷却手段5
6を用いて直接的に抑制することにより、CO低減効果
を増大することができる。
As shown in FIG. 6, the temperature rise in the oxidation reaction vessel 55 due to the heat generated by the oxidation and reduction of CO
By directly suppressing the amount of CO by using No. 6, the CO reduction effect can be increased.

【0136】ここで、上記第11の実施の形態における
CO低減装置16の上記効果を具体的な数値を用いて説
明する。酸化触媒53にPt触媒、酸化活性のない物質
54にアルミナボール(3mm球)を用いた。図1の改質
器12からは改質ガス管路36を経て改質ガス(H2
CO/CO2 =75/24.5/0.5)を20L/mi
n の流量で送出した。また、空気は空気導入管路36を
経て流量調整器40で流量がO2 /CO=1.5になる
ように調整して導入した。同時に酸化反応容器55の下
流で改質ガス管路36における改質ガス中におけるCO
濃度を測定した。
Here, the effects of the CO reduction device 16 in the eleventh embodiment will be described using specific numerical values. A Pt catalyst was used as the oxidation catalyst 53, and an alumina ball (3 mm ball) was used as the substance 54 having no oxidation activity. The reformed gas (H 2 / H 2 ) from the reformer 12 of FIG.
(CO / CO 2 = 75 / 24.5 / 0.5) to 20 L / mi
It was delivered at a flow rate of n. The air was introduced through the air introduction line 36 by adjusting the flow rate at the flow regulator 40 so that the flow rate became O 2 /CO=1.5. At the same time, CO in the reformed gas in the reformed gas line 36 downstream of the oxidation reaction vessel 55
The concentration was measured.

【0137】その結果、酸化反応容器55にPt/γア
ルミナ:100ccとアルミナボール:500ccを混
合した場合、酸化反応容器55の下流で改質ガス管路3
6におけるCO濃度は50ppmであった。
As a result, when 100 cc of Pt / γ alumina and 500 cc of alumina balls were mixed in the oxidation reaction vessel 55, the reformed gas pipe 3 was located downstream of the oxidation reaction vessel 55.
The CO concentration at 6 was 50 ppm.

【0138】さらに、冷却手段56により酸化反応容器
55内の酸化触媒53の温度をCOの酸化反応が進む1
00℃〜160℃に冷却することにより、酸化反応容器
55の下流で改質ガス管路36におけるCO濃度は10
ppmになった。
Further, the temperature of the oxidation catalyst 53 in the oxidation reaction vessel 55 is increased by the cooling means 56 so that the oxidation reaction of CO proceeds.
By cooling to 00 ° C. to 160 ° C., the CO concentration in the reformed gas line 36 downstream of the oxidation reaction vessel 55 becomes 10%.
ppm.

【0139】このことから、CO低減装置16は、酸化
反応容器55内を冷却することによりCOは更に低減さ
れ、従来に比べてCOの低減効率が向上するすることが
分かった。
From this, it was found that the CO reduction device 16 further reduced CO by cooling the inside of the oxidation reaction vessel 55, and the CO reduction efficiency was improved as compared with the conventional case.

【0140】本発明は前述した各実施の形態に限定され
るものではなく、その要旨を変更しない範囲内で種々変
形して実施できるものである。例えば第8の実施の形態
においては、活性のない物質54の形状を球について述
べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、円
柱、リング状、三つ葉、四つ葉状にした場合でも、適正
な大きさのものを選択することにより、酸化反応容器5
5の圧力損失を生ずることなく、改質ガスが燃料電池に
供給される。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be implemented with various modifications without departing from the scope of the invention. For example, in the eighth embodiment, the shape of the inactive substance 54 is described as a sphere. However, the present invention is not limited to this. Even when the shape is a column, ring, three leaf, or four leaf, By selecting an appropriate size, the oxidation reaction vessel 5
The reformed gas is supplied to the fuel cell without causing a pressure loss of 5.

