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JP2003123820A - Carbon monoxide remover and fuel cell system - Google Patents

Carbon monoxide remover and fuel cell system

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Publication number
JP2003123820A
JP2003123820A JP2001314905A JP2001314905A JP2003123820A JP 2003123820 A JP2003123820 A JP 2003123820A JP 2001314905 A JP2001314905 A JP 2001314905A JP 2001314905 A JP2001314905 A JP 2001314905A JP 2003123820 A JP2003123820 A JP 2003123820A
Authority
JP
Japan
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reformed gas
carbon monoxide
fuel cell
catalyst layer
monoxide remover
Prior art date
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Application number
JP2001314905A
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Japanese (ja)
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Nobuki Matsui
伸樹 松井
Shuji Ikegami
周司 池上
Eisaku Okubo
英作 大久保
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Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
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  • Fuel Cell (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain side reaction due to excessive rise in temperature of a carbon monoxide remover (30) of a fuel cell system (1) and also surely prevent degradation of CO removal performance. SOLUTION: In stead of cooling a catalyst layer (31) of the carbon monoxide remover (30) during reaction, reformed gas is cooled beforehand down to not higher than a given temperature with a heat exchanger (33) for cooling reformed gas to supply to the carbon monoxide remover (30), so that a reacting part of the carbon monoxide remover (30) is restrained from excessively rising in temperature.

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、燃料電池システム
において燃料電池に供給される改質ガス中の一酸化炭素
濃度を十分に低減して一酸化炭素を実質的に除去する一
酸化炭素除去器と、この一酸化炭素除去器を備えた燃料
電池システムに関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbon monoxide remover for substantially reducing carbon monoxide concentration in a reformed gas supplied to a fuel cell in a fuel cell system to substantially remove carbon monoxide. And a fuel cell system including the carbon monoxide remover.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、燃料電池システムは、都市ガス
などの原料ガスを改質して生成した水素リッチな改質ガ
スを燃料電池に供給し、改質ガス中の水素と空気中の酸
素との反応により水ができるときのエネルギーを電気に
変換するように構成されている。このシステムでは、一
般に、原料ガスを燃料電池へ供給する前の改質プロセス
において、硫黄化合物を除去した原料ガスから水素リッ
チな改質ガスを生成するのに改質器が用いられている。
2. Description of the Related Art In general, a fuel cell system supplies a hydrogen-rich reformed gas produced by reforming a raw material gas such as city gas to a fuel cell to generate hydrogen in the reformed gas and oxygen in the air. It is configured to convert the energy when water is produced by the reaction of to electricity. In this system, a reformer is generally used to generate a hydrogen-rich reformed gas from a raw material gas from which sulfur compounds have been removed in a reforming process before the raw material gas is supplied to a fuel cell.

【0003】ここで、固体高分子からなる電解質をはさ
んで配置された水素極及び酸素極を有する固体高分子型
燃料電池においては、燃料として用いる改質ガスに一酸
化炭素が混入していると、該一酸化炭素により燃料電池
の水素極の触媒が被毒して電池の発電効率が低下する。
これに対し、上記改質器においては原料ガスの改質反応
に伴って一酸化炭素が発生するため、上記固体高分子型
燃料電池を用いたシステムでは、改質器の下流側で一酸
化炭素を二酸化炭素に変成する変成器が用いられてい
る。
Here, in a solid polymer fuel cell having a hydrogen electrode and an oxygen electrode which are arranged with an electrolyte made of a solid polymer sandwiched therebetween, carbon monoxide is mixed in a reformed gas used as a fuel. Then, the carbon monoxide poisons the catalyst of the hydrogen electrode of the fuel cell, and the power generation efficiency of the cell decreases.
On the other hand, in the reformer, carbon monoxide is generated along with the reforming reaction of the raw material gas. Therefore, in the system using the polymer electrolyte fuel cell, carbon monoxide is provided on the downstream side of the reformer. A transformer is used to transform carbon dioxide into carbon dioxide.

【0004】また、この固体高分子型燃料電池では、十
分な発電特性を得るためには改質ガス中の一酸化炭素濃
度を10ppm以下のレベルまで低減させる必要がある
のに対し、上記変成器だけではこのレベルを実現するこ
とが困難である。このため、従来より一般に、改質器及
び変成器で生成した改質ガスに空気を混合した後、一酸
化炭素を選択的に酸化する選択酸化触媒を含んだ一酸化
炭素除去器を通過させることによって、残った一酸化炭
素を実質的に除去するようにしている。具体的には、上
記一酸化炭素除去器において、改質ガス中の一酸化炭素
を選択酸化触媒の存在下で CO+(1/2)O2→CO2+282.9KJ/mol … の反応式に示される燃焼反応により除去するようにして
いる。
Further, in this polymer electrolyte fuel cell, in order to obtain sufficient power generation characteristics, it is necessary to reduce the carbon monoxide concentration in the reformed gas to a level of 10 ppm or less, while the above-mentioned transformer is used. It is difficult to achieve this level alone. For this reason, conventionally, after mixing the reformed gas generated in the reformer and the shift converter with air, the mixture should be passed through a carbon monoxide remover including a selective oxidation catalyst that selectively oxidizes carbon monoxide. By this, the remaining carbon monoxide is substantially removed. Specifically, in the carbon monoxide remover, carbon monoxide in the reformed gas is converted into a reaction formula of CO + (1/2) O 2 → CO 2 +282.9 KJ / mol ... in the presence of a selective oxidation catalyst. It is removed by the combustion reaction shown.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】一酸化炭素除去器での
反応は、上記式に示されるように大きな発熱を伴う反
応であるが、反応の成り行きに任せて反応温度が過度
(例えば200℃以上)に上昇すると、 H2+(1/2)O2→H2O+241.8KJ/mol … CO+3H2→CH4+H2O+205.8KJ/mol … CO2+4H2→CH4+2H2O+164.6KJ/mol … の各式に示されるような副反応が引き起こされ、燃料電
池の燃料となる水素ガスが消費されることで効率が低下
したり、メタンが発生したりするおそれがある。また、
逆に反応温度を低くしすぎると上記式の反応が進みに
くくなる。以上のことから、一酸化炭素除去器での反応
温度は150℃前後の温度域に保つことが理想的である
と考えられている。
The reaction in the carbon monoxide remover is a reaction with a large heat generation as shown in the above formula, but the reaction temperature is excessive (for example, 200 ° C. or higher) depending on the course of the reaction. ), H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O + 241.8KJ / mol… CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O + 205.8KJ / mol… CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O + 164.6KJ / There is a risk that the side reaction as shown in each equation of mol ... Is caused and the hydrogen gas serving as the fuel of the fuel cell is consumed, so that the efficiency is reduced or methane is generated. Also,
On the contrary, if the reaction temperature is too low, the reaction of the above formula becomes difficult to proceed. From the above, it is considered ideal to keep the reaction temperature in the carbon monoxide remover in the temperature range around 150 ° C.

【0006】このような考え方を前提として、一酸化炭
素除去器において上記温度域での反応を実現するため
に、従来より種々の技術が提案されている。例えば、特
開2000−203801号公報には、プレートやメタ
ルハニカムに触媒層を被覆形成した熱交換可能な触媒装
置(一酸化炭素除去器)が開示されており、熱交換フィ
ンに触媒を坦持する構成が記載されている。この装置で
は、一酸化炭素を二酸化炭素にする際の反応熱を熱交換
フィンを介して熱回収媒体に回収させて反応部の温度を
下げるようにしている。
[0006] On the premise of such an idea, various techniques have been conventionally proposed in order to realize the reaction in the above temperature range in the carbon monoxide remover. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-203801 discloses a heat-exchangeable catalyst device (carbon monoxide remover) in which a plate or a metal honeycomb is coated with a catalyst layer, and the heat exchange fins carry the catalyst. The configuration is described. In this device, the heat of reaction when converting carbon monoxide into carbon dioxide is recovered by the heat recovery medium via the heat exchange fins to lower the temperature of the reaction section.

【0007】しかし、このように反応中に触媒を冷却す
る構成にした場合、触媒に温度分布が生じやすく、均一
な反応温度を保つことは困難である。つまり、触媒に温
度むらによるホットスポットやコールドスポットが生じ
てしまい、一様な酸化反応が起こりにくくなる。例え
ば、熱回収媒体としてフィンの周囲に水を流すようにし
た場合、水の近傍では触媒が低温になり、反応速度が遅
くてCO濃度が十分に低減されないのに対し、水から離
れたところは高温になり、副反応が生じてしまう。
However, when the catalyst is cooled during the reaction as described above, a temperature distribution is likely to occur in the catalyst, and it is difficult to maintain a uniform reaction temperature. That is, hot spots and cold spots are generated on the catalyst due to temperature unevenness, and it becomes difficult for a uniform oxidation reaction to occur. For example, when water is caused to flow around the fins as the heat recovery medium, the temperature of the catalyst becomes low in the vicinity of the water, the reaction rate is slow and the CO concentration is not sufficiently reduced, whereas the area away from the water is The temperature becomes high and side reactions occur.

【0008】以上のように、従来の一酸化炭素除去器に
おいては、反応温度を所定の温度域に維持することが理
論的には好ましいのに対して、現実的には該温度域を維
持して均一な反応が行われるようにすることは極めて困
難であった。本発明は、このような問題点に鑑みて創案
されたものであり、その目的とするところは、一酸化炭
素除去器において、過度の温度上昇による副反応を抑制
するとともに性能低下も確実に防止することである。
As described above, in the conventional carbon monoxide remover, it is theoretically preferable to maintain the reaction temperature within a predetermined temperature range, but in reality, the reaction range is maintained. It has been extremely difficult to obtain a uniform reaction. The present invention was devised in view of such problems, and an object thereof is to suppress side reactions due to excessive temperature rise and surely prevent performance deterioration in a carbon monoxide remover. It is to be.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、反応中に触媒
層(31)自体は冷却せずに、改質ガスを予め所定温度以下
に冷却してから一酸化炭素除去器(30)に供給することに
より、一酸化炭素除去器(30)の反応部で温度が過度に上
昇するのを抑えるようにしたものである。
According to the present invention, the catalyst layer (31) itself is not cooled during the reaction, and the reformed gas is cooled to a predetermined temperature or lower in advance and then the carbon monoxide remover (30) is used. By supplying the carbon monoxide, it is possible to prevent the temperature from excessively rising in the reaction part of the carbon monoxide remover (30).

【0010】具体的に、本発明が講じた第1から第9の
解決手段は、燃料電池(10)に供給される改質ガス中の一
酸化炭素を、一酸化炭素選択酸化触媒の存在下で酸化除
去する一酸化炭素除去器(30)を前提としている。
Specifically, the first to ninth means for solving the problems of the present invention are to remove carbon monoxide in the reformed gas supplied to the fuel cell (10) in the presence of a carbon monoxide selective oxidation catalyst. It is premised on a carbon monoxide remover (30) that removes by oxidation at.

【0011】そして、第1の解決手段に係る一酸化炭素
除去器(30)は、上記触媒を含む触媒層(31)の周囲を覆う
断熱層(32)と、改質ガスの流路における触媒層(31)の上
流側に位置して改質ガスを冷却する改質ガス冷却手段(3
3)とを備え、この改質ガス冷却手段(33)が、触媒層(31)
に流入する改質ガスを、該触媒層(31)の出口温度が副反
応発生温度よりも低くなる温度に冷却するように構成さ
れていることを特徴としている。例えば、副反応発生温
度が約200℃である場合に、改質ガスを改質ガス冷却
手段(33)で約80℃〜90℃ないしはそれ以下の温度に
冷却して触媒層(31)に投入するとよい。
The carbon monoxide remover (30) according to the first means is a heat insulating layer (32) covering the periphery of the catalyst layer (31) containing the catalyst, and a catalyst in the reformed gas passage. Reformed gas cooling means (3) located upstream of the layer (31) for cooling the reformed gas.
3) and the reformed gas cooling means (33), the catalyst layer (31)
It is characterized in that the reformed gas flowing into is cooled to a temperature at which the outlet temperature of the catalyst layer (31) becomes lower than the side reaction generation temperature. For example, when the side reaction generation temperature is about 200 ° C., the reformed gas is cooled by the reformed gas cooling means (33) to a temperature of about 80 ° C. to 90 ° C. or lower and charged into the catalyst layer (31). Good to do.

【0012】この第1の解決手段において、一酸化炭素
除去器(30)に流入する改質ガスは、改質ガス冷却手段(3
3)において冷却されてから触媒層(31)を通過する。改質
ガスは、触媒層(31)を通過する際に、反応熱によって入
口側から出口側に向かって温度が上昇するが、出口温度
は副反応発生温度以上には上昇しない。また、触媒層(3
1)を周囲から断熱し、発熱反応に任せて入口側から出口
側に向かって温度が上昇するようにしているが、触媒層
(31)を強制的に冷却することはしていないので、改質ガ
スの流れ方向に直交する面において触媒層(31)の温度は
ほぼ均一になる。このため、ホットスポットやコールド
スポットの発生は防止される。
In the first solution, the reformed gas flowing into the carbon monoxide remover (30) is supplied to the reformed gas cooling means (3).
After being cooled in 3), it passes through the catalyst layer (31). When the reformed gas passes through the catalyst layer (31), the temperature of the reformed gas rises from the inlet side to the outlet side due to the reaction heat, but the outlet temperature does not rise above the side reaction generation temperature. In addition, the catalyst layer (3
1) is insulated from the surroundings and left to the exothermic reaction so that the temperature rises from the inlet side to the outlet side.
Since (31) is not forcibly cooled, the temperature of the catalyst layer (31) becomes substantially uniform on the plane orthogonal to the flow direction of the reformed gas. Therefore, the occurrence of hot spots and cold spots is prevented.

