專利名稱：氣體濃度檢測(cè)器、使用該檢測(cè)器的氫精制裝置及燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體濃度檢測(cè)器及氫精制裝置。具體地說，涉及一種對(duì)以作為諸如燃料電池等的燃料而使用的氫為主要成分的、含有一氧化碳(CO)的改性氣體中的CO濃度進(jìn)行檢測(cè)的裝置及氫精制裝置。
通常，烴類燃料在500℃～800℃程度的溫度下改性，醇類和醚類燃料在200℃～400℃程度的溫度下改性。進(jìn)行改性時(shí)會(huì)產(chǎn)生CO，進(jìn)行改性時(shí)的溫度越高，所產(chǎn)生的CO的濃度則越高。特別是在使用烴類燃料的場(chǎng)合，改性氣體的CO的濃度為10體積％左右。為此，使用CO改性催化劑使CO與氫進(jìn)行反應(yīng)，將CO濃度降低到數(shù)千ppm～數(shù)體積％的程度。
另外，作為車載用和家庭用固體高分子電解質(zhì)型燃料電池那樣的、在100℃以下的低溫下工作的燃料電池，電極所使用的Pt有可能因改性氣體中含有CO而中毒。為此，在向燃料電池供給改性氣體之前，需要除去CO使改性氣體的CO濃度達(dá)到100ppm以下，而最好是達(dá)到10ppm以下。為此，將填充有催化劑的CO凈化部設(shè)置在氫精制裝置中，使CO甲烷化或添加微量的空氣有選擇地進(jìn)行氧化而將CO除去。
在將CO以CO凈化催化劑有選擇地進(jìn)行氧化而除去時(shí)，主要采用Pt、Ru、Rh或Pd等貴金屬催化劑。為了充分地將CO除去，需要有相對(duì)于CO為1～3倍這種程度的氧。
而且，在為了改變?nèi)剂想姵叵到y(tǒng)的發(fā)電量而改變氫量的場(chǎng)合，或者，裝置經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行，催化劑的活性多少有所降低的場(chǎng)合，改性氣體中的CO濃度將改變。為此，為了將氧氣量控制在最佳值，需要對(duì)CO濃度進(jìn)行檢測(cè)。
但是，一般所采用的、根據(jù)CO吸收紅外波長(zhǎng)光線的原理檢測(cè)CO濃度或者根據(jù)電阻值隨著吸附CO而改變的原理檢測(cè)CO的方法，在改性氣體中不能穩(wěn)定起作用，而且成本高，因此目前還難以應(yīng)用。
因此，要使向CO凈化催化劑供給的氧氣量始終保持最佳值是困難的。而且，在燃料電池系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，即使在氫精制裝置中將CO成分除去之后，也很難判斷能否向燃料電池供給改性氣體。
如上所述，作為現(xiàn)有技術(shù)，缺乏對(duì)于改性氣體中CO濃度的有效、廉價(jià)、可靠的檢測(cè)手段，因此，CO凈化催化劑的功能不能夠得到充分的發(fā)揮，起動(dòng)時(shí)，在開始向燃料電池供給改性氣體之前，需要進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的待機(jī)運(yùn)行。
因此，本發(fā)明的目的是，提供一種對(duì)改性氣體中的CO濃度能夠廉價(jià)且可靠地進(jìn)行檢測(cè)的手段、以及、CO凈化催化劑的功能能夠得到充分發(fā)揮的氫精制裝置。
作為該氣體濃度檢測(cè)器，最好是，所說反應(yīng)室被控制在一定溫度。
此外，最好是，在所說催化劑層的上游側(cè)設(shè)置第1溫度檢測(cè)器，在所說催化劑層的下游側(cè)設(shè)置第2溫度檢測(cè)器。
