氢生成装置及燃料电池系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供能迅速启动，ＣＯ选择氧化性高，能稳定工作的氢生成装置及具备该氢生成装置的燃料电池系统。所述装置具备生成改性气体的改性部、提供氧化气体的氧化气体供给部、以及使改性部生成的改性气体与氧化气体供给部提供的氧化气体的混合气体在中途通过催化剂流动，以使该混合气体中的ＣＯ与氧气发生氧化反应，以减少改性气体中的ＣＯ浓度的净化部，净化部作为催化剂具有有选择地氧化ＣＯ的ＣＯ选择氧化催化剂２１和与该ＣＯ选择氧化催化剂相比，ＣＯ选择性低而且所述氧化反应的温度低的启动用催化剂，启动用催化剂在混合气体流中配置为与ＣＯ选择氧化催化剂并列或在其下游，且又与其邻近。

【技术实现步骤摘要】
氢生成装置及燃料电池系统
本专利技术涉及生成以提供给燃料电池用的氢为主要成分的改性气体的氢生成装置以及具备该氢生成装置的燃料电池系统。
技术介绍
作为燃料电池等的氢的来源，往往采用碳氢化合物、乙醇、醚等有机化合物经水蒸汽改性得到的改性气体。这样使用改性气体作为氢来源的情况下，在100℃以下的低温条件下工作的固体高分子燃料电池中，用作燃料电池的电极的白金(Pt)系催化剂有可能由于包含于改性气体中的一氧化碳而中毒。一旦发生Pt系催化剂中毒，氢的反应受阻，燃料电池的发电效率显著下降。因此改性气体中包含的一氧化碳有必要降低到100ppm以下。最好是使一氧化碳降低到10ppm以下。通常，为了去除一氧化碳，进行如下所述的处理。首先，在充填了一氧化碳变质催化剂的变质部使一氧化碳和水蒸汽发生转换反应，使其转换为二氧化碳与氢。以此使改性气体的一氧化碳浓度降低到数千ppm至1％。然后，利用微量的空气将氧加入改性气体中。然后，利用氢生成装置所具备的一氧化碳选择氧化催化剂，将改性气体中包含的一氧化碳去除，使其减少到对燃料电池不发生恶劣影响的数ppm的水平。上述一氧化碳选择氧化催化剂是使改性气体中包含的一氧化碳和氢中的比氢更容易吸附的一氧化碳优先吸附于催化剂表面将其氧化的催化剂。使用这样的一氧化碳选择氧化催化剂的情况下，一氧化碳的吸附性能更好，也就是说在一氧化碳选择氧化催化剂的温度较低时以及改性气体的一氧化碳浓度较高时，催化剂表面被一氧化碳完全覆盖，反应性能显著下降。例如在氢生成装置中，各催化剂没有充分升温，对温度低的一氧化碳选择氧化催化剂提供含有高浓度一氧化碳的改性气体的情况下，由于催化剂表面被一氧化碳完全覆盖，因此有时即使有空气供应也难以进行氧化反应。所以在启动氢生成装置等情况下，由于各催化剂尚未充分升温，因此发生在催化剂上凝聚改性气体中的水，催化剂劣化等问题。为了避免这样的催化剂上凝聚水的情况发生，有人提出了设置电热体，能够利-->用该电热体加热使各催化剂充分升温的氢生成装置。又，由于仅对一氧化碳进行选择氧化的情况下去除一氧化碳的性能差，因此有人提出了在改性气体的流通方向的比一氧化碳选择氧化催化剂更下游侧设置对于一氧化碳甲烷化有活性的催化剂以提高一氧化碳除去性能的结构的氢生成装置(参照例如专利文献1：日本特开平2000-351608号公报)。又，提出了在改性气体导入部或空气供给部设置比一氧化碳选择氧化催化剂在低温更有活性的催化剂的氢生成装置(参照例如专利文献2：日本特开平11-255512号公报)。又，提出了使包含铈(Ce)的载体承载钌(Ru)，使承载的钌的分散性提高，以此提高低温下的反应性能的结构的氢生成装置(参照例如专利文献3：日本特开平2001-89101号公报)。