【0013】また、本発明が講じた第2の解決手段は、
上記第1の解決手段において、改質ガス冷却手段(33)
が、触媒層(31)に流入する改質ガスを、該触媒層(31)に
おける反応開始温度以下の温度に冷却するように構成さ
れていることを特徴としている。例えば、副反応発生温
度が約200℃で上記反応開始温度が約100℃である
場合に、改質ガスを改質ガス冷却手段(33)で約80℃〜
90℃ないしはそれ以下の温度に冷却するとよい。
The second means for solving the problems of the present invention is as follows.
In the above first solution means, a reformed gas cooling means (33)
Is configured to cool the reformed gas flowing into the catalyst layer (31) to a temperature not higher than the reaction start temperature in the catalyst layer (31). For example, when the side reaction generation temperature is about 200 ° C. and the reaction initiation temperature is about 100 ° C., the reformed gas is cooled to about 80 ° C. by the reformed gas cooling means (33).
It may be cooled to a temperature of 90 ° C. or lower.

【0014】この第2の解決手段において、改質ガス
は、改質ガス冷却手段(33)により触媒層(31)での反応開
始温度以下の温度に冷却されて触媒層(31)に流入する。
運転中は触媒層(31)が反応熱で温度上昇しているので、
改質ガスはこの熱を吸収して反応開始温度以上に温度上
昇し、反応が開始される。その後、改質ガスは副反応発
生温度よりも低い温度まで温度が上昇し、触媒層(31)か
ら流出する。
In the second solution means, the reformed gas is cooled by the reformed gas cooling means (33) to a temperature lower than the reaction start temperature in the catalyst layer (31) and flows into the catalyst layer (31). .
During operation, the temperature of the catalyst layer (31) is rising due to reaction heat,
The reformed gas absorbs this heat and rises in temperature above the reaction start temperature to start the reaction. After that, the temperature of the reformed gas rises to a temperature lower than the side reaction generation temperature and flows out from the catalyst layer (31).

【0015】また、本発明が講じた第3の解決手段は、
上記第1または第2の解決手段において、触媒層(31)が
改質ガスの流路の中間部で分割され、その分割部分に、
第2の改質ガス冷却手段(36)が設けられていることを特
徴としている。
The third means for solving the problems of the present invention is as follows.
In the first or second solving means described above, the catalyst layer (31) is divided at an intermediate portion of the flow path of the reformed gas, and at the divided portion,
It is characterized in that a second reformed gas cooling means (36) is provided.

【0016】この第3の解決手段において、改質ガス
は、触媒層(31)の上流側で所定の温度まで冷却された後
に触媒層(31)に流入して温度上昇した後、触媒層(31)の
中間部で第2の改質ガス冷却手段(36)で再度冷却され
る。そして、さらに触媒層(31)を通過した後、副反応発
生温度よりも低い温度で触媒層(31)から流出する。
In the third solution, the reformed gas is cooled to a predetermined temperature on the upstream side of the catalyst layer (31) and then flows into the catalyst layer (31) to rise in temperature, and then the catalyst layer ( In the middle part of 31), it is cooled again by the second reformed gas cooling means (36). Then, after further passing through the catalyst layer (31), it flows out from the catalyst layer (31) at a temperature lower than the side reaction generation temperature.

【0017】また、本発明が講じた第4の解決手段は、
上記第1,第2または第3の解決手段において、改質ガ
ス冷却手段(33,36) が、触媒層(31)に流入する改質ガス
の熱を熱回収媒体に回収させる熱交換器として構成され
ていることを特徴としている。
The fourth means for solving the problems of the present invention is as follows.
In the first, second or third solution means, the reformed gas cooling means (33, 36) is a heat exchanger for recovering the heat of the reformed gas flowing into the catalyst layer (31) into a heat recovery medium. It is characterized by being configured.

【0018】また、本発明が講じた第5から第8の解決
手段は、上記第4の解決手段の熱回収媒体を特定したも
のであり、第5の解決手段は、上記第4の解決手段にお
いて、改質ガス冷却手段(33,36) が、燃料電池冷却水を
改質ガスからの熱回収媒体とする熱交換器であることを
特徴としている。
Further, the fifth to eighth solving means of the present invention specify the heat recovery medium of the fourth solving means, and the fifth solving means is the fourth solving means. In the above, the reformed gas cooling means (33, 36) is a heat exchanger that uses the fuel cell cooling water as a heat recovery medium from the reformed gas.

【0019】また、本発明が講じた第6の解決手段は、
上記第4の解決手段において、改質ガス冷却手段(33,3
6) が、燃料電池(10)の排熱が与えられる熱媒水を改質
ガスからの熱回収媒体とする熱交換器であることを特徴
としている。この熱媒水は、例えば給湯などに用いるこ
とができるものである。
The sixth means for solving the problems of the present invention is as follows.
In the fourth solving means, the reformed gas cooling means (33,3
6) is a heat exchanger that uses heat transfer water to which exhaust heat of the fuel cell 10 is given as a heat recovery medium from the reformed gas. This heat transfer water can be used for hot water supply, for example.

【0020】また、本発明が講じた第7の解決手段は、
上記第4の解決手段において、改質ガス冷却手段(33,3
6) が、燃料電池(10)の酸素極に供給される空気ないし
酸素含有ガスを改質ガスからの熱回収媒体とする熱交換
器であることを特徴としている。
The seventh means for solving the problems of the present invention is as follows.
In the fourth solving means, the reformed gas cooling means (33,3
6) is a heat exchanger using air or oxygen-containing gas supplied to the oxygen electrode of the fuel cell (10) as a heat recovery medium from the reformed gas.

【0021】また、本発明が講じた第8の解決手段は、
上記第4の解決手段において、改質ガス冷却手段(33,3
6) が、燃料電池(10)の排ガスを改質ガスからの熱回収
媒体とする熱交換器であることを特徴としている。この
場合、水素極排ガスまたは酸素極排ガスの何れか一方を
用いたり、これらを混合して用いたりすることが可能で
ある。
The eighth means for solving the problems of the present invention is as follows.
In the fourth solving means, the reformed gas cooling means (33,3
6) is a heat exchanger that uses the exhaust gas of the fuel cell (10) as a heat recovery medium from the reformed gas. In this case, it is possible to use either the hydrogen electrode exhaust gas or the oxygen electrode exhaust gas, or to use a mixture thereof.

【0022】上記第4から第8の解決手段において、改
質ガスは、改質ガス冷却手段(33,36) として設けられた
熱交換器を流れる燃料電池冷却水、熱媒水、空気ないし
酸素含有ガス、あるいは電池排ガスなどの熱回収媒体に
より所定の温度まで冷却されて触媒層(31)に流入し、副
反応発生温度よりも低い温度で触媒層(31)から流出す
る。
In the above fourth to eighth means, the reformed gas is the fuel cell cooling water, the heat transfer water, the air or the oxygen which flows through the heat exchanger provided as the reformed gas cooling means (33, 36). It is cooled to a predetermined temperature by a contained gas or a heat recovery medium such as battery exhaust gas, flows into the catalyst layer (31), and flows out from the catalyst layer (31) at a temperature lower than the side reaction generation temperature.

【0023】また、本発明が講じた第9の解決手段は、
上記第1から第8の何れか1の解決手段において、改質
ガス冷却手段(33,36) と触媒層(31)とが一体のケーシン
グ(35)内に設けられていることを特徴としている。
The ninth means for solving the problems of the present invention is as follows.
In any one of the first to eighth solving means, the reformed gas cooling means (33, 36) and the catalyst layer (31) are provided in an integral casing (35). .

【0024】この第9の解決手段においては、一酸化炭
素除去器(30)に流入する改質ガスは、一体のケーシング
(35)内において、改質ガス冷却手段(33,36) で冷却され
るとともに、触媒層(31)を通過する際に一酸化炭素が酸
素と反応して除去される。
[0024] In the ninth solution, the reformed gas flowing into the carbon monoxide remover (30) is an integral casing.
In (35), while being cooled by the reformed gas cooling means (33, 36), carbon monoxide reacts with oxygen and is removed when passing through the catalyst layer (31).

【0025】次に、本発明が講じた第10から第19の
解決手段は、燃料電池(10)に供給される改質ガス中の一
酸化炭素を、一酸化炭素選択酸化触媒の存在下で酸化除
去する一酸化炭素除去器(30)を備えた燃料電池システム
を前提としている。
Next, the tenth to nineteenth means for solving the problems of the present invention are to remove carbon monoxide in the reformed gas supplied to the fuel cell (10) in the presence of a carbon monoxide selective oxidation catalyst. It is premised on a fuel cell system equipped with a carbon monoxide remover (30) for removing by oxidation.

【0026】そして、第10の解決手段に係る燃料電池
システムは、上記第1の解決手段に対応するものであ
り、具体的には、一酸化炭素除去器(30)が、上記触媒を
含む触媒層(31)の周囲を覆う断熱層(32)と、改質ガスの
流路における触媒層(31)の上流側に位置して改質ガスを
冷却する改質ガス冷却手段(33)とを備え、改質ガス冷却
手段(33)が、触媒層(31)に流入する改質ガスを、該触媒
層(31)の出口温度が副反応発生温度よりも低くなる温度
に冷却するように構成されていることを特徴としてい
る。
The fuel cell system according to the tenth means corresponds to the first means, and specifically, the carbon monoxide remover (30) includes a catalyst containing the catalyst. A heat insulating layer (32) covering the periphery of the layer (31) and a reformed gas cooling means (33) for cooling the reformed gas positioned upstream of the catalyst layer (31) in the reformed gas channel are provided. The reformed gas cooling means (33) is configured to cool the reformed gas flowing into the catalyst layer (31) to a temperature at which the outlet temperature of the catalyst layer (31) becomes lower than the side reaction generation temperature. It is characterized by being.

【0027】また、本発明が講じた第11の解決手段
は、上記第2の解決手段に対応するものであり、具体的
には、上記第10の解決手段において、一酸化炭素除去
器(30)の改質ガス冷却手段(33)が、触媒層(31)に流入す
る改質ガスを、該触媒層(31)における反応開始温度以下
の温度に冷却するように構成されていることを特徴とし
ている。
The eleventh solving means of the present invention corresponds to the above second solving means. Specifically, in the tenth solving means, the carbon monoxide remover (30 ) Reformed gas cooling means (33) is configured to cool the reformed gas flowing into the catalyst layer (31) to a temperature not higher than the reaction start temperature in the catalyst layer (31). I am trying.

【0028】また、本発明が講じた第12の解決手段
は、上記第3の解決手段に対応するものであり、具体的
には、上記第10または第11の解決手段において、一
酸化炭素除去器(30)の触媒層(31)が改質ガスの流路の中
間部で分割され、その分割部分に、第2の改質ガス冷却
手段(36)が設けられていることを特徴としている。
The twelfth solving means of the present invention corresponds to the above-mentioned third solving means. Specifically, in the above-mentioned tenth or eleventh solving means, carbon monoxide is removed. The catalyst layer (31) of the vessel (30) is divided at an intermediate portion of the reformed gas flow path, and the second reformed gas cooling means (36) is provided at the divided portion. .

【0029】また、本発明が講じた第13の解決手段
は、上記第4の解決手段に対応するものであり、具体的
には、上記第10,第11または第12の解決手段にお
いて、一酸化炭素除去器(30)の改質ガス冷却手段(33,3
6) が、触媒層(31)に流入する改質ガスの熱を熱回収媒
体に回収させる熱交換器として構成されていることを特
徴としている。
The thirteenth solving means of the present invention corresponds to the above fourth solving means. Specifically, in the tenth, eleventh or twelfth solving means, Reformed gas cooling means (33, 3) of the carbon oxide remover (30)
6) is configured as a heat exchanger for recovering the heat of the reformed gas flowing into the catalyst layer (31) into the heat recovery medium.

【0030】また、本発明が講じた第14の解決手段
は、上記第5の解決手段に対応するものであり、具体的
には、上記第13の解決手段において、燃料電池(10)を
冷却する燃料電池冷却水が循環する燃料電池冷却水回路
を備え、一酸化炭素除去器(30)の改質ガス冷却手段(33,
36) が、燃料電池冷却水を改質ガスからの熱回収媒体と
する熱交換器であることを特徴としている。
The fourteenth solving means of the present invention corresponds to the above fifth solving means. Specifically, in the above thirteenth solving means, the fuel cell (10) is cooled. The reforming gas cooling means (33, 33) of the carbon monoxide remover (30) is provided with a fuel cell cooling water circuit for circulating the fuel cell cooling water
36) is a heat exchanger that uses the fuel cell cooling water as a heat recovery medium from the reformed gas.

【0031】また、本発明が講じた第15の解決手段
は、上記第6の解決手段に対応するものであり、具体的
には、上記第13の解決手段において、燃料電池(10)の
排熱が与えられる熱媒水が循環する温水回路を備え、一
酸化炭素除去器(30)の改質ガス冷却手段(33,36) が、上
記熱媒水を改質ガスからの熱回収媒体とする熱交換器で
あることを特徴としている。
The fifteenth solving means of the present invention corresponds to the sixth solving means. Specifically, in the thirteenth solving means, the exhaust of the fuel cell (10) is eliminated. The reforming gas cooling means (33, 36) of the carbon monoxide remover (30) is provided with a hot water circuit in which the heating medium water to which heat is circulated is used as a heat recovery medium from the reforming gas. It is characterized by being a heat exchanger.

【0032】また、本発明が講じた第16の解決手段
は、上記第7の解決手段に対応するものであり、具体的
には、上記第13の解決手段において、一酸化炭素除去
器(30)の改質ガス冷却手段(33,36) が、燃料電池(10)の
酸素極に供給される空気ないし酸素含有ガスを改質ガス
からの熱回収媒体とする熱交換器であることを特徴とし
ている。
The sixteenth solving means of the present invention corresponds to the seventh solving means. Specifically, in the thirteenth solving means, the carbon monoxide remover (30 ), The reformed gas cooling means (33, 36) is a heat exchanger that uses air or oxygen-containing gas supplied to the oxygen electrode of the fuel cell (10) as a heat recovery medium from the reformed gas. I am trying.