【0141】また、第11の実施の形態のCO低減装置
において、冷却するための冷却手段56を酸化反応容器
55内部に設置したが、これに限定されるものではな
く、冷却手段56を酸化反応容器55の外部に設置した
構造でも良い。また、酸化反応容器55の内部または外
部にフィンを付けたものでも良い。
In the CO reducing apparatus of the eleventh embodiment, the cooling means 56 for cooling is provided inside the oxidation reaction vessel 55, but is not limited to this. The structure installed outside the container 55 may be sufficient. Further, a fin may be provided inside or outside the oxidation reaction vessel 55.

【0142】このような構成としても、CO酸化反応に
よる発熱の影響を低減することができ、COの低減効率
を向上させることができる。また、酸化触媒53と酸化
活性のない物質54の混合比及び冷却手段56の設置は
CO低減装置16の大きさとコスト、CO低減装置16
の出口のCO濃度によって決めればよく、本発明の要旨
にいささかも変更するものではない。
Even with such a configuration, the influence of heat generation due to the CO oxidation reaction can be reduced, and the CO reduction efficiency can be improved. Further, the mixing ratio of the oxidation catalyst 53 and the substance 54 having no oxidation activity and the installation of the cooling means 56 depend on the size and cost of the CO reduction device 16,
May be determined depending on the CO concentration at the outlet of the present invention, and the gist of the present invention is not changed at all.

【0143】[0143]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、効率
的で簡便かつシンプルな構成にして一酸化炭素を低減す
ることができる固体高分子燃料電池システムの一酸化炭
素低減装置及びその運転方法を提供できる。
As described above, according to the present invention, an apparatus for reducing carbon monoxide in a solid polymer fuel cell system capable of reducing carbon monoxide with an efficient, simple and simple structure, and its operation We can provide a method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用した固体高分子燃料電池システム
の概略構成を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a polymer electrolyte fuel cell system to which the present invention is applied.

【図2】本発明によるCO低減装置の第1の実施の形態
を説明するための概略構成を示すブロック図。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration for explaining a first embodiment of a CO reduction device according to the present invention.

【図3】本発明によるCO低減装置の第2及び第3の実
施の形態を説明するための概略構成を示すブロック図。
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration for explaining second and third embodiments of the CO reduction device according to the present invention.

【図4】本発明によるCO低減装置の第4の実施の形態
を説明するための概略構成を示すブロック図。
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration for explaining a fourth embodiment of a CO reduction device according to the present invention.

【図5】本発明によるCO低減装置の第5乃至第10の
実施の形態をそれぞれ説明するための概略構成を示すブ
ロック図。
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration for describing fifth to tenth embodiments of a CO reduction device according to the present invention.

【図6】本発明によるCO低減装置の第11の実施の形
態を説明するための概略構成を示すブロック図。
FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration for explaining an eleventh embodiment of a CO reduction device according to the present invention.

【図7】従来のCO低減装置の概略構成を示すブロック
図。
FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional CO reduction device.

【図8】従来の異なるCO低減装置の概略構成を示すブ
ロック図。
FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of a different conventional CO reduction device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10……固体高分子燃料電池システム 12……改質器 14……固体高分子燃料電池 16……CO低減装置 18……改質部 20……加熱部 22……固体高分子電解質膜 24……アノード 26……カソード 27a,27b……温度センサ 28,28a,28b……混合手段 30a……第1のCO酸化触媒層 30b……第2のCO酸化触媒層 31a……粒状Pt触媒 31b……粒状Ru触媒 32……冷却手段 36……改質ガス管路 38……空気導入管路 38a,38b……分岐管 40,40a,40b……流量調整器 44……改質ガス管路 45a,45b……温度センサ 46……混合手段 48……空気導入管路 49……流量調整器 50……CO酸化触媒層 51……CO濃度センサ 52……温度センサ 53……酸化触媒 54……酸化活性のない物質 55……酸化反応容器 56……冷却手段 10 solid polymer fuel cell system 12 reformer 14 solid polymer fuel cell 16 CO reduction device 18 reforming unit 20 heating unit 22 solid polymer electrolyte membrane 24 ... Anode 26 ... Cathode 27a, 27b ... Temperature sensor 28,28a, 28b ... Mixing means 30a ... First CO oxidation catalyst layer 30b ... Second CO oxidation catalyst layer 31a ... Particulate Pt catalyst 31b ... ... Granular Ru catalyst 32 ... Cooling means 36 ... Reformed gas pipe 38 ... Air introduction pipe 38a, 38b ... Branch pipe 40, 40a, 40b ... Flow regulator 44 ... Reformed gas pipe 45a , 45b Temperature sensor 46 Mixing means 48 Air introduction conduit 49 Flow regulator 50 CO oxidation catalyst layer 51 CO concentration sensor 52 Temperature sensor 53 Oxidation catalyst 54 Activity without substance 55 ...... oxidation reaction vessel 56 ...... cooling means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 肥塚 淳次 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Junji Hizuka 2-4, Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Inside Keihin Works, Toshiba Corporation