又，提出了在改性气体的流通方向的上游侧设置Pt催化剂或Ru催化剂作为高温催化剂，在下游侧设置Pt/Mordenite(发光沸石)催化剂作为低温催化剂的氢生成装置(参照例如专利文献4：日本特开平2001-226107号公报)。还提出了具备将氧化钯与其他贵金属组合的催化剂，与一氧化碳选择反应不同，使燃料电池使用后的废弃燃烧用的，能够在低温下使氧化反应进行的催化剂的氢生成装置(参照例如专利文献5：日本特开平2002-113363号公报)。但是，氢生成装置具备上面所述的电热体的情况下，该电热体消耗电力，因此产生了包含该氢生成装置的燃料电池系统的发电效率低下的问题。又，如上所述在改性气体的流通方向的比一氧化碳选择氧化催化剂更下游侧设置对于一氧化碳甲烷化有活性的催化剂的氢生成装置中，在一氧化碳选择氧化催化剂的反应性能低下等情况下，对一氧化碳甲烷化催化剂大量提供用一氧化碳选择氧化催化剂不发生反应的空气时，存在二氧化碳甲烷化同时发生，一氧化碳甲烷化催化剂的温度急剧上升的问题。又，在上述专利文献1～专利文献5所公开的那样的结构的氢生成装置的情况下，存在对于一氧化碳氧化的选择性受到损害等，氢生成装置的性能不能够充分发挥的问题。特别是专利文献2公开的氢生成装置中，由于比一氧化碳选择氧化催化剂更靠上游侧设置一氧化碳选择性比一氧化碳选择氧化催化剂低的催化剂，空气供给部提供的空气(氧气)在该一氧化碳选择性低的催化剂中与改性气体中的氢气反应而被消耗，其结果是，存在在一氧化碳选择氧化催化剂上的一氧化碳选择氧化不-->能够充分进行，改性气体中的一氧化碳浓度不能够充分降低。又，在氢生成装置启动的情况下，在净化部氧气没有被消耗时，发挥加热部的气体量增加，在改性部的加热量过剩，在水容易凝聚的氢生成装置后面一级的配管部反复进行氧化还原反应，因而产生腐蚀问题。
技术实现思路
本专利技术是鉴于这样的情况而作出的，其目的在于，提供具备能够迅速启动的，一氧化碳选择氧化性高，能够稳定工作的净化部的氢生成装置。为了解决上述课题，本专利技术的氢生成装置具备：生成至少包含氢和一氧化碳的改性气体的改性部、提供包含氧气的氧化气体的氧化气体供给部、以及使所述改性部生成的改性气体与所述氧化气体供给部提供的氧化气体的混合气体在中途通过催化剂流动，以使该混合气体中的一氧化碳与氧气发生氧化反应，以减少所述改性气体中的一氧化碳浓度的净化部，所述净化部，作为所述催化剂，具有有选择地氧化一氧化碳的一氧化碳选择氧化催化剂和与该一氧化碳选择氧化催化剂相比，一氧化碳选择性低而且所述氧化反应的温度低的启动用催化剂，所述启动用催化剂在所述混合气体流中配置为与所述一氧化碳选择氧化催化剂并列或配置在所述一氧化碳选择氧化催化剂的下游，而且与所述一氧化碳选择氧化催化剂邻近。采用这样的结构，在氢生成装置启动的情况下，即使是在改性气体中的一氧化碳浓度高时，用一氧化碳选择氧化催化剂不反应的氧被启动用催化剂消耗。又，由于启动用催化剂与一氧化碳选择氧化催化剂相邻配置，在启动用催化剂上的反应热迅速传递到一氧化碳选择氧化催化剂上，因此能够迅速使一氧化碳选择氧化催化剂升温。其结果是，不使催化活性下降，氢生成装置的启动、还有具备该氢生成装置的燃料电池系统的启动能够迅速进行。所述启动用催化剂也可以在所述混合气体流中与所述一氧化碳选择氧化催化剂并列配置。也可以所述一氧化碳选择氧化催化剂形成为沿所述混合气体流延伸的柱状体，所述启动用催化剂形成为围着所述一氧化碳选择氧化催化剂的外围的筒状体。也可以所述启动用催化剂在所述混合气体流中配置于所述一氧化碳选择氧化催化剂的下游。