【0033】また、本発明が講じた第17の解決手段
は、上記第8の解決手段に対応するものであり、具体的
には、上記第13の解決手段において、一酸化炭素除去
器(30)の改質ガス冷却手段(33,36) が、燃料電池(10)の
排ガスを改質ガスからの熱回収媒体とする熱交換器であ
ることを特徴としている。この場合、水素極排ガスまた
は酸素極排ガスの何れか一方を用いたり、これらを混合
して用いたりすることが可能である。
The seventeenth solving means of the present invention corresponds to the above eighth solving means. Specifically, in the thirteenth solving means, the carbon monoxide remover (30 The reformed gas cooling means (33, 36) is a heat exchanger that uses the exhaust gas of the fuel cell (10) as a heat recovery medium from the reformed gas. In this case, it is possible to use either the hydrogen electrode exhaust gas or the oxygen electrode exhaust gas, or to use a mixture thereof.

【0034】また、本発明が講じた第18の解決手段
は、上記第9の解決手段に対応するものであり、具体的
には、上記第10から第17の何れか1の解決手段にお
いて、一酸化炭素除去器(30)が、改質ガス冷却手段(33,
36) と触媒層(31)とが一体のケーシング(35)内に設けら
れていることを特徴としている。
The eighteenth solving means of the present invention corresponds to the above ninth solving means. Specifically, in any one of the above tenth to seventeenth solving means, The carbon monoxide remover (30) is a reformed gas cooling means (33,
It is characterized that the catalyst layer (31) and the catalyst layer (31) are provided in an integral casing (35).

【0035】さらに、本発明が講じた第19の解決手段
は、上記第10から第17の何れか1の解決手段におい
て、一酸化炭素除去器(30)の改質ガス冷却手段(33,36)
が、触媒層(31)に流入する改質ガスを、システムの起動
から所定時間経過後に冷却開始するように構成されてい
ることを特徴としている。
Further, a nineteenth solution means of the present invention is the reformed gas cooling means (33, 36) of the carbon monoxide remover (30) according to any one of the above tenth to seventeenth solution means. )
However, it is characterized in that the reformed gas flowing into the catalyst layer (31) is started to be cooled after a lapse of a predetermined time from the start of the system.

【0036】この第17の解決手段においては、システ
ムの起動時には変成器(22)からの高温の改質ガスが冷却
されないため、起動から所定時間経過後には触媒層(31)
が反応開始温度以上に上昇し、反応が開始される。ま
た、反応が一旦始まると、上記改質ガスは改質ガス冷却
手段(33)により冷却された後、触媒層(31)での反応熱に
より反応開始温度以上に加熱されて反応が継続する。こ
の際、出口温度は副反応発生温度以上には上昇しない。
In the seventeenth solution, since the high temperature reformed gas from the transformer (22) is not cooled at the time of starting the system, after a lapse of a predetermined time from the start, the catalyst layer (31)
Rises above the reaction start temperature to start the reaction. Further, once the reaction starts, the reformed gas is cooled by the reformed gas cooling means (33) and then heated to the reaction starting temperature or higher by the reaction heat in the catalyst layer (31) to continue the reaction. At this time, the outlet temperature does not rise above the side reaction generation temperature.

【0037】[0037]

【発明の効果】上記第1及び第10の解決手段によれ
ば、触媒層(31)の周囲を断熱層(32)で覆うとともに、触
媒層(31)に流入する改質ガスを改質ガス冷却手段(33)で
冷却するようにしている。このため、触媒層(31)の入口
側から出口側に向かって温度が上昇するものの、改質ガ
スの流れ方向に直交する面においては温度がほぼ均一に
なる。したがって、ホットスポットやコールドスポット
の発生を防止することができるため、ホットスポットに
おいて副反応が生じたり、コールドスポットにおいてC
O濃度が十分に低減されないような問題の発生を防止で
きる。つまり、触媒層(31)を全体に均一な温度にしよう
とする従来の構成においては、副反応の抑制と性能低下
の防止とが極めて実現困難であるのに対して、触媒層(3
1)を断熱した状態で入口側から出口側に向かって温度勾
配を付けることを許容する構成としたことで、副反応の
抑制と性能低下の防止とが実現可能となる。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the first and tenth means for solving the problems, the periphery of the catalyst layer (31) is covered with the heat insulation layer (32), and the reformed gas flowing into the catalyst layer (31) is reformed gas. The cooling means (33) is used for cooling. Therefore, although the temperature rises from the inlet side to the outlet side of the catalyst layer (31), the temperature becomes substantially uniform on the surface orthogonal to the flow direction of the reformed gas. Therefore, since it is possible to prevent the occurrence of hot spots and cold spots, side reactions occur at the hot spots, and C at the cold spots.
It is possible to prevent a problem in which the O concentration is not sufficiently reduced. That is, in the conventional structure in which the catalyst layer (31) is made to have a uniform temperature throughout, it is extremely difficult to suppress the side reaction and prevent the performance deterioration, while the catalyst layer (3
By allowing the temperature gradient from the inlet side to the outlet side in the heat-insulated state of 1), suppression of side reactions and prevention of performance deterioration can be realized.

【0038】また、以上のように、一酸化炭素除去器(3
0)において一酸化炭素濃度を十分に低減することで一酸
化炭素を実質的に除去できるので、燃料電池(10)におけ
る触媒の被毒の発生を確実に防止できる。
As described above, the carbon monoxide remover (3
In (0), the carbon monoxide concentration can be substantially removed by sufficiently reducing the carbon monoxide concentration, so that the poisoning of the catalyst in the fuel cell (10) can be reliably prevented.

【0039】また、上記第2及び第11の解決手段によ
れば、改質ガスを触媒層(31)での反応開始温度よりも低
い温度に冷却しておくことにより、改質ガスが副反応発
生温度以上の温度に上昇することを効果的に防止でき、
しかも運転中は改質ガスが反応熱で反応開始温度よりも
高い温度に上昇するので、一酸化炭素除去性能が低下す
ることも防止できる。
According to the second and eleventh solving means, the reformed gas is cooled to a temperature lower than the reaction start temperature in the catalyst layer (31), so that the reformed gas undergoes a side reaction. It is possible to effectively prevent the temperature above the generation temperature from rising,
Moreover, during operation, the reformed gas rises to a temperature higher than the reaction start temperature due to the heat of reaction, so that it is possible to prevent the carbon monoxide removal performance from decreasing.

【0040】また、上記第3及び第12の解決手段によ
れば、触媒層(31)の中間部に第2の改質ガス冷却手段(3
6)を設けているので、改質ガスが副反応発生温度以上の
温度に上昇することをより効果的に防止できる。このた
め、一酸化炭素濃度が比較的高い改質ガスが一酸化炭素
除去器(30)に投入されるシステムの場合は出口温度が副
反応発生温度よりも上昇しやすいのに対して、過度の温
度上昇をより確実に防止できる。
Further, according to the third and twelfth solving means, the second reformed gas cooling means (3
Since 6) is provided, it is possible to more effectively prevent the reformed gas from rising to a temperature higher than the side reaction generation temperature. For this reason, in the case of a system in which a reformed gas having a relatively high carbon monoxide concentration is introduced into the carbon monoxide remover (30), the outlet temperature is likely to rise above the side reaction generation temperature, while it is excessive. The temperature rise can be prevented more reliably.

【0041】また、上記第4から第8の解決手段、及び
第13から第17の解決手段によれば、燃料電池冷却
水、熱媒水、空気ないし酸素含有ガス、あるいは電池排
ガスなどを熱回収媒体として利用することにより、副反
応の発生を抑えながら性能の低下を防止でき、構成が複
雑になるのも防止できる。
According to the fourth to eighth solving means and the thirteenth to seventeenth solving means, the heat recovery of the fuel cell cooling water, the heat transfer water, the air or oxygen-containing gas, the cell exhaust gas or the like is performed. By using it as a medium, it is possible to prevent the occurrence of side reactions while preventing the performance from deteriorating, and also to prevent the structure from becoming complicated.

【0042】また、上記第9及び第18の解決手段によ
れば、改質ガス冷却手段(33,36) と触媒層(31)とが一体
のケーシング(35)内に設けられているので、一酸化炭素
除去器(30)の構造を簡単にすることができる。
Further, according to the ninth and eighteenth solving means, since the reformed gas cooling means (33, 36) and the catalyst layer (31) are provided in the integral casing (35), The structure of the carbon monoxide remover (30) can be simplified.

【0043】また、上記第19の解決手段によれば、起
動時には改質ガスを冷却せず、起動から所定時間経過後
に冷却を開始するようにしているので、起動時に改質ガ
スを加熱する手段などを設けることが不要であり、構成
が複雑になるのを防止できる。また、上記各解決手段と
同様、過度の温度上昇により副反応が生じたり、逆に温
度が低くなって性能が低下したりすることもなく、シス
テムを適正な状態で継続して運転することができる。
Further, according to the nineteenth solving means, the reformed gas is not cooled at the time of starting, but the cooling is started after a predetermined time has passed from the starting. Therefore, the means for heating the reformed gas at the time of starting. It is not necessary to provide such as, and it is possible to prevent the configuration from becoming complicated. Further, similar to each of the above solving means, there is no side reaction due to excessive temperature rise, and conversely, the temperature is not lowered and the performance is not deteriorated, and the system can be continuously operated in an appropriate state. it can.

【0044】[0044]

【発明の実施の形態1】以下、本発明の実施形態1を図
面に基づいて詳細に説明する。
Embodiment 1 of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0045】図1は、この実施形態1に係る燃料電池シ
ステム(1) の回路ブロック図である。図示するように、
この燃料電池システム(1) は、燃料電池(10)と改質装置
(20)と冷却水回路(40)と貯湯回路(50)とを備えている。
FIG. 1 is a circuit block diagram of the fuel cell system (1) according to the first embodiment. As shown,
This fuel cell system (1) consists of a fuel cell (10) and a reformer.
(20), a cooling water circuit (40) and a hot water storage circuit (50).

【0046】上記燃料電池(10)は、固体高分子電解質型
に構成されている。この燃料電池(10)では、例えばフッ
素系の高分子フィルムからなる電解質膜の両面に触媒粒
子を分散させて電極を形成することで、単電池が構成さ
れている。電解質膜表面の電極は、一方が水素極(アノ
ード)となり、他方が酸素極(カソード)となる。上記
燃料電池(10)は、バイポーラ板を介して単電池が積層さ
れたスタック(集合電池)を構成している。なお、上述
した燃料電池(10)の構造については、図1において図示
を省略している。
The fuel cell (10) is of a solid polymer electrolyte type. In this fuel cell (10), a unit cell is constituted by forming electrodes by dispersing catalyst particles on both sides of an electrolyte membrane made of, for example, a fluorine-based polymer film. One of the electrodes on the surface of the electrolyte membrane serves as a hydrogen electrode (anode) and the other serves as an oxygen electrode (cathode). The fuel cell (10) constitutes a stack (assembled cell) in which unit cells are stacked via bipolar plates. The structure of the fuel cell (10) described above is omitted in FIG.

【0047】上記燃料電池(10)では、バイポーラ板と電
解質膜の酸素極とによって酸素極側ガス通路(11)が形成
され、バイポーラ板と電解質膜の水素極とによって水素
極側ガス通路(12)が形成されている。酸素極側ガス通路
(11)には、その入口側に空気供給管(13)を介して空気通
路(2) が接続され、その出口側に酸素極排気管(14)が接
続されている。一方、水素極側ガス通路(12)には、その
入口側に水素供給管(15)を介して改質ガス通路(3) が配
管接続され、その出口側に水素極排気管(16)が接続され
ている。
In the above fuel cell (10), the oxygen electrode side gas passage (11) is formed by the bipolar plate and the oxygen electrode of the electrolyte membrane, and the hydrogen electrode side gas passage (12) is formed by the bipolar plate and the hydrogen electrode of the electrolyte membrane. ) Is formed. Oxygen electrode side gas passage
The air passage (2) is connected to the inlet (11) through the air supply pipe (13) and the oxygen electrode exhaust pipe (14) is connected to the outlet. On the other hand, the reforming gas passage (3) is connected to the hydrogen electrode side gas passage (12) through the hydrogen supply pipe (15) on the inlet side, and the hydrogen electrode exhaust pipe (16) is on the outlet side. It is connected.

【0048】酸素極排気管(14)と水素極排気管(16)は、
燃料電池排気管(17)に接続されている。燃料電池排気管
(17)は、燃焼器(18)及び電池排ガス冷却熱交換器(19)に
接続され、燃料電池の排ガスを燃焼後に冷却して排出す
るように構成されている。燃焼器(18)は、酸素極排ガス
中に残存する酸素(O2)を利用して、水素極排ガス中
に残存する水素(H2)を燃焼させる。排ガス冷却熱交
換器(19)は、燃焼ガスの熱量を回収し、貯湯を行う。
The oxygen electrode exhaust pipe (14) and the hydrogen electrode exhaust pipe (16) are
It is connected to the fuel cell exhaust pipe (17). Fuel cell exhaust pipe
The (17) is connected to the combustor (18) and the cell exhaust gas cooling heat exchanger (19), and is configured to cool and exhaust the exhaust gas of the fuel cell after combustion. The combustor (18) burns hydrogen (H 2 ) remaining in the hydrogen electrode exhaust gas by using oxygen (O 2 ) remaining in the oxygen electrode exhaust gas. The exhaust gas cooling heat exchanger (19) collects the heat quantity of the combustion gas and stores hot water.