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化水素あるいはアルコール系燃料を改
質する燃料改質系を含む固体高分子燃料電池システムの
改質ガス中の一酸化炭素を触媒を用いて酸化低減する装
置において、 改質ガスの温度が100〜150℃の領域に酸素あるい
は空気を導入する手段と、この酸素あるいは空気の導入
箇所より下流に一酸化炭素酸化触媒層とを設けたことを
特徴とする固体高分子燃料電池用一酸化炭素低減装置。
An apparatus for oxidizing and reducing carbon monoxide in a reformed gas of a solid polymer fuel cell system including a fuel reforming system for reforming a hydrocarbon or alcohol-based fuel, comprising: A means for introducing oxygen or air into a region having a temperature of 100 to 150 ° C., and a carbon monoxide oxidation catalyst layer provided downstream of the introduction point of the oxygen or air. Carbon monoxide reduction device.
【請求項2】 請求項1記載の固体高分子燃料電池用一
酸化炭素低減装置において、酸素あるいは空気の導入手
段と一酸化炭素酸化触媒層との間に混合手段を設けたこ
とを特徴とする固体高分子燃料電池用一酸化炭素低減装
置。
2. The carbon monoxide reducing device for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein a mixing means is provided between the means for introducing oxygen or air and the carbon monoxide oxidation catalyst layer. Carbon monoxide reduction device for polymer electrolyte fuel cells.
【請求項3】 請求項1又は請求項2記載の固体高分子
燃料電池用一酸化炭素低減装置において、一酸化炭素酸
化触媒層容器の外表面あるいは内部に冷却手段を備えた
ことを特徴とする固体高分子燃料電池用一酸化炭素低減
装置。
3. The carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein a cooling means is provided on an outer surface or inside the carbon monoxide oxidation catalyst layer container. Carbon monoxide reduction device for polymer electrolyte fuel cells.
【請求項4】 炭化水素あるいはアルコール系燃料を改
質する燃料改質系を含む固体高分子燃料電池システムの
改質ガス中の一酸化炭素を触媒を用いて酸化低減する装
置において、 2つの一酸化炭素酸化触媒層を設け、前段の第1の一酸
化炭素酸化触媒層にPt触媒を、後段の第2の一酸化炭
素酸化触媒層にRu触媒を収納すると共に,各々の酸化
触媒層に対応して酸素あるいは空気導入手段を具備した
ことを特徴とする固体高分子燃料電池用一酸化炭素低減
装置。
4. An apparatus for reducing oxidation of carbon monoxide in a reformed gas using a catalyst in a polymer electrolyte fuel cell system including a fuel reforming system for reforming a hydrocarbon or alcohol fuel, comprising: A carbon oxide oxidation catalyst layer is provided, and a Pt catalyst is stored in a first carbon monoxide oxidation catalyst layer in the first stage, and a Ru catalyst is stored in a second carbon monoxide oxidation catalyst layer in the second stage. And a means for introducing oxygen or air.
【請求項5】 請求項4記載の固体高分子燃料電池用一
酸化炭素低減装置において、第1の触媒あるいは空気導
入手段と第1の一酸化炭素酸化触媒層との間に混合手段
を備えたことを特徴とする固体高分子燃料電池用一酸化
炭素低減装置。
5. The carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 4, further comprising mixing means between the first catalyst or air introducing means and the first carbon monoxide oxidation catalyst layer. A carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell, comprising:
【請求項6】 請求項4又は請求項5記載の固体高分子
燃料電池用一酸化炭素低減装置において、第1の一酸化
炭素酸化触媒層と第2の一酸化炭素酸化触媒層との間に
冷却手段を備えたことを特徴とする固体高分子燃料電池
用一酸化炭素低減装置。