而且，最好是，所說催化劑層含有Pt、Ru、Rh、Pd或Ni作為活性成分。
而且，最好是，所說氣體濃度檢測(cè)器具有供給含氧氣體的第2氣體供給部。
此外，最好是，所說氣體濃度檢測(cè)器，具有對(duì)由第2氣體供給部供給的含氧氣體的流量進(jìn)行控制的控制部，通過調(diào)節(jié)含氧氣體的流量而改變一氧化碳濃度的檢測(cè)范圍。
本發(fā)明還涉及一種氫精制裝置，其特征是，具有一氧化碳凈化部、含氧氣體供給部、以及設(shè)置在所說一氧化碳凈化部的上游側(cè)和/或下游側(cè)的檢測(cè)氣體溫度的溫度檢測(cè)器，根據(jù)所說氣體溫度檢測(cè)器的信號(hào)測(cè)知通過所說一氧化碳凈化部后的氣體中所含有的一氧化碳的濃度，對(duì)應(yīng)于所說一氧化碳的濃度控制所說含氧氣體的流量。
作為氫精制裝置，最好是，對(duì)應(yīng)于所說一氧化碳的濃度，還對(duì)所說一氧化碳凈化部的溫度進(jìn)行控制。
本發(fā)明還涉及一種燃料電池系統(tǒng)，其特征是，具有氫精制裝置、燃料電池、以及設(shè)置在所說氫精制裝置與所說燃料電池之間的氣體溫度檢測(cè)器，根據(jù)所說氣體溫度檢測(cè)器的信號(hào)測(cè)知從所說氫精制裝置向所說燃料電池中引入的氣體中所含有的一氧化碳的濃度，與所說一氧化碳的濃度相應(yīng)地切換與所說氫精制裝置和所說燃料電池相連結(jié)的氣體流通路徑，以停止所說氣體向所說燃料電池的引入。
圖2是對(duì)

圖1所示本發(fā)明的氣體濃度檢測(cè)器的特性加以展示的附圖。
圖3是對(duì)本發(fā)明所涉及的另一個(gè)氣體濃度檢測(cè)器的實(shí)施形式的結(jié)構(gòu)加以展示的示意圖。
圖4是對(duì)圖3所示本發(fā)明的氣體濃度檢測(cè)器的特性加以展示的附圖。
發(fā)明的最佳實(shí)施形式下面，就本發(fā)明的實(shí)施形式1結(jié)合附圖進(jìn)行說明。
圖1是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形式1所涉及的氣體濃度檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)加以展示的示意圖。圖1中，由改性氣體入口1供給的改性氣體(至少含有氫和一氧化碳的氣體)，被送入反應(yīng)室2，在催化劑層3處進(jìn)行反應(yīng)之后，從改性氣體出口7排出。催化劑層的上游溫度和下游溫度，分別由作為第1溫度檢測(cè)器的第1熱電偶5和作為第2溫度檢測(cè)器的第2熱電偶6進(jìn)行檢測(cè)。這些熱電偶所輸出的信號(hào)，被送入信號(hào)處理裝置8進(jìn)行處理之后，作為CO濃度值輸出。
此外，反應(yīng)室2通過加熱器4被保持在一定溫度。在這里，就使用將天然氣經(jīng)過水蒸氣改性而獲得的改性氣體(CO濃度為10～1000ppm，二氧化碳濃度約為20％，其余為氫)的場(chǎng)合進(jìn)行說明。但是，即使使用具有其它組成的氣體，只要該氣體相對(duì)于CO含有多余的氫，本質(zhì)上不會(huì)影響采用本發(fā)明氣體濃度檢測(cè)器的效果。
下面，對(duì)本發(fā)明的氣體濃度檢測(cè)器的工作原理進(jìn)行說明。在催化劑層3處，改性氣體中的一氧化碳與氫發(fā)生反應(yīng)，生成甲烷和水蒸氣。此時(shí)的反應(yīng)熱，每1摩爾CO大約為200kJ，催化劑上的發(fā)熱量將隨著CO濃度的不同而改變。因此，通過檢測(cè)因發(fā)熱而發(fā)生的溫度的變化來測(cè)定CO濃度。