【0049】上記改質装置(20)は、改質ガス通路(3) 上
に設けられ、上流側から、図では一体に示した改質器(2
1)及び変成器(22)と、一酸化炭素除去器(30)とを備えて
いる。改質器(21)は、原料ガスである都市ガスの供給源
に接続されている。なお、改質器(21)と都市ガス供給源
の間には、都市ガス中の硫黄化合物成分を取り除く脱硫
器(図示せず)が必要に応じて接続される。
The above reformer (20) is provided on the reformed gas passage (3), and the reformer (2
1) and a transformer (22), and a carbon monoxide remover (30). The reformer (21) is connected to a supply source of city gas which is a raw material gas. A desulfurizer (not shown) that removes sulfur compound components from the city gas is connected between the reformer (21) and the city gas supply source as needed.

【0050】上記改質器(21)は、例えば、脱硫された都
市ガスと、図示しないタンクから供給される水(水蒸
気)とをバーナーで加熱しながら改質反応させて、主と
して二酸化炭素と水素を含む改質ガスを生成する。改質
器(21)で生成される改質ガスには一酸化炭素も含まれて
おり、変成器(22)は、その一酸化炭素を二酸化炭素に変
成する。
The reformer (21) causes, for example, a desulfurized city gas and water (steam) supplied from a tank (not shown) to undergo a reforming reaction while being heated by a burner, and mainly carbon dioxide and hydrogen. A reformed gas containing is generated. The reformed gas generated in the reformer (21) also contains carbon monoxide, and the shift converter (22) shifts the carbon monoxide to carbon dioxide.

【0051】上記一酸化炭素除去器(30)は、改質ガス中
に一酸化炭素が残っていると燃料電池システム(1) の発
電効率が低下することから、この一酸化炭素を一酸化炭
素選択酸化触媒の存在下で酸化して除去するように構成
されている。この一酸化炭素除去器(30)は、上記触媒を
含む触媒層(31)(図ではこの触媒層のブロックには「一
酸化炭素除去器」を表示している)と、少なくともこの
触媒層(31)の周囲を覆う断熱層(32)(図2参照)と、触
媒層(31)の上流側に位置する改質ガス冷却手段としての
改質ガス冷却熱交換器(33)とを有している。この改質ガ
ス冷却熱交換器(33)は、一酸化炭素除去器(30)の触媒層
(31)に流入する改質ガスを、該触媒層(31)の出口温度が
副反応発生温度よりも低くなる温度に冷却するように構
成されている。
Since the carbon monoxide remover (30) reduces the power generation efficiency of the fuel cell system (1) when carbon monoxide remains in the reformed gas, the carbon monoxide is removed from the reformed gas. It is configured to oxidize and remove in the presence of a selective oxidation catalyst. This carbon monoxide remover (30) includes a catalyst layer (31) containing the above catalyst (in the figure, a block of this catalyst layer indicates "carbon monoxide remover") and at least this catalyst layer (31). A heat insulating layer (32) (see FIG. 2) covering the periphery of the catalyst layer (31), and a reformed gas cooling heat exchanger (33) as a reformed gas cooling means located upstream of the catalyst layer (31). ing. This reformed gas cooling heat exchanger (33) is a catalyst layer of the carbon monoxide remover (30).
The reformed gas flowing into (31) is configured to be cooled to a temperature at which the outlet temperature of the catalyst layer (31) becomes lower than the side reaction generation temperature.

【0052】一酸化炭素除去器(30)の触媒層(31)の下流
側には、触媒層(31)から流出した改質ガスを燃料電池(1
0)への投入温度まで冷却するための補助熱交換器(34)が
設けられている。上記改質ガス冷却熱交換器(33)と補助
熱交換器(34)とに関し、改質ガス冷却熱交換器(33)を設
けていることは本発明の特徴のひとつである一方、補助
熱交換器(34)は従来より用いられているものである。
On the downstream side of the catalyst layer (31) of the carbon monoxide remover (30), the reformed gas flowing out from the catalyst layer (31) is fed to the fuel cell (1).
An auxiliary heat exchanger (34) is provided for cooling to the input temperature to 0). Regarding the reformed gas cooling heat exchanger (33) and the auxiliary heat exchanger (34), the provision of the reformed gas cooling heat exchanger (33) is one of the features of the present invention, while the auxiliary heat The exchanger (34) is conventionally used.

【0053】上記空気通路(2) は、燃料電池(10)よりも
上流側の2箇所で分岐して、改質器(21)の上流側と一酸
化炭素除去器(30)の触媒層(31)の上流側とにおいて、改
質ガス通路(3) に接続されている。
The air passage (2) is branched at two locations on the upstream side of the fuel cell (10) so that the catalyst layer (on the upstream side of the reformer (21) and the carbon monoxide remover (30) ( The upstream side of 31) is connected to the reformed gas passage (3).

【0054】上記冷却水回路(40)は、電池冷却水が充填
された閉回路であって、この冷却水回路(40)で電池冷却
水を循環させることによって、燃料電池(10)が所定の作
動温度に保たれる。この冷却水回路(40)は、電池冷却水
タンク(41)、燃料電池(10)、改質ガス冷却熱交換器(33)
及び補助熱交換器(34)、電池排ガス冷却熱交換器(19)、
及び温水熱交換器(51)を順に接続することにより構成さ
れている。また、この回路中には、図示しない冷却水ポ
ンプが設けられている。
The cooling water circuit (40) is a closed circuit filled with cell cooling water, and by circulating the cell cooling water in this cooling water circuit (40), the fuel cell (10) can be operated in a predetermined manner. Maintained at operating temperature. This cooling water circuit (40) includes a battery cooling water tank (41), a fuel cell (10), a reformed gas cooling heat exchanger (33).
And auxiliary heat exchanger (34), battery exhaust gas cooling heat exchanger (19),
And the hot water heat exchanger (51) are sequentially connected. A cooling water pump (not shown) is provided in this circuit.

【0055】上記温水熱交換器(51)には貯湯タンク(52)
が接続され、該温水熱交換器(51)と貯湯タンク(52)とに
より、上記貯湯回路(50)が構成されている。この貯湯回
路(50)は、改質ガス冷却熱交換器(33)、補助熱交換器(3
4)及び電池排ガス冷却熱交換器(19)において加熱された
電池冷却水の熱を、温水熱交換器(51)において貯湯回路
(50)の貯湯用水(熱媒水)に与えるものであり、回路中
には、図示しない温水ポンプが設けられている。そし
て、貯湯タンク(52)の温水は、必要に応じて給湯に供さ
れる。
The hot water heat exchanger (51) has a hot water storage tank (52).
The hot water heat exchanger (51) and the hot water storage tank (52) constitute the hot water storage circuit (50). This hot water storage circuit (50) includes a reformed gas cooling heat exchanger (33) and an auxiliary heat exchanger (3
4) and the heat of the battery cooling water heated in the battery exhaust gas cooling heat exchanger (19) are stored in the hot water heat exchanger (51) in the hot water storage circuit.
The hot water is supplied to the hot water (heat medium water) of (50), and a hot water pump (not shown) is provided in the circuit. The hot water in the hot water storage tank (52) is supplied to hot water as needed.

【0056】次に、一酸化炭素除去器(30)について具体
的に説明する。図2は、一酸化炭素除去器(30)の構成を
概念的に示す斜視図であり、図3,図4はその具体構成
の一例を示す図である。図3において、(a)は一酸化
炭素除去器(31)の左側面図、(b)は正面図、(c)は
右側面図、(d)は平面図であり、図4は図3(b)の
IV−IV線断面図である。
Next, the carbon monoxide remover (30) will be specifically described. FIG. 2 is a perspective view conceptually showing the structure of the carbon monoxide remover (30), and FIGS. 3 and 4 are views showing an example of the specific structure. 3, (a) is a left side view of the carbon monoxide remover (31), (b) is a front view, (c) is a right side view, (d) is a plan view, and FIG. 4 is FIG. (B)
FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV.

【0057】図において、一酸化炭素除去器(30)は、上
記一酸化炭素選択酸化触媒を含む触媒層(31)と、この触
媒層(31)の上流側に位置する改質ガス冷却熱交換器(33)
と、触媒層(31)の下流側に位置する補助熱交換器(34)と
を、1つのケーシング(35)内に備えている。また、ケー
シング(35)内には、触媒層(31)及び両熱交換器(33,34)
を全体的に覆う断熱層(32)が設けられている。なお、断
熱層(32)は、便宜上、図3では省略している。この断熱
層(32)は、少なくとも触媒層(31)の周囲を覆うものであ
ればよく、両熱交換器(33,34) の周囲には必ずしも設け
なくてもよい。
In the figure, a carbon monoxide remover (30) includes a catalyst layer (31) containing the above-mentioned carbon monoxide selective oxidation catalyst and a reforming gas cooling heat exchange located upstream of the catalyst layer (31). Bowl (33)
And the auxiliary heat exchanger (34) located on the downstream side of the catalyst layer (31) in a single casing (35). Further, in the casing (35), the catalyst layer (31) and both heat exchangers (33, 34)
A heat insulating layer (32) is provided to cover the whole. The heat insulating layer 32 is omitted in FIG. 3 for convenience. The heat insulating layer (32) only needs to cover at least the periphery of the catalyst layer (31) and does not necessarily have to be provided around both heat exchangers (33, 34).

【0058】上記各熱交換器(33,34) は、図4に示すよ
うにプレートフィンコイル型の熱交換器であり、各熱交
換器(33,34) ともフィン(33a,34a) が上下2段に配置さ
れている。これらの熱交換器(33,34) には、上記冷却水
回路(40)の配管(42)が接続されている。具体的には、補
助熱交換器(34)の下段側と改質ガス冷却熱交換器(33)の
下段側とが冷却水配管(42)で互いに接続されて一酸化炭
素除去器(30)における冷却水の入口側に構成され、補助
熱交換器(34)の上段側と改質ガス冷却熱交換器(33)の上
段側とが冷却水配管(42)で互いに接続されて冷却水の出
口側に構成されている。
Each of the heat exchangers (33, 34) is a plate fin coil type heat exchanger as shown in FIG. 4, and the fins (33a, 34a) of each heat exchanger (33, 34) are vertically It is arranged in two stages. The pipes (42) of the cooling water circuit (40) are connected to these heat exchangers (33, 34). Specifically, the lower side of the auxiliary heat exchanger (34) and the lower side of the reformed gas cooling heat exchanger (33) are connected to each other by a cooling water pipe (42) to remove the carbon monoxide remover (30). In the cooling water inlet side, the upper side of the auxiliary heat exchanger (34) and the upper side of the reformed gas cooling heat exchanger (33) are connected to each other by a cooling water pipe (42). It is configured on the exit side.

【0059】触媒層(31)の上流側に位置する改質ガス冷
却熱交換器(33)は、上述したように、該触媒層(31)に流
入する改質ガスの熱を熱回収媒体(この実施形態1の場
合は電池冷却水)に回収させて該改質ガスを所定温度に
冷却する改質ガス冷却手段を構成している。具体的に、
この熱交換器(33)は、周囲が断熱された触媒層(31)に流
入する改質ガスを例えば90℃に冷却することで、最も
高温になる触媒層(31)の出口側でも温度が副反応発生温
度(例えば200℃)よりも低くなるようにしている。
また、この実施形態1では、触媒層(31)における反応開
始温度は例えば100℃である。つまり、改質ガス冷却
熱交換器(33)は、触媒層(31)に流入する改質ガスを、該
触媒層(31)における反応開始温度以下の温度に冷却して
いる。
As described above, the reformed gas cooling heat exchanger (33) located on the upstream side of the catalyst layer (31) transfers the heat of the reformed gas flowing into the catalyst layer (31) to the heat recovery medium ( In the case of the first embodiment, a reformed gas cooling means for cooling the reformed gas to a predetermined temperature by collecting it in the battery cooling water) is configured. Specifically,
This heat exchanger (33) cools the reformed gas that flows into the catalyst layer (31) whose periphery is insulated to, for example, 90 ° C., so that the temperature at the outlet side of the catalyst layer (31) that becomes the highest becomes The temperature is set to be lower than the side reaction generation temperature (for example, 200 ° C.).
Further, in this Embodiment 1, the reaction start temperature in the catalyst layer (31) is, for example, 100 ° C. That is, the reformed gas cooling heat exchanger (33) cools the reformed gas flowing into the catalyst layer (31) to a temperature equal to or lower than the reaction start temperature in the catalyst layer (31).

【0060】−運転動作− 次に、この燃料電池システム(1) の発電時の動作につい
て説明する。
-Operational Behavior- Next, the operation of the fuel cell system (1) during power generation will be described.

【0061】まず、改質ガス通路(3) に脱硫器を設けて
いる場合は、該脱硫器において原料ガス中の硫黄化合物
成分が取り除かれ、該ガスが空気と混合されて改質器(2
1)に送られる。改質器(21)では、原料ガスと、図示しな
いタンクから供給される水蒸気とをバーナーで加熱しな
がら水蒸気改質反応させて、主として二酸化炭素と水素
とを含む改質ガスが生成される。
First, when a desulfurizer is provided in the reformed gas passage (3), the sulfur compound component in the raw material gas is removed in the desulfurizer, the gas is mixed with air, and the reformer (2
Sent to 1). In the reformer (21), the raw material gas and the steam supplied from a tank (not shown) are subjected to a steam reforming reaction while being heated by a burner to generate a reformed gas containing mainly carbon dioxide and hydrogen.