也可以所述启动用催化剂配置得与所述一氧化碳选择氧化催化剂接触。也可以所述启动用催化剂隔着热传导体与所述一氧化碳选择氧化催化剂相邻配-->置。也可以在所述热传导体构成的隔板的一侧、前端、以及另一侧，分别形成所述混合气体通道的上游部、反向部及下游部，在所述上游部配置所述一氧化碳选择氧化催化剂，在所述下游部配置所述启动用催化剂。所述启动用催化剂最好是由包含铈和铁中的至少某一种的载体和白金构成。所述启动用催化剂最好是包含所述载体和白金，而且其含量范围为所述载体与白金之重量比在100∶0.1～100∶5的范围内。最好是所述一氧化碳选择氧化催化剂与所述启动用催化剂的截面积比在20∶1～5∶1的范围内。最好是所述净化部在所述混合气体流通方向上的，比所述启动用催化剂更下游一侧，具备含有活性成分钌、铑、或镍的催化剂。又，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢生成装置，其特征在于，具备生成至少包含氢和一氧化碳的改性气体的改性部、提供包含氧气的氧化气体的氧化气体供给部、以及使所述改性部生成的改性气体与所述氧化气体供给部提供的氧化气体的混合气体在中途通过催化剂流动，以使该混合气体中的一氧化碳与氧气发生氧化反应，以减少所述改性气体中的一氧化碳浓度的净化部，所述净化部，作为所述催化剂，具有有选择地氧化一氧化碳的一氧化碳选择氧化催化剂和与该一氧化碳选择氧化催化剂相比，一氧化碳选择性低而且所述氧化反应的温度低的启动用催化剂， 所述启动用催化剂在所述混合气体流中配置为与所述一氧化碳选择氧化催化剂并列或配置在所述一氧化碳选择氧化催化剂的下游，而且与所述一氧化碳选择氧化催化剂邻近。

【技术特征摘要】
JP 2003-5-19 JP140340/20031.一种氢生成装置，其特征在于，具备生成至少包含氢和一氧化碳的改性气体的改性部、提供包含氧气的氧化气体的氧化气体供给部、以及使所述改性部生成的改性气体与所述氧化气体供给部提供的氧化气体的混合气体在中途通过催化剂流动，以使该混合气体中的一氧化碳与氧气发生氧化反应，以减少所述改性气体中的一氧化碳浓度的净化部，所述净化部，作为所述催化剂，具有有选择地氧化一氧化碳的一氧化碳选择氧化催化剂和与该一氧化碳选择氧化催化剂相比，一氧化碳选择性低而且所述氧化反应的温度低的启动用催化剂，所述启动用催化剂在所述混合气体流中配置为与所述一氧化碳选择氧化催化剂并列或配置在所述一氧化碳选择氧化催化剂的下游，而且与所述一氧化碳选择氧化催化剂邻近。2.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，所述启动用催化剂在所述混合气体流中与所述一氧化碳选择氧化催化剂并列配置。3.根据权利要求2所述的氢生成装置，其特征在于，所述一氧化碳选择氧化催化剂形成为沿所述混合气体流延伸的柱状体，所述启动用催化剂形成为围着所述一氧化碳选择氧化催化剂的外围的筒状体。4.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，所述启动用催化剂在所述混合气体流中配置于所述一氧化碳选择氧化催化剂的下游。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：田口清，鹈饲邦弘，胁田英延，藤原诚二，可儿幸宗，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]