圖2中，示出第1熱電偶5和第2熱電偶6所檢測(cè)的溫度之差(Δt)與改性氣體中的CO濃度之間的關(guān)系。通過在能夠以一定的關(guān)系式表達(dá)CO濃度與溫差之間關(guān)系的區(qū)域，作出圖2中以實(shí)線表示的檢量線，便可檢測(cè)出CO濃度。在CO濃度很高的場(chǎng)合，由于CO的轉(zhuǎn)換率降低，因此溫差相對(duì)于CO濃度的變化較小，難以進(jìn)行CO濃度的檢測(cè)。在這種場(chǎng)合，若提高反應(yīng)室2的溫度則能夠提高CO轉(zhuǎn)換率，使可檢測(cè)的上限濃度得到提高。
但是，反應(yīng)室2溫度的提高將導(dǎo)致二氧化碳也被甲烷化，因此，需要在不會(huì)受到二氧化碳甲烷化所產(chǎn)生的熱量的影響的溫度下加以使用。因此，雖然還與催化劑的種類有關(guān)，但反應(yīng)室2的溫度在大約250℃以下為宜。
反之，在CO濃度較低的場(chǎng)合，由于催化劑上的發(fā)熱量較少，溫差變化小，難以進(jìn)行CO濃度的檢測(cè)。在這種場(chǎng)合，通過阻斷反應(yīng)室2向外部散熱，或提高改性氣體的流速以使催化劑上的發(fā)熱量增加，便能夠?qū)Ω蜐舛鹊腃O濃度進(jìn)行檢測(cè)。
此外，催化劑層3所使用的催化劑活性成分，可以使用相對(duì)于CO的甲烷化能夠有選擇地顯示其活性的成分。即，使用對(duì)于改性氣體中的二氧化碳和CO，僅對(duì)CO的氫化反應(yīng)顯示其活性的催化劑成分，或者相對(duì)于CO的氫化反應(yīng)有選擇地顯示其活性的催化劑成分。
可列舉出Pt、Ru、Rh、Pd以及Ni等金屬作為上述催化劑成分。催化劑層3中，特別是作為催化劑成分，以至少含有Ru、Rh或Ni為宜。
此外，對(duì)于用作催化劑層3的催化劑成分的載體，并無特別限定，只要能夠?qū)⒋呋瘎┏煞忠愿叻稚顟B(tài)承載即可。作為這樣一種載體，可列舉出氧化鋁、二氧化硅、硅鋁、氧化鎂、二氧化鈦、沸石等。
作為催化劑層3的底材，使用的是能夠使催化劑成分與反應(yīng)室中的氣體之間的接觸面積得到充分保證的材料。作為這樣一種材料，最好是，蜂窩狀底材或具有連通孔的發(fā)泡體形狀的底材等，也可以是顆粒狀底材。
即，在本發(fā)明中，以載體承載催化劑成分而成為催化劑，使該催化劑附著在底材上從而得到催化劑層3。在使用顆粒狀底材的場(chǎng)合，只要將諸如罐等設(shè)置在反應(yīng)室2內(nèi)，將承載有催化劑成分的顆粒填充到該罐中即可。此時(shí)，作為前述顆粒狀底材，可以直接使用呈顆粒狀的前述載體。
此外，催化劑層的溫度，最好是在CO能夠充分反應(yīng)的80℃以上，二氧化碳難以反應(yīng)的250℃以下。但是，為了在還包括副反應(yīng)在內(nèi)的條件下作出檢量線，可根據(jù)用途適當(dāng)?shù)貨Q定工作溫度。
此外，為了以較高的精度對(duì)催化劑上的發(fā)熱進(jìn)行檢測(cè)，最好是，使反應(yīng)室2的溫度不受外部環(huán)境的影響，以充分進(jìn)行絕熱，將溫度調(diào)節(jié)為一定的溫度為宜。
在這里，為進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)而使用了加熱器，但也可以使用冷卻風(fēng)扇或諸如油那樣的熱介質(zhì)。此外，在對(duì)CO濃度不必以很高的精度進(jìn)行檢測(cè)的用途中，不必進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