【0062】この改質ガスには上述したように一酸化炭
素も含まれているが、該ガス中の一酸化炭素成分は変成
器(22)において減少する。変成器(22)を出た改質ガスの
組成は、本実施形態1においては、例えば、 CH4 : 0.7 % H2O :26.03% H2 :35.8 % CO : 0.52% CO2 :12.39% N2 :24.57% となり、一酸化炭素は、0.52%まで濃度が低下して
いる。この改質ガスは、さらに一酸化炭素除去器(30)に
流れ、一酸化炭素が酸化により除去される。このとき、
改質ガスには空気が混合されるが、その際のO2/CO
(酸素と一酸化炭素の容量比)は、従来は一般に約2.
0〜2.5程度であったのに対して、約1.0〜1.5
に設定されている。つまり、本実施形態では、一酸化炭
素除去器(30)における酸素投入量を従来よりも少なくし
ている。
Although the reformed gas also contains carbon monoxide as described above, the carbon monoxide component in the gas is reduced in the shift converter (22). The composition of the reformed gas exiting the transformer (22), in the present embodiment 1, for example, CH 4: 0.7% H 2 O: 26.03% H 2: 35.8% CO: 0. 52% CO 2: 12.39% N 2: becomes 24.57%, carbon monoxide, a concentration 0.32% were lowered. This reformed gas further flows into the carbon monoxide remover (30), and carbon monoxide is removed by oxidation. At this time,
Air is mixed with the reformed gas, and O 2 / CO at that time is mixed.
(Oxygen and carbon monoxide volume ratio) is generally about 2.
It was about 0-2.5, but about 1.0-1.5
Is set to. That is, in the present embodiment, the amount of oxygen input to the carbon monoxide remover (30) is smaller than in the conventional case.

【0063】一酸化炭素除去器(30)を出た改質ガスは、
一酸化炭素濃度が目標値である10ppmよりも低くな
って燃料電池(10)に供給される。燃料電池(10)では、一
酸化炭素除去器(30)から送られてきた改質ガス中の水素
と、図示しないブロア等から空気供給管(13)を通して送
られてきた空気中の酸素とが結合して、そのときに生じ
るイオンがカソードとアノードの電荷に変えられること
で電力が発生する。
The reformed gas leaving the carbon monoxide remover (30) is
The carbon monoxide concentration becomes lower than the target value of 10 ppm and is supplied to the fuel cell (10). In the fuel cell (10), hydrogen in the reformed gas sent from the carbon monoxide remover (30) and oxygen in the air sent from the blower (not shown) or the like through the air supply pipe (13) Electricity is generated by binding and converting the ions generated at that time into charges of the cathode and the anode.

【0064】上記一酸化炭素除去器(30)に流入する改質
ガスは、改質ガス冷却熱交換器(33)において、燃料電池
(10)の冷却後の電池冷却水(約75℃)と熱交換して約
80℃〜90℃程度の温度に冷却される。この温度は、
触媒層(31)における反応開始温度(約100℃)よりも
低い温度であり、このような温度設定をすることで、触
媒層(31)の出口温度が副反応発生温度よりも低くなるよ
うにしている。
The reformed gas flowing into the carbon monoxide remover (30) is supplied to the fuel cell in the reformed gas cooling heat exchanger (33).
It is cooled to a temperature of about 80 ° C to 90 ° C by exchanging heat with the battery cooling water (about 75 ° C) after cooling in (10). This temperature is
The temperature is lower than the reaction initiation temperature (about 100 ° C.) in the catalyst layer (31), and by setting such a temperature, the outlet temperature of the catalyst layer (31) becomes lower than the side reaction generation temperature. ing.

【0065】なお、燃料電池システム(1) の起動時は、
改質ガス冷却熱交換器(33)による改質ガスの冷却は行わ
れず、改質ガスは、変成器(22)から流出した高温の状態
で一酸化炭素除去器(30)に供給される。このため、触媒
層(31)は、起動から所定時間経過後には反応開始温度よ
りも温度が高くなり、反応が継続する状態となる。
When the fuel cell system (1) is started,
The reformed gas is not cooled by the reformed gas cooling heat exchanger (33), and the reformed gas is supplied to the carbon monoxide remover (30) at a high temperature flowing out from the shift converter (22). Therefore, the temperature of the catalyst layer (31) becomes higher than the reaction start temperature after a lapse of a predetermined time from the start, and the reaction continues.

【0066】このように、燃料電池システム(1) の運転
中は、触媒層(31)は反応熱によって上記反応開始温度よ
りも温度が高くなっており、改質ガス冷却熱交換器(33)
で冷却された改質ガスは、一酸化炭素除去器(30)の触媒
層(31)に流入するとその反応熱によって温度が上昇して
反応が開始される。そして、改質ガスは、触媒層(31)の
入口側から出口側に向かって徐々に温度が上昇する一
方、副反応が発生する温度(200℃)よりも低い温度
で触媒層(31)から流出する。
As described above, during the operation of the fuel cell system (1), the temperature of the catalyst layer (31) is higher than the above reaction initiation temperature due to the heat of reaction, and the reformed gas cooling heat exchanger (33)
When the reformed gas cooled in (3) flows into the catalyst layer (31) of the carbon monoxide remover (30), the temperature of the reformed gas rises due to the heat of reaction and the reaction is started. Then, the temperature of the reformed gas gradually rises from the inlet side to the outlet side of the catalyst layer (31), and the temperature of the reformed gas from the catalyst layer (31) is lower than the temperature (200 ° C.) at which a side reaction occurs. leak.

【0067】以上説明したように、システムの運転中に
は、触媒層(31)を断熱した状態において該触媒層(31)を
冷却せずに、触媒層(31)に流入する改質ガスを予め冷却
することにより、触媒層(31)には入口側から出口側に向
かってほぼ一様な温度勾配が発生する。一方、触媒層(3
1)は改質ガスの流れに直交する面方向においては温度が
ほぼ均一となり、コールドスポットやホットスポットは
生じない。したがって、全体としては安定した酸化反応
が生じるとともに温度の過上昇が抑えられるため、一酸
化炭素除去器(30)において副反応は発生せず、性能の低
下も生じない。
As described above, during the operation of the system, the reformed gas flowing into the catalyst layer (31) is cooled without cooling the catalyst layer (31) while the catalyst layer (31) is insulated. By cooling in advance, a substantially uniform temperature gradient is generated in the catalyst layer (31) from the inlet side to the outlet side. On the other hand, the catalyst layer (3
In 1), the temperature becomes almost uniform in the plane direction orthogonal to the flow of the reformed gas, and cold spots and hot spots do not occur. Therefore, as a whole, a stable oxidation reaction occurs and an excessive rise in temperature is suppressed, so that no side reaction occurs in the carbon monoxide remover (30) and the performance does not deteriorate.

【0068】また、触媒層(31)から流出した改質ガス
は、補助冷却熱交換器(34)において、燃料電池(10)への
投入温度(約80℃)まで冷却され、燃料電池(10)の水
素極側ガス通路(12)に流入する。燃料電池の水素極排ガ
スと酸素極排ガスは、燃料電池排気管(17)で合流し、燃
焼器(18)で燃焼された後、電池排ガス冷却熱交換器(19)
で電池冷却水と熱交換して冷却され、排気される。
Further, the reformed gas flowing out from the catalyst layer (31) is cooled to a temperature (about 80 ° C.) introduced into the fuel cell (10) in the auxiliary cooling heat exchanger (34), and the fuel cell (10) is cooled. ) Into the hydrogen electrode side gas passage (12). The hydrogen electrode exhaust gas and the oxygen electrode exhaust gas of the fuel cell merge in the fuel cell exhaust pipe (17) and are burned in the combustor (18), and then the battery exhaust gas cooling heat exchanger (19)
It is cooled by exchanging heat with the battery cooling water and exhausted.

【0069】一方、上記冷却水回路(40)において、改質
ガス冷却熱交換器(33)から流出した電池冷却水は、電池
排ガス冷却熱交換器(19)で加熱され、さらに温水熱交換
器(51)で冷却された後、電池冷却水用タンク(41)に戻
る。電池冷却水用タンク(41)に戻った冷却水は、燃料電
池(10)を冷却した後、改質ガス冷却熱交換器(33)及び補
助熱交換器(34)に流れて、再度改質ガスを冷却する。
On the other hand, in the cooling water circuit (40), the battery cooling water flowing out from the reformed gas cooling heat exchanger (33) is heated by the battery exhaust gas cooling heat exchanger (19), and further heated by the hot water heat exchanger. After being cooled in (51), it returns to the battery cooling water tank (41). The cooling water returned to the battery cooling water tank (41) flows to the reforming gas cooling heat exchanger (33) and the auxiliary heat exchanger (34) after cooling the fuel cell (10), and reforms again. Cool the gas.

【0070】また、温水熱交換器(51)では、電池冷却水
と給湯用水とが熱交換し、給湯用水が加熱される。この
給湯用水は貯湯タンク(52)に貯蔵され、必要に応じて給
湯に使用される。
Further, in the hot water heat exchanger (51), the battery cooling water and the hot water for hot water exchange heat to heat the hot water for hot water supply. The hot water for hot water supply is stored in the hot water storage tank (52) and used for hot water supply as needed.

【0071】−実施形態1の効果− 本実施形態1によれば、触媒層(31)の周囲を断熱層(32)
で覆うとともに、触媒層(31)に流入する改質ガスを改質
ガス冷却熱交換器(33)で冷却することにより、触媒層(3
1)の入口側から出口側に向かって温度が上昇するもの
の、改質ガスの流れ方向に直交する面方向においては温
度がほぼ均一になるようにしているので、ホットスポッ
トやコールドスポットの発生を防止することができる。
したがって、ホットスポットにおいて副反応が生じた
り、コールドスポットにおいてCO濃度が十分に低減さ
れないような問題の発生を防止できる。
-Effects of First Embodiment- According to the first embodiment, the heat insulating layer (32) is provided around the catalyst layer (31).
And the reformed gas flowing into the catalyst layer (31) is cooled by the reformed gas cooling heat exchanger (33).
Although the temperature rises from the inlet side to the outlet side in 1), the temperature is made to be almost uniform in the plane direction orthogonal to the flow direction of the reformed gas, so hot spots and cold spots are not generated. Can be prevented.
Therefore, it is possible to prevent a side reaction from occurring in the hot spot and a problem in which the CO concentration is not sufficiently reduced in the cold spot.

【0072】つまり、触媒層(31)を全体に均一な温度に
しようとする構成においては副反応の抑制と性能低下の
防止とが実現困難であるのに対して、触媒層(31)を断熱
した状態で入口側から出口側に向かってほぼ均一な温度
勾配を付けることを許容する構成としたことで、副反応
の抑制と性能低下の防止とが実現可能となる。
That is, while it is difficult to suppress the side reaction and prevent the performance from being lowered in the constitution in which the temperature of the catalyst layer (31) is made uniform throughout, the catalyst layer (31) is thermally insulated. In such a state, it is possible to realize the suppression of the side reaction and the prevention of the performance deterioration by allowing the temperature gradient to be substantially uniform from the inlet side to the outlet side.

【0073】また、従来はO2/CO(酸素と一酸化炭素
の容量比)を2.0〜2.5程度に設定する必要があっ
たのに対して、本実施形態によれば反応が安定するため
2/COを1.0〜1.5程度に設定し、O2 投入量を
減らしても目標値(10ppm)を達成できる。この結
果、水素収率が上がり、効率が向上する。
Further, conventionally, it was necessary to set O 2 / CO (volume ratio of oxygen and carbon monoxide) to about 2.0 to 2.5, whereas according to this embodiment, the reaction The target value (10 ppm) can be achieved even if O 2 / CO is set to about 1.0 to 1.5 for stability and the O 2 input amount is reduced. As a result, the hydrogen yield is increased and the efficiency is improved.

【0074】また、改質ガスを触媒層(31)での反応開始
温度(約100℃)よりも低い温度(約80℃〜90
℃)に冷却するようにしているので、改質ガスが副反応
発生温度(200℃)以上の温度に上昇することを効果
的に防止できる。しかも、このような温度設定にして
も、運転中は改質ガスが反応熱で反応開始温度よりも高
い温度に上昇するので、一酸化炭素除去性能が低下する
ことも防止できる。
The temperature of the reformed gas (about 80 ° C. to 90 ° C.) lower than the reaction start temperature (about 100 ° C.) in the catalyst layer (31).
Since it is cooled to (° C.), the reformed gas can be effectively prevented from rising to a temperature higher than the side reaction generation temperature (200 ° C.). Moreover, even with such a temperature setting, the reformed gas rises to a temperature higher than the reaction start temperature due to the reaction heat during the operation, so that the carbon monoxide removing performance can be prevented from being deteriorated.

【0075】また、本実施形態によれば一酸化炭素除去
器(30)において、副反応を抑制しながら一酸化炭素濃度
を十分に低減して一酸化炭素を実質的に除去できるの
で、燃料電池(10)における触媒の被毒の発生を確実に防
止できる。
Further, according to the present embodiment, in the carbon monoxide remover (30), the carbon monoxide concentration can be sufficiently reduced and the carbon monoxide can be substantially removed while suppressing side reactions. It is possible to reliably prevent the poisoning of the catalyst in (10).

【0076】さらに、本実施形態1では、触媒層にフィ
ンを入れて触媒を冷却する複雑な構成や、触媒層を冷却
するのに水を循環させたりする複雑な構造が不要である
ため、構成を簡素化できる。
Furthermore, in the first embodiment, since the complicated structure for inserting the fins into the catalyst layer to cool the catalyst and the complicated structure for circulating water to cool the catalyst layer are not necessary, the structure is Can be simplified.