6. The carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 4, wherein the first carbon monoxide oxidation catalyst layer and the second carbon monoxide oxidation catalyst layer are disposed between the first carbon monoxide oxidation catalyst layer and the second carbon monoxide oxidation catalyst layer. A carbon monoxide reducing device for a polymer electrolyte fuel cell, comprising a cooling means.
【請求項7】 請求項3乃至請求項5の何ずれか一つの
項に記載の固体高分子燃料電池用一酸化炭素低減装置に
おいて、入口の改質ガス温度は100〜150℃にした
ことを特徴とする固体高分子燃料電池用一酸化炭素低減
装置。
7. The apparatus for reducing carbon monoxide for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 3, wherein the temperature of the reformed gas at the inlet is set to 100 to 150 ° C. Characteristic device for reducing carbon monoxide for polymer electrolyte fuel cells.
【請求項8】 炭化水素あるいはアルコール系燃料を改
質する燃料改質系を含む固体高分子燃料電池システムの
改質ガス中の一酸化炭素を酸化低減する触媒層として2
つの一酸化炭素酸化触媒層を設け、前段の第1の一酸化
炭素酸化触媒層にPt触媒を、後段の第2の一酸化炭素
酸化触媒層にRu触媒を収納すると共に、各々の酸化触
媒層に対応して酸素あるいは空気導入手段を設けてなる
固体高分子燃料電池用一酸化炭素低減装置の運転方法に
おいて、 導入酸素量あるいは導入空気量におけるO2 /CO比を
前段の第1の一酸化炭素酸化触媒層に対しては小さく、
前記第2の一酸化炭素酸化触媒層に対しては大きくし、
トータルとしてO2 /COが小さくなるようにしたこと
を特徴とする固体高分子燃料電池用一酸化炭素低減装置
の運転方法。
8. A catalyst layer for oxidizing and reducing carbon monoxide in a reformed gas of a solid polymer fuel cell system including a fuel reforming system for reforming a hydrocarbon or alcohol fuel.
One carbon monoxide oxidation catalyst layer is provided, a Pt catalyst is stored in a first first carbon monoxide oxidation catalyst layer, and a Ru catalyst is stored in a second second carbon monoxide oxidation catalyst layer. In a method for operating a carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell comprising an oxygen or air introducing means corresponding to the above, the O 2 / CO ratio in the introduced oxygen amount or the introduced air amount is changed to the first monoxide in the preceding stage. Small for carbon oxidation catalyst layer,
Larger for the second carbon monoxide oxidation catalyst layer,
A method of operating a carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell, wherein O 2 / CO is reduced as a whole.
【請求項9】 炭化水素あるいはアルコール系燃料を改
質する燃料改質系を含む固体高分子燃料電池システムの
改質ガス中の一酸化炭素を触媒を用いて酸化低減する装
置において、 酸素存在下で改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化す
る酸化触媒と酸化活性のない物質を混合して収容した酸
化反応容器を設けたことを特徴とする固体高分子燃料電
池用一酸化炭素低減装置。
9. An apparatus for oxidizing and reducing carbon monoxide in a reformed gas of a solid polymer fuel cell system including a fuel reforming system for reforming a hydrocarbon or alcohol-based fuel, the method comprising: Carbon monoxide reduction for solid polymer fuel cells, characterized in that an oxidation reaction vessel containing an oxidation catalyst for selectively oxidizing carbon monoxide in the reformed gas and a substance having no oxidation activity is provided. apparatus.
【請求項10】 請求項9記載の固体高分子燃料電池用
一酸化炭素低減装置において、一酸化炭素を選択的に酸
化する酸化触媒としてPt触媒、Ru触媒、あるいはP
t−Ru合金触媒であることを特徴とする固体高分子燃
料電池用一酸化炭素低減装置。
10. The carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 9, wherein the oxidation catalyst for selectively oxidizing carbon monoxide is a Pt catalyst, a Ru catalyst, or a P catalyst.
A carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell, which is a t-Ru alloy catalyst.
【請求項11】 請求項9又は請求項10記載の固体高
分子燃料電池用一酸化炭素低減装置において、酸化活性
のない物質としてアルミナ、シリカ、ステンレスである
ことを特徴とする固体高分子燃料電池用一酸化炭素低減
装置。
11. The solid polymer fuel cell according to claim 9, wherein the substance having no oxidizing activity is alumina, silica, or stainless steel. For carbon monoxide reduction equipment.
【請求項12】 請求項11記載の固体高分子燃料電池
用一酸化炭素低減装置において、酸化活性のない物質の
形状を造粒された粒子としたことを特徴とする固体高分
子燃料電池用一酸化炭素低減装置。
12. The carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 11, wherein the substance having no oxidizing activity is formed into granulated particles. Carbon oxide reduction device.
【請求項13】 請求項9記載の固体高分子燃料電池用
一酸化炭素低減装置において、酸化触媒と酸化活性のな
い物質の容積比が2:1〜1:10であることを特徴と
する固体高分子燃料電池用一酸化炭素低減装置。
13. The carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 9, wherein the volume ratio between the oxidation catalyst and the substance having no oxidation activity is 2: 1 to 1:10. Carbon monoxide reduction device for polymer fuel cells.
【請求項14】 請求項9記載の固体高分子燃料電池用
一酸化炭素低減装置において、酸化反応容器の上流側に
一つの酸素又は空気導入系を有することを特徴とする固
体高分子燃料電池用一酸化炭素低減装置。
14. The apparatus for reducing carbon monoxide for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 9, wherein one oxygen or air introduction system is provided upstream of the oxidation reaction vessel. Carbon monoxide reduction device.
【請求項15】 請求項9記載の固体高分子燃料電池用
一酸化炭素低減装置において、酸化反応容器内部又は外
部に酸化触媒と酸化活性のない物質を混合した反応層を
冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする固体高分子
燃料電池用一酸化炭素低減装置。
15. The carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 9, further comprising a cooling means for cooling a reaction layer in which an oxidation catalyst and a substance having no oxidation activity are mixed inside or outside the oxidation reaction vessel. A carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell.
【請求項16】 炭化水素あるいはアルコール系燃料を
改質する燃料改質系を含む固体高分子燃料電池システム
の改質ガス中の一酸化炭素を触媒を用いて酸化低減する
装置の運転方法において、 改質ガス中に含まれる一酸化炭素を酸化触媒を用いて低
減するに際して、酸化触媒と酸化活性のない物質を混合
して形成した酸化反応層の温度がCOの酸化反応が進む
100℃〜160℃に保たれるように冷却することを特
徴とする固体高分子燃料電池用一酸化炭素低減装置の運
転方法。
16. A method of operating an apparatus for reducing oxidation of carbon monoxide in a reformed gas of a solid polymer fuel cell system including a fuel reforming system for reforming a hydrocarbon or alcohol fuel by using a catalyst, the method comprising: When reducing the carbon monoxide contained in the reformed gas by using an oxidation catalyst, the temperature of the oxidation reaction layer formed by mixing the oxidation catalyst and the substance having no oxidation activity is 100 ° C. to 160 ° C. where the oxidation reaction of CO proceeds. A method for operating a carbon monoxide reduction device for a polymer electrolyte fuel cell, characterized in that the device is cooled so as to be maintained at a temperature.
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