此外，在圖1中，為檢測(cè)催化劑層的溫度而使用了熱電偶，但只要能夠?qū)囟冗M(jìn)行檢測(cè)，也可以使用熱敏電阻等其它檢測(cè)手段。
另外，在這里，是對(duì)催化劑層的上游側(cè)和下游側(cè)的溫度進(jìn)行檢測(cè)的，但在所供給的改性氣體的溫度為一定的場(chǎng)合，僅對(duì)催化劑層的下游側(cè)進(jìn)行檢測(cè)也能夠以較高的精度檢測(cè)CO濃度。
對(duì)如上所述的氣體溫度檢測(cè)器加以利用的氣體濃度檢測(cè)器，也可以應(yīng)用于氫精制裝置以及燃料電池系統(tǒng)中。例如，通過在構(gòu)成氫精制裝置的改性部以及凈化部的下游側(cè)，也采用與上述反應(yīng)室同樣的結(jié)構(gòu)，便能夠?qū)母男圆肯騼艋苛鞒龅臍怏w和從凈化部流出的氣體的CO濃度進(jìn)行檢測(cè)。
例如，將氣體溫度檢測(cè)器設(shè)置在CO凈化催化劑的上游側(cè)，通過控制以相應(yīng)于據(jù)氣體溫度檢測(cè)器的信號(hào)所檢測(cè)到的CO濃度供給適量的空氣，便能夠在避免氫的無謂消耗的同時(shí)，還能夠避免因空氣不足而導(dǎo)致凈化催化劑下游側(cè)的CO濃度升高。因此，在應(yīng)用于燃料電池的場(chǎng)合，能夠保證其效率提高工作穩(wěn)定。
此外，在將氣體溫度檢測(cè)器設(shè)置在CO凈化催化劑的下游側(cè)的場(chǎng)合，也能夠通過控制空氣量以避免凈化催化劑下游側(cè)CO濃度升高，從而得到與設(shè)置在上游側(cè)同樣的效果。
而且，在將上述氣體濃度檢測(cè)器應(yīng)用于氫精制裝置以及具有燃料電池的燃料電池系統(tǒng)中的場(chǎng)合，通過將氣體溫度檢測(cè)器設(shè)置在氫精制器和燃料電池的中間，在根據(jù)氣體溫度檢測(cè)器的信號(hào)所檢測(cè)到的CO濃度較高時(shí)，將氣體流通路徑關(guān)閉以使得不能夠?qū)⒏男詺怏w引入燃料電池中，或者進(jìn)行氣體流通路徑的切換而將改性氣體排放到燃料電池之外，便能夠防止燃料電池發(fā)生CO中毒。
而且，由于在起動(dòng)時(shí)能夠?qū)渚破鲗O充分除去這一點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，因此，凈化催化劑不必在達(dá)到能夠?qū)O可靠除去的正常運(yùn)行溫度之前進(jìn)行待機(jī)運(yùn)行，可迅速發(fā)出電能。
此外，這里所使用的催化劑是將CO凈化催化劑的功能作為氣體濃度檢測(cè)器而加以應(yīng)用的，因此，通過檢測(cè)CO凈化催化劑的局部溫度也能夠檢測(cè)出CO濃度。在CO濃度變化之外的原因所引起的溫度變化較大的場(chǎng)合，將不能夠以足夠的精度檢測(cè)CO濃度，因此，最好是在改性氣體的流量與溫度變化較小的條件下工作。
下面，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形式2結(jié)合附圖進(jìn)行說明。
圖3是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形式2所涉及的氣體濃度檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)加以展示的示意圖。在圖2中，由改性氣體入口1供給的改性氣體，被送入反應(yīng)室2，在催化劑層3處進(jìn)行反應(yīng)之后，從改性氣體出口7排出。催化劑層的上游溫度和下游溫度，分別由第1熱電偶5和第2熱電偶6進(jìn)行檢測(cè)。這些熱電偶所輸出的信號(hào)，被送入信號(hào)處理裝置8進(jìn)行處理之后，作為CO濃度值輸出。