【0077】−実施形態1の変形例− (変形例1)図5は、一酸化炭素除去器(30)の変形例の
構成を概念的に示す斜視図である。この一酸化炭素除去
器(30)は、触媒層(31)が改質ガスの流路の中間部で分割
され、前段の触媒層(31a) と後段の触媒層(31b)の中間
部に、改質ガス冷却手段としての第2の改質ガス冷却熱
交換器(36)が設けられている。つまり、この一酸化炭素
除去器(30)は、実施形態1において説明した触媒層(31)
の上流側の改質ガス冷却熱交換器(33)と、触媒層(31)の
下流側の補助熱交換器(34)とに加えて、触媒層(31)の中
間部に位置する第2の改質ガス冷却熱交換器(36)を備え
ている。
-Modification of Embodiment 1- (Modification 1) FIG. 5 is a perspective view conceptually showing the structure of a modification of the carbon monoxide remover (30). In this carbon monoxide remover (30), the catalyst layer (31) is divided at the middle portion of the flow path of the reformed gas, and the middle portion between the catalyst layer (31a) at the front stage and the catalyst layer (31b) at the rear stage, A second reformed gas cooling heat exchanger (36) is provided as a reformed gas cooling means. In other words, the carbon monoxide remover (30) has the catalyst layer (31) described in the first embodiment.
In addition to the reformed gas cooling heat exchanger (33) on the upstream side of the catalyst and the auxiliary heat exchanger (34) on the downstream side of the catalyst layer (31), the second heat exchanger is located in the middle part of the catalyst layer (31). The reformed gas cooling heat exchanger (36) is provided.

【0078】各熱交換器(33,34,36)は、実施形態1と同
様に電池冷却水が流通する。そして、この電池冷却水と
改質ガスとが熱交換して、改質ガスが冷却される。
Battery cooling water flows through each heat exchanger (33, 34, 36) as in the first embodiment. Then, the battery cooling water and the reformed gas exchange heat with each other to cool the reformed gas.

【0079】また、この一酸化炭素除去器(30)では、触
媒層(31)が分割された部分において、後段の触媒層(31
b) に空気が吹き込まれるように構成されている。つま
り、一酸化炭素除去器(30)に改質ガスとともに流入する
酸素は前段の触媒層(31a) での反応に消費されてしまう
ので、後段の触媒層(31b) での反応に酸素を補給するよ
うにしている。
In addition, in the carbon monoxide remover (30), the catalyst layer (31
It is configured so that air is blown into b). In other words, the oxygen that flows into the carbon monoxide remover (30) together with the reformed gas is consumed by the reaction in the catalyst layer (31a) in the front stage, so oxygen is supplied to the reaction in the catalyst layer (31b) in the rear stage. I am trying to do it.

【0080】この変形例では、改質ガスが、触媒層(31)
の上流側で所定の温度まで冷却された後に前段の触媒層
(31a) に流入して温度上昇した後、両触媒層(31a,31b)
の中間部で第2の改質ガス冷却手段(36)により再度冷却
されることにより、後段の触媒層(31b) を通過した後、
副反応発生温度よりも低い温度で触媒層から流出するよ
うに温度を設定できる。このため、この一酸化炭素除去
器(30)は、変成器(22)から供給される改質ガスが、例え
ば一酸化炭素を0.6%よりも多く含むような場合に、
改質ガスが副反応発生温度以上の温度に上昇することを
効果的に防止できる。つまり、一酸化炭素を0.6%よ
りも多く含むようなCOガス濃度が比較的高い改質ガス
を一酸化炭素除去器(30)で処理するシステムの場合に、
酸素投入量も増えるために出口温度が副反応発生温度よ
りも上昇しやすいのに対して、過度の温度上昇を確実に
防止できる。
In this modification, the reformed gas is used as the catalyst layer (31).
After cooling to a specified temperature on the upstream side of the
After flowing into (31a) and rising in temperature, both catalyst layers (31a, 31b)
By being cooled again by the second reformed gas cooling means (36) in the intermediate part of
The temperature can be set so as to flow out from the catalyst layer at a temperature lower than the side reaction generation temperature. Therefore, the carbon monoxide remover (30), when the reformed gas supplied from the shift converter (22) contains, for example, more than 0.6% carbon monoxide,
It is possible to effectively prevent the reformed gas from rising to a temperature higher than the side reaction generation temperature. That is, in the case of a system in which a carbon monoxide remover (30) treats a reformed gas having a relatively high CO gas concentration containing more than 0.6% of carbon monoxide,
Since the amount of oxygen input also increases, the outlet temperature tends to rise above the side reaction generation temperature, but an excessive temperature rise can be reliably prevented.

【0081】これに対して、上記実施形態1では、一酸
化炭素を0.4%〜0.6%程度含む改質ガスを処理す
るのに適しており、この変形例と比べて構成が複雑にな
るのを防止できる。
On the other hand, the first embodiment is suitable for treating the reformed gas containing carbon monoxide of about 0.4% to 0.6%, and has a complicated structure as compared with this modification. Can be prevented.

【0082】(変形例2)改質ガス冷却熱交換器(33)及
び補助熱交換器(34)は、図1及び図3では冷却水回路(4
0)において互いに並列に接続された構成としているが、
これらの熱交換器(33,34) は直列に接続してもよい。
(Modification 2) The reformed gas cooling heat exchanger (33) and the auxiliary heat exchanger (34) are the same as the cooling water circuit (4) in FIGS. 1 and 3.
In (0), they are connected in parallel with each other,
These heat exchangers (33, 34) may be connected in series.

【0083】図6には両熱交換器(33,34) を直列に接続
した例を示している。具体的には、補助熱交換器(34)の
上段側と改質ガス冷却熱交換器(33)の下段側が中間配管
で接続される一方、補助熱交換器(34)の下段側及び改質
ガス冷却熱交換器(33)の上段側が、それぞれ、冷却水配
管(42)に接続されて、一酸化炭素除去器(30)における冷
却水の入口側及び出口側に構成されている。
FIG. 6 shows an example in which both heat exchangers (33, 34) are connected in series. Specifically, the upper side of the auxiliary heat exchanger (34) and the lower side of the reformed gas cooling heat exchanger (33) are connected by an intermediate pipe, while the lower side of the auxiliary heat exchanger (34) and the reformer are connected. The upper stages of the gas cooling heat exchangers (33) are connected to the cooling water pipes (42), respectively, and are configured as the inlet side and the outlet side of the cooling water in the carbon monoxide remover (30).

【0084】このようにしても、図3の一酸化炭素除去
器(30)と同等の効果を得ることができる。
Even in this case, the same effect as that of the carbon monoxide remover (30) in FIG. 3 can be obtained.

【0085】[0085]

【発明の実施の形態2】本発明の実施形態2は、燃料電
池の排熱が与えられる貯湯回路(50)の貯湯用水(熱媒
水)を、改質ガス冷却熱交換器(33)における改質ガスか
らの熱回収媒体として用いるようにしたものである。
Embodiment 2 In Embodiment 2 of the present invention, the hot water for storage (heat medium water) in the hot water storage circuit (50) to which the exhaust heat of the fuel cell is given is supplied to the reformed gas cooling heat exchanger (33). It is used as a heat recovery medium from the reformed gas.

【0086】この実施形態2は、実施形態1の燃料電池
システム(1) に対して、冷却水回路(40)と貯湯回路(50)
の構成が異なる。この実施形態2において、冷却水回路
(40)は、図7に示すように、電池冷却水タンク(41)と燃
料電池(10)と温水熱交換器(51)とを順に接続した閉回路
に構成されている。この冷却水回路(40)には、図示しな
い冷却水ポンプが設けられている。
The second embodiment is different from the fuel cell system (1) of the first embodiment in that a cooling water circuit (40) and a hot water storage circuit (50) are provided.
The configuration of is different. In this Embodiment 2, the cooling water circuit
As shown in FIG. 7, the (40) is configured as a closed circuit in which the battery cooling water tank (41), the fuel cell (10) and the hot water heat exchanger (51) are sequentially connected. The cooling water circuit (40) is provided with a cooling water pump (not shown).

【0087】また、貯湯回路(50)は、貯湯タンク(52)
と、温水熱交換器(51)と、改質ガス冷却熱交換器(33)及
び補助熱交換器(34)と、電池排ガス冷却熱交換器(19)と
を、順に接続した閉回路に構成されている。この貯湯回
路(50)の回路中には、図示しない温水ポンプが設けられ
ている。
The hot water storage circuit (50) is provided in the hot water storage tank (52).
A hot water heat exchanger (51), a reformed gas cooling heat exchanger (33) and an auxiliary heat exchanger (34), and a battery exhaust gas cooling heat exchanger (19), which are connected in sequence to form a closed circuit. Has been done. A hot water pump (not shown) is provided in the hot water storage circuit (50).

【0088】この燃料電池システム(1) において、改質
器(21)、変成器(22)、一酸化炭素除去器(30)及び燃料電
池(10)など、冷却水回路(40)と貯湯回路(50)以外の部分
は、実施形態1と同様に構成されている。
In this fuel cell system (1), a cooling water circuit (40) and a hot water storage circuit such as a reformer (21), a transformer (22), a carbon monoxide remover (30) and a fuel cell (10). The parts other than (50) are configured similarly to the first embodiment.

【0089】この実施形態2において、貯湯タンク(52)
に溜められている貯湯用水は、温水熱交換器(51)で約7
0℃に加熱される。そして、この貯湯用水が改質ガス冷
却熱交換器(33)及び補助熱交換器(34)を流れることによ
り、一酸化炭素除去器(30)を流れる改質ガスが触媒層(3
1)の上流側と下流側で実施形態1と同様に冷却される。
改質ガスを冷却する際に加熱された貯湯用水は、電池排
ガス冷却熱交換器(19)において燃焼ガスと熱交換してさ
らに加熱され、貯湯タンク(52)に戻される。貯湯タンク
(52)に貯蔵される貯湯用水は、水の補給などによって温
度が若干変動するが、約85℃程度の温度で貯蔵される
ように設定されている。
In the second embodiment, the hot water storage tank (52)
The hot water for storage in the hot water heat exchanger (51) is about 7
Heat to 0 ° C. Then, the stored hot water flows through the reformed gas cooling heat exchanger (33) and the auxiliary heat exchanger (34), so that the reformed gas flowing through the carbon monoxide remover (30) is transferred to the catalyst layer (3).
The cooling is performed on the upstream side and the downstream side of 1) as in the first embodiment.
The hot water for heating stored when the reformed gas is cooled is further heated by exchanging heat with the combustion gas in the battery exhaust gas cooling heat exchanger (19) and returned to the hot water storage tank (52). Hot water storage tank
The hot water for storage in (52) is set to be stored at a temperature of about 85 ° C., although the temperature of the hot water slightly changes due to water supply.

【0090】この実施形態2の場合も、一酸化炭素除去
器(30)の触媒層(31)を冷却せず、改質ガスを冷却して触
媒層(31)に投入することにより、触媒層(31)においてホ
ットスポットやコールドスポットが発生しないようにす
ることができる。このため、副反応の発生を抑えなが
ら、一酸化炭素除去性能の低下を防止でき、燃料電池(1
0)における触媒の被毒も確実に防止できる。
Also in the case of the second embodiment, the catalyst layer (31) of the carbon monoxide remover (30) is not cooled, but the reformed gas is cooled and introduced into the catalyst layer (31). It is possible to prevent hot spots and cold spots from occurring in (31). Therefore, while suppressing the occurrence of side reactions, it is possible to prevent a decrease in carbon monoxide removal performance, and
The poisoning of the catalyst in 0) can be surely prevented.

【0091】[0091]

【発明の実施の形態3】本発明の実施形態3は、燃料電
池(10)の酸素極に供給される空気ないし酸素含有ガス
を、改質ガス冷却熱交換器(33)における改質ガスからの
熱回収媒体として用いるようにしたものである。
Third Embodiment In the third embodiment of the present invention, the air or oxygen-containing gas supplied to the oxygen electrode of the fuel cell (10) is supplied from the reformed gas in the reformed gas cooling heat exchanger (33). It is intended to be used as a heat recovery medium of.

【0092】この実施形態3は、実施形態1,2の燃料
電池システム(1) に対して、空気通路(2) と、冷却水回
路(40)及び貯湯回路(50)の構成が異なるようにしたもの
である。つまり、図8に示すように、空気通路(2) は、
空気を改質ガスからの熱回収媒体として改質ガス冷却熱
交換器(33)及び補助交換器(34)に供給した後に燃料電池
(10)の酸素極側ガス通路(11)に流す一方、改質ガス冷却
熱交換器(33)を通った空気を改質器(21)の上流側で原料
ガスと混合して改質ガス通路(3) に流すように構成され
ている。このように、改質器(21)へ入れる空気と燃料電
池(10)へ入れる空気の両方を改質ガス冷却熱交換器(33)
に流すことにより、該熱交換器(33)における空気の流量
をできるだけ多くして、改質ガスに対する十分な冷却性
能が得られるようにしている。
The third embodiment is different from the fuel cell system (1) of the first and second embodiments in that the air passage (2) and the cooling water circuit (40) and the hot water storage circuit (50) are different in configuration. It was done. That is, as shown in FIG. 8, the air passage (2) is
After supplying air to the reformed gas cooling heat exchanger (33) and auxiliary exchanger (34) as a heat recovery medium from the reformed gas, the fuel cell
While flowing in the oxygen electrode side gas passageway (11) of (10), the air passing through the reformed gas cooling heat exchanger (33) is mixed with the raw material gas on the upstream side of the reformer (21) to form the reformed gas. It is configured to flow into the passage (3). In this way, both the air entering the reformer (21) and the air entering the fuel cell (10) are supplied to the reformed gas cooling heat exchanger (33).
Flow into the heat exchanger (33) to maximize the flow rate of air in the heat exchanger (33) so that sufficient cooling performance for the reformed gas can be obtained.

【0093】また、冷却水回路(40)は、電池冷却水タン
ク(41)と温水熱交換器(51)と燃料電池(10)とを順に接続
した閉回路に構成され、この回路には図示しない冷却水
ポンプが設けられている。
Further, the cooling water circuit (40) is constructed as a closed circuit in which the battery cooling water tank (41), the hot water heat exchanger (51) and the fuel cell (10) are sequentially connected, and this circuit is shown in the drawing. Not equipped with a cooling water pump.

【0094】さらに、貯湯回路(50)は、貯湯タンク(52)
と、温水熱交換器(51)と、電池排ガス冷却熱交換器(19)
とを、順に接続した閉回路に構成されている。この貯湯
回路(50)の回路中には、図示しない温水ポンプが設けら
れている。
Further, the hot water storage circuit (50) includes a hot water storage tank (52).
And a hot water heat exchanger (51) and a battery exhaust gas cooling heat exchanger (19)
And are connected in order to form a closed circuit. A hot water pump (not shown) is provided in the hot water storage circuit (50).

【0095】この燃料電池システム(1) において、その
他の部分は上記各実施形態1,2と同様に構成されてい
る。
In the fuel cell system (1), the other parts are constructed in the same manner as in the first and second embodiments.

【0096】この実施形態3において、変成器(22)から
流出した改質ガスは、改質ガス冷却熱交換器(33)におい
て、空気通路(2) からの空気と熱交換して冷却され(約
80℃〜90℃)、一酸化炭素除去器(30)の触媒層(31)
に流入する。改質ガスは、この触媒層(31)を通過する際
に副反応が発生する温度(約200℃)よりも若干低い
温度まで加熱され、触媒層(31)から流出する。改質ガス
は、補助熱交換器(34)で再度冷却され(約80℃)、燃
料電池(10)に投入される。一方、空気通路(2)を流れる
空気は、一部が改質ガス冷却熱交換器(33)及び補助熱交
換器(34)で改質ガスを冷却した後に燃料電池(10)の酸素
極側ガス通路(11)に供給され、残りが原料ガスと混合さ
れて改質器(21)に供給される。
In the third embodiment, the reformed gas flowing out of the transformer (22) is cooled by exchanging heat with the air from the air passage (2) in the reformed gas cooling heat exchanger (33) ( About 80 ° C to 90 ° C), the catalyst layer (31) of the carbon monoxide remover (30)
Flow into. The reformed gas is heated to a temperature slightly lower than the temperature (about 200 ° C.) at which side reactions occur when passing through the catalyst layer (31), and flows out from the catalyst layer (31). The reformed gas is cooled again by the auxiliary heat exchanger (34) (about 80 ° C.) and is fed into the fuel cell (10). On the other hand, part of the air flowing through the air passage (2) is on the oxygen electrode side of the fuel cell (10) after the reformed gas is partially cooled by the reformed gas cooling heat exchanger (33) and the auxiliary heat exchanger (34). The gas is supplied to the gas passageway (11), and the rest is mixed with the raw material gas and supplied to the reformer (21).

【0097】なお、電池冷却水は、温水熱交換器(51)に
おいて貯湯用水と熱交換し、さらに燃料電池(10)を流れ
て該燃料電池を冷却する。燃料電池(10)を冷却した電池
冷却水は、電池冷却水タンク(41)に戻り、以上の循環を
繰り返す。
The cell cooling water exchanges heat with the hot water for storage in the hot water heat exchanger (51) and further flows through the fuel cell (10) to cool the fuel cell. The cell cooling water that has cooled the fuel cell (10) returns to the cell cooling water tank (41) and repeats the above circulation.

【0098】また、貯湯タンク(52)に溜められている貯
湯用水は、貯湯回路(50)を循環する際に温水熱交換器(5
1)で電池冷却水と熱交換した後、電池排ガス冷却熱交換
器(19)において燃焼ガスと熱交換して加熱される。加熱
された貯湯用水は、貯湯タンク(52)に戻り、以上の循環
を繰り返す。
Further, the hot water for storing hot water stored in the hot water storage tank (52) is circulated in the hot water storage circuit (50) when the hot water heat exchanger (5
After exchanging heat with the battery cooling water in 1), it is heated by exchanging heat with the combustion gas in the battery exhaust gas cooling heat exchanger (19). The heated hot water is returned to the hot water storage tank (52) and the above circulation is repeated.

【0099】この実施形態3の場合も、一酸化炭素除去
器(30)の触媒層(31)を冷却せず、改質ガスを冷却して触
媒層(31)に投入することにより、触媒層(31)においてホ
ットスポットやコールドスポットが発生しないようにす
ることができる。このため、副反応の発生を抑えなが
ら、一酸化炭素除去性能の低下を防止でき、燃料電池(1
0)における触媒の被毒も確実に防止できる。
Also in the case of the third embodiment, the catalyst layer (31) of the carbon monoxide remover (30) is not cooled, but the reformed gas is cooled and introduced into the catalyst layer (31). It is possible to prevent hot spots and cold spots from occurring in (31). Therefore, while suppressing the occurrence of side reactions, it is possible to prevent a decrease in carbon monoxide removal performance, and
The poisoning of the catalyst in 0) can be surely prevented.

【0100】[0100]

【発明の実施の形態4】本発明の実施形態4は、燃料電
池(10)の排ガスを、改質ガス冷却熱交換器(33)における
改質ガスからの熱回収媒体として用いるようにしたもの
である。
Fourth Embodiment of the Invention In a fourth embodiment of the present invention, the exhaust gas of the fuel cell (10) is used as a heat recovery medium from the reformed gas in the reformed gas cooling heat exchanger (33). Is.

【0101】この実施形態4は、実施形態3の燃料電池
システム(1) に対して、空気通路(2) と、燃料電池排気
管(17)の構成が異なるようにしたものである。つまり、
図9に示すように、空気通路(2) は、実施形態1,2と
同様、空気を燃料電池(10)の酸素極側ガス通路(11)に供
給する一方、該空気の一部を改質器(21)と一酸化炭素除
去器(30)の触媒層(31)に供給するように構成されてい
る。また、燃料電池排気管(17)は、2つに分岐して改質
ガス冷却熱交換器(33)及び補助熱交換器(34)に接続され
た後、合流して燃焼器(18)及び電池排ガス冷却熱交換器
(19)に接続されている。
The fourth embodiment is different from the fuel cell system (1) of the third embodiment in that the air passage (2) and the fuel cell exhaust pipe (17) have different structures. That is,
As shown in FIG. 9, the air passage (2) supplies air to the oxygen-electrode-side gas passage (11) of the fuel cell (10) as in Embodiments 1 and 2, while modifying a part of the air. It is configured to supply to the catalyst layer (31) of the pouch (21) and the carbon monoxide remover (30). Further, the fuel cell exhaust pipe (17) is branched into two and connected to the reformed gas cooling heat exchanger (33) and the auxiliary heat exchanger (34), and then merges to form a combustor (18) and Battery exhaust gas cooling heat exchanger
It is connected to (19).

【0102】なお、冷却水回路(40)及び貯湯回路(50)な
ど、その他の部分は、実施形態3と同様に構成されてい
る。
The other parts such as the cooling water circuit (40) and the hot water storage circuit (50) are constructed in the same manner as in the third embodiment.

【0103】この実施形態4において、変成器(22)から
流出した改質ガスは、改質ガス冷却熱交換器(33)におい
て、燃料電池排ガスと熱交換して冷却され(約80℃〜
90℃)、一酸化炭素除去器(30)の触媒層(31)に流入す
る。改質ガスは、この触媒層(31)を通過する際に副反応
が発生する温度(約200℃)よりも若干低い温度まで
加熱され、触媒層(31)から流出する。改質ガスは、補助
熱交換器(34)で再度冷却され(約80℃)、燃料電池(1
0)に投入される。一方、空気通路(2) を流れる空気は、
一部が改質器(21)に供給され、一部が一酸化炭素除去器
(30)の触媒層(31)に供給され、残りが燃料電池(10)の酸
素極側ガス通路(11)に供給される。
In the fourth embodiment, the reformed gas flowing out of the transformer (22) is cooled by exchanging heat with the fuel cell exhaust gas in the reformed gas cooling heat exchanger (33) (about 80 ° C.
90 ° C.) and flows into the catalyst layer (31) of the carbon monoxide remover (30). The reformed gas is heated to a temperature slightly lower than the temperature (about 200 ° C.) at which side reactions occur when passing through the catalyst layer (31), and flows out from the catalyst layer (31). The reformed gas is cooled again (about 80 ° C) by the auxiliary heat exchanger (34), and the fuel cell (1
It is thrown into 0). On the other hand, the air flowing through the air passage (2) is
Part is supplied to the reformer (21) and part is supplied to the carbon monoxide remover
It is supplied to the catalyst layer (31) of (30) and the rest is supplied to the oxygen electrode side gas passage (11) of the fuel cell (10).

【0104】燃料電池排ガスは、燃料電池排気管(17)を
流れるときに、例えば図示しないファンにより空冷され
て、約80℃程度の温度に冷却される。そして、このよ
うに冷却された燃料電池排ガスにより、上記一酸化炭素
除去器(30)を流れる改質ガスが触媒層(31)の前後で冷却
される。なお、燃料電池排ガスは、単に空冷により冷却
する他に、電池冷却水や貯湯用水と熱交換をさせること
により所定温度まで冷却してもよい。
When the fuel cell exhaust gas flows through the fuel cell exhaust pipe (17), it is cooled by air, for example, by a fan (not shown) to a temperature of about 80.degree. Then, the reformed gas flowing through the carbon monoxide remover (30) is cooled before and after the catalyst layer (31) by the thus cooled fuel cell exhaust gas. The fuel cell exhaust gas may be cooled to a predetermined temperature by simply exchanging heat with the cell cooling water or the hot water for storing hot water, instead of being simply cooled by air cooling.

【0105】この実施形態4の場合も、一酸化炭素除去
器(30)の触媒層(31)を冷却せず、改質ガスを冷却して触
媒層(31)に投入することにより、触媒層(31)においてホ
ットスポットやコールドスポットが発生しないようにす
ることができる。このため、副反応の発生を抑えなが
ら、一酸化炭素除去性能の低下を防止でき、燃料電池(1
0)における触媒の被毒も確実に防止できる。
Also in the case of the fourth embodiment, the catalyst layer (31) of the carbon monoxide remover (30) is not cooled, but the reformed gas is cooled and introduced into the catalyst layer (31). It is possible to prevent hot spots and cold spots from occurring in (31). Therefore, while suppressing the occurrence of side reactions, it is possible to prevent a decrease in carbon monoxide removal performance, and
The poisoning of the catalyst in 0) can be surely prevented.

【0106】[0106]

【発明のその他の実施の形態】本発明は、上記実施形態
について、以下のような構成としてもよい。
Other Embodiments of the Invention The present invention may have the following configurations in the above embodiments.

【0107】例えば、上記各実施形態では、改質ガス冷
却手段である改質ガス冷却熱交換器(33)において、燃料
電池冷却水、温水、空気ないし酸素含有ガス、あるいは
電池排ガスなどを熱回収媒体として改質ガスを所定の温
度まで冷却するようにしているが、その他の熱回収媒体
を用いてもよい。
For example, in each of the above embodiments, the reformed gas cooling heat exchanger (33), which is the reformed gas cooling means, recovers heat from the fuel cell cooling water, hot water, air or oxygen-containing gas, or cell exhaust gas. Although the reformed gas is cooled to a predetermined temperature as a medium, other heat recovery medium may be used.

【0108】また、改質ガス冷却手段(33)は、改質ガス
を所定温度まで冷却することができるものであれば、熱
交換器に限らず、ペルチェ効果素子などの他の冷却要素
を用いてもよい。
Further, the reformed gas cooling means (33) is not limited to the heat exchanger as long as it can cool the reformed gas to a predetermined temperature, and other cooling elements such as a Peltier effect element are used. May be.

【0109】さらに、実施形態2から4において、実施
形態1の変形例と同様に触媒層(31)を2つに分割し、そ
の間に改質ガス冷却手段としての第2の改質ガス冷却熱
交換器を設けてもよい。
Further, in the second to fourth embodiments, the catalyst layer (31) is divided into two as in the modification of the first embodiment, and the second reforming gas cooling heat as the reforming gas cooling means is provided therebetween. A exchanger may be provided.

【0110】また、上記実施形態では、一酸化炭素除去
器(30)の触媒層(31)と改質ガス冷却熱交換器(33)とを一
体に構成しているが、必ずしも一体にしなくてもよい。
また、上記実施形態では、補助熱交換器(34)も触媒層(3
1)と一体にしているが、この補助熱交換器(34)について
も触媒層(31)と一体にする必要はない。
Further, in the above embodiment, the catalyst layer (31) of the carbon monoxide remover (30) and the reformed gas cooling heat exchanger (33) are integrally formed, but they are not necessarily integrated. Good.
Further, in the above embodiment, the auxiliary heat exchanger (34) also has a catalyst layer (3
Although it is integrated with 1), the auxiliary heat exchanger (34) does not have to be integrated with the catalyst layer (31).

【0111】また、上記実施形態では、改質方法として
水蒸気改質法を例として取り上げているが、改質方法
は、水蒸気改質法以外(例えば部分酸化改質法)でもよ
く、特に限定するものではない。
Further, in the above embodiment, the steam reforming method is taken as an example of the reforming method, but the reforming method may be other than the steam reforming method (for example, partial oxidation reforming method) and is not particularly limited. Not a thing.

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

【図1】本発明の実施形態1に係る燃料電池システムの
回路ブロック図である。
FIG. 1 is a circuit block diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の燃料電池システムにおける一酸化炭素除
去器の構成を概念的に示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view conceptually showing the structure of a carbon monoxide remover in the fuel cell system of FIG.

【図3】図2の一酸化炭素除去器の具体構成の一例を示
す外観図であり、(a)は一酸化炭素除去器(31)の左側
面図、(b)は正面図、(c)は右側面図、(d)は平
面図である。
3 is an external view showing an example of a specific configuration of the carbon monoxide remover of FIG. 2, (a) is a left side view of the carbon monoxide remover (31), (b) is a front view, (c). ) Is a right side view, and (d) is a plan view.

【図4】図3(b)のIV−IV線断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG.

【図5】図2の一酸化炭素除去器の変形例を示す斜視図
である。
5 is a perspective view showing a modified example of the carbon monoxide remover of FIG.

【図6】図3の一酸化炭素除去器の変形例を示す外観図
であり、(a)は一酸化炭素除去器(31)の左側面図、
(b)は正面図、(c)は右側面図、(d)は平面図で
ある。
6 is an external view showing a modified example of the carbon monoxide remover of FIG. 3, (a) is a left side view of the carbon monoxide remover (31),
(B) is a front view, (c) is a right side view, and (d) is a plan view.

【図7】本発明の実施形態2に係る燃料電池システムの
回路ブロック図である。
FIG. 7 is a circuit block diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施形態3に係る燃料電池システムの
回路ブロック図である。
FIG. 8 is a circuit block diagram of a fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention.

【図9】本発明の実施形態4に係る燃料電池システムの
回路ブロック図である。
FIG. 9 is a circuit block diagram of a fuel cell system according to Embodiment 4 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(1) 燃料電池システム (10) 燃料電池 (20) 改質装置 (21) 改質器 (22) 変成器 (30) 一酸化炭素除去器 (31) 触媒層 (32) 断熱層 (33) 改質ガス冷却熱交換器(改質ガス冷却手段) (34) 補助熱交換器 (36) 第2の改質ガス冷却熱交換器(第2の改質ガス冷
却手段) (40) 冷却水回路 (50) 貯湯回路
(1) Fuel cell system (10) Fuel cell (20) Reformer (21) Reformer (22) Transformer (30) Carbon monoxide remover (31) Catalyst layer (32) Thermal insulation layer (33) Modified Quality gas cooling heat exchanger (reformed gas cooling means) (34) Auxiliary heat exchanger (36) Second reformed gas cooling heat exchanger (second reformed gas cooling means) (40) Cooling water circuit ( 50) Hot water storage circuit

フロントページの続き (72)発明者 大久保 英作 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 Fターム(参考) 4G040 EA03 EA06 EB12 EB31 EB44 5H026 AA06 5H027 AA06 BA08 BC06 Continued front page    (72) Inventor Eisaku Okubo             1304 Kanaoka-cho, Sakai City, Osaka Prefecture Daikin Industries             Sakai Plant Kanaoka Factory F-term (reference) 4G040 EA03 EA06 EB12 EB31 EB44                 5H026 AA06                 5H027 AA06 BA08 BC06

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料電池(10)に供給される改質ガス中の
一酸化炭素を、一酸化炭素選択酸化触媒の存在下で酸化
除去する一酸化炭素除去器であって、 上記触媒を含む触媒層(31)の周囲を覆う断熱層(32)と、
触媒層(31)の上流側に位置して改質ガスを冷却する改質
ガス冷却手段(33)とを備え、 改質ガス冷却手段(33)は、触媒層(31)に流入する改質ガ
スを、該触媒層(31)の出口温度が副反応発生温度よりも
低くなる温度に冷却するように構成されていることを特
徴とする一酸化炭素除去器。
1. A carbon monoxide remover for oxidizing and removing carbon monoxide in a reformed gas supplied to a fuel cell (10) in the presence of a carbon monoxide selective oxidation catalyst, which comprises the catalyst. A heat insulating layer (32) covering the periphery of the catalyst layer (31),
The reforming gas cooling means (33) is provided upstream of the catalyst layer (31) to cool the reforming gas, and the reforming gas cooling means (33) is a reforming gas flowing into the catalyst layer (31). A carbon monoxide remover characterized in that the gas is cooled to a temperature at which an outlet temperature of the catalyst layer (31) becomes lower than a side reaction generation temperature.
【請求項2】 改質ガス冷却手段(33)は、触媒層(31)に
流入する改質ガスを、該触媒層(31)における反応開始温
度以下の温度に冷却するように構成されていることを特
徴とする請求項1記載の一酸化炭素除去器。
2. The reformed gas cooling means (33) is configured to cool the reformed gas flowing into the catalyst layer (31) to a temperature not higher than the reaction start temperature in the catalyst layer (31). The carbon monoxide remover according to claim 1, wherein:
【請求項3】 触媒層(31)が改質ガスの流路の中間部で
分割され、その分割部分に、第2の改質ガス冷却手段(3
6)が設けられていることを特徴とする請求項1または2
記載の一酸化炭素除去器。
3. A catalyst layer (31) is divided at an intermediate portion of a reformed gas passage, and a second reformed gas cooling means (3) is provided at the divided portion.
6) is provided, Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
The described carbon monoxide remover.
【請求項4】 改質ガス冷却手段(33,36) は、触媒層(3
1)に流入する改質ガスの熱を熱回収媒体に回収させる熱
交換器として構成されていることを特徴とする請求項
1,2または3記載の一酸化炭素除去器。
4. The reformed gas cooling means (33, 36) comprises a catalyst layer (3
The carbon monoxide remover according to claim 1, wherein the carbon monoxide remover is configured as a heat exchanger for recovering the heat of the reformed gas flowing into (1) into a heat recovery medium.
【請求項5】 改質ガス冷却手段(33,36) は、燃料電池
冷却水を改質ガスからの熱回収媒体とする熱交換器であ
ることを特徴とする請求項4記載の一酸化炭素除去器。
5. The carbon monoxide according to claim 4, wherein the reformed gas cooling means (33, 36) is a heat exchanger using the fuel cell cooling water as a heat recovery medium from the reformed gas. Remover.
【請求項6】 改質ガス冷却手段(33,36) は、燃料電池
(10)の排熱が与えられる熱媒水を改質ガスからの熱回収
媒体とする熱交換器であることを特徴とする請求項4記
載の一酸化炭素除去器。
6. The reformed gas cooling means (33, 36) is a fuel cell.
5. The carbon monoxide remover according to claim 4, wherein the heat exchanger uses heat transfer water to which exhaust heat of (10) is given as a heat recovery medium from the reformed gas.
【請求項7】 改質ガス冷却手段(33,36) は、燃料電池
(10)の酸素極に供給される空気ないし酸素含有ガスを改
質ガスからの熱回収媒体とする熱交換器であることを特
徴とする請求項4記載の一酸化炭素除去器。
7. The reformed gas cooling means (33, 36) is a fuel cell.
5. The carbon monoxide remover according to claim 4, which is a heat exchanger using air or an oxygen-containing gas supplied to the oxygen electrode of (10) as a heat recovery medium from the reformed gas.
【請求項8】 改質ガス冷却手段(33,36) は、燃料電池
(10)の排ガスを改質ガスからの熱回収媒体とする熱交換
器であることを特徴とする請求項4記載の一酸化炭素除
去器。
8. The reformed gas cooling means (33, 36) is a fuel cell.
The carbon monoxide remover according to claim 4, which is a heat exchanger using the exhaust gas of (10) as a heat recovery medium from the reformed gas.
【請求項9】 改質ガス冷却手段(33,36) と触媒層(31)
とが一体のケーシング(35)内に設けられていることを特
徴とする請求項1から8の何れか1記載の一酸化炭素除
去器。
9. A reformed gas cooling means (33, 36) and a catalyst layer (31)
9. The carbon monoxide remover according to claim 1, wherein and are provided in an integral casing (35).
【請求項10】 燃料電池(10)に供給される改質ガス中
の一酸化炭素を、一酸化炭素選択酸化触媒の存在下で酸
化除去する一酸化炭素除去器(30)を備えた燃料電池シス
テムであって、 上記一酸化炭素除去器(30)が、上記触媒を含む触媒層(3
1)の周囲を覆う断熱層(32)と、触媒層(31)の上流側に位
置して改質ガスを冷却する改質ガス冷却手段(33)とを備
え、 改質ガス冷却手段(33)は、触媒層(31)に流入する改質ガ
スを、該触媒層(31)の出口温度が副反応発生温度よりも
低くなる温度に冷却するように構成されていることを特
徴とする燃料電池システム。
10. A fuel cell provided with a carbon monoxide remover (30) for oxidizing and removing carbon monoxide in a reformed gas supplied to the fuel cell (10) in the presence of a carbon monoxide selective oxidation catalyst. In the system, the carbon monoxide remover (30) comprises a catalyst layer (3
1) is provided with a heat insulating layer (32) covering the periphery and a reformed gas cooling means (33) located upstream of the catalyst layer (31) to cool the reformed gas. ) Is a fuel characterized in that the reformed gas flowing into the catalyst layer (31) is cooled to a temperature at which the outlet temperature of the catalyst layer (31) becomes lower than the side reaction generation temperature. Battery system.
【請求項11】 一酸化炭素除去器(30)の改質ガス冷却
手段(33)は、触媒層(31)に流入する改質ガスを、該触媒
層(31)における反応開始温度以下の温度に冷却するよう
に構成されていることを特徴とする請求項10記載の燃
料電池システム。
11. The reformed gas cooling means (33) of the carbon monoxide remover (30) controls the reformed gas flowing into the catalyst layer (31) at a temperature not higher than the reaction start temperature in the catalyst layer (31). The fuel cell system according to claim 10, wherein the fuel cell system is configured to be cooled.
【請求項12】 一酸化炭素除去器(30)の触媒層(31)が
改質ガスの流路の中間部で分割され、その分割部分に、
第2の改質ガス冷却手段(36)が設けられていることを特
徴とする請求項10または11記載の燃料電池システ
ム。
12. A catalyst layer (31) of a carbon monoxide remover (30) is divided at an intermediate portion of a reformed gas passage, and the divided portion is divided into
The fuel cell system according to claim 10 or 11, characterized in that a second reformed gas cooling means (36) is provided.
【請求項13】 一酸化炭素除去器(30)の改質ガス冷却
手段(33,36) は、触媒層(31)に流入する改質ガスの熱を
熱回収媒体に回収させる熱交換器として構成されている
ことを特徴とする請求項10,11または12記載の燃
料電池システム。
13. The reformed gas cooling means (33, 36) of the carbon monoxide remover (30) is a heat exchanger for recovering the heat of the reformed gas flowing into the catalyst layer (31) into a heat recovery medium. The fuel cell system according to claim 10, 11 or 12, which is configured.
【請求項14】 燃料電池(10)を冷却する燃料電池冷却
水が循環する燃料電池冷却水回路を備え、 一酸化炭素除去器(30)の改質ガス冷却手段(33,36) は、
燃料電池冷却水を改質ガスからの熱回収媒体とする熱交
換器であることを特徴とする請求項13記載の燃料電池
システム。
14. A reforming gas cooling means (33, 36) of a carbon monoxide remover (30), comprising a fuel cell cooling water circuit for circulating fuel cell cooling water for cooling the fuel cell (10),
14. The fuel cell system according to claim 13, which is a heat exchanger using the fuel cell cooling water as a heat recovery medium from the reformed gas.
【請求項15】 燃料電池(10)の排熱が与えられる熱媒
水が循環する温水回路を備え、 一酸化炭素除去器(30)の改質ガス冷却手段(33,36) は、
上記熱媒水を改質ガスからの熱回収媒体とする熱交換器
であることを特徴とする請求項13記載の燃料電池シス
テム。
15. A reforming gas cooling means (33, 36) of a carbon monoxide remover (30) is provided with a hot water circuit in which a heat transfer water to which exhaust heat of a fuel cell (10) is given is circulated,
The fuel cell system according to claim 13, which is a heat exchanger using the heat transfer water as a heat recovery medium from the reformed gas.
【請求項16】 一酸化炭素除去器(30)の改質ガス冷却
手段(33,36) は、燃料電池(10)の酸素極に供給される空
気ないし酸素含有ガスを改質ガスからの熱回収媒体とす
る熱交換器であることを特徴とする請求項13記載の燃
料電池システム。
16. The reformed gas cooling means (33, 36) of the carbon monoxide remover (30) heats the air or oxygen-containing gas supplied to the oxygen electrode of the fuel cell (10) from the reformed gas. The fuel cell system according to claim 13, wherein the fuel cell system is a heat exchanger as a recovery medium.
【請求項17】 一酸化炭素除去器(30)の改質ガス冷却
手段(33,36) は、燃料電池(10)の排ガスを改質ガスから
の熱回収媒体とする熱交換器であることを特徴とする請
求項13記載の燃料電池システム。
17. The reformed gas cooling means (33, 36) of the carbon monoxide remover (30) is a heat exchanger using the exhaust gas of the fuel cell (10) as a heat recovery medium from the reformed gas. The fuel cell system according to claim 13, wherein:
【請求項18】 一酸化炭素除去器(30)は、改質ガス冷
却手段(33,36) と触媒層(31)とが一体のケーシング(35)
内に設けられていることを特徴とする請求項10から1
7の何れか1記載の燃料電池システム。
18. The carbon monoxide remover (30) has a casing (35) in which the reformed gas cooling means (33, 36) and the catalyst layer (31) are integrated.
It is provided in the inside, The claim 10 to 1 characterized by the above-mentioned.
7. The fuel cell system according to any one of 7.
【請求項19】 一酸化炭素除去器(30)の改質ガス冷却
手段(33,36) は、触媒層(31)に流入する改質ガスを、シ
ステムの起動から所定時間経過後に冷却開始するように
構成されていることを特徴とする請求項10から18の
何れか1記載の燃料電池システム。
19. The reformed gas cooling means (33, 36) of the carbon monoxide remover (30) starts cooling the reformed gas flowing into the catalyst layer (31) after a lapse of a predetermined time from system startup. The fuel cell system according to claim 10, wherein the fuel cell system is configured as described above.
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