此外，反應(yīng)室2通過加熱器4被保持在一定溫度。另外，在反應(yīng)室2的上游側(cè)設(shè)置有空氣供給部9。在本實(shí)施形式中，就使用將天然氣經(jīng)過水蒸氣改性而獲得的改性氣體(CO濃度為10～10000ppm，二氧化碳濃度約為20％，其余為氫)的場(chǎng)合進(jìn)行說明。但是，即使使用具有其它組成的氣體，只要該氣體相對(duì)于CO含有多余的氫，本質(zhì)上也不會(huì)影響采用本發(fā)明的氣體濃度檢測(cè)器的效果。
下面，對(duì)本發(fā)明的氣體濃度檢測(cè)器的工作原理進(jìn)行說明。在催化劑層3處，由于通過空氣供給部9供給氧氣，會(huì)因CO或氫氧化而發(fā)熱。此時(shí)的發(fā)熱量同氫和CO的氧化熱相當(dāng)，作為氫，每1mol產(chǎn)生約240kJ的氧化熱，作為CO，每1mol產(chǎn)生約290kJ的氧化熱。
眾所周知，由于CO容易吸附在貴金屬上，因而當(dāng)CO相對(duì)于氧氣的比例較高時(shí)，將附著在貴金屬的整個(gè)表面上，起到抑制氫和CO的氧化反應(yīng)的作用。因此，在供給一定量的氧氣，使CO濃度慢慢提高的場(chǎng)合，在某一CO濃度下，氧化反應(yīng)將受到抑制從而使催化劑層3的溫度降低。使該溫度降低現(xiàn)象開始發(fā)生的CO濃度，由所供給的氧氣量決定。因此，作出表達(dá)氧氣供給量與使催化劑溫度降低的CO濃度之間關(guān)系的檢量線，便能夠?qū)O進(jìn)行檢測(cè)。由空氣供給部9供給的空氣中所含有的氧氣的量，以待檢測(cè)CO濃度的1～3倍為最佳。
在這里，本實(shí)施形式中CO濃度與催化劑層3的上游和下游的溫度之差(Δt)之間的關(guān)系示于圖4。當(dāng)CO濃度達(dá)到一定值以上時(shí)，催化劑層3處CO與氫的氧化反應(yīng)將受到抑制，因此，第1熱電偶5和第2熱電偶6所檢測(cè)到的催化劑上游和下游的溫差急劇變小。由于此時(shí)的CO濃度由空氣供給部9所供給的空氣量決定，因而要根據(jù)所要檢測(cè)的CO濃度來設(shè)定空氣量。
此外，通過改變空氣供給量可以改變使溫度發(fā)生變化的CO濃度，因此，能夠?qū)Ω鞣N濃度的CO進(jìn)行檢測(cè)。
另外，作為催化劑層3，只要與實(shí)施形式1中所說明的上述催化劑層相同即可。
而工作溫度和空氣供給量，只要其范圍在CO濃度達(dá)到所要檢測(cè)的CO濃度時(shí)可使氧化反應(yīng)受到抑制，產(chǎn)生明顯的溫度變化即可。溫度越低CO在催化劑上的吸附性越高，對(duì)氧化反應(yīng)的抑制作用越強(qiáng)。因此，溫度越低越能夠檢測(cè)出更低濃度的CO。反之，當(dāng)溫度較高時(shí)，因CO吸附而產(chǎn)生的、催化劑上氧化反應(yīng)受到抑制的效果將減小，因此使溫度產(chǎn)生變化的CO濃度將變高。另外，使溫度發(fā)生變化的CO濃度會(huì)隨著所供給的氧氣量的不同而改變。在氧氣量相對(duì)于CO較少的場(chǎng)合，氧化反應(yīng)容易受到抑制，因此一直到較低的CO疲度也能夠被檢測(cè)出來。
此外，為了以較高的精度對(duì)催化劑上的發(fā)熱進(jìn)行檢測(cè)，最好是，使反應(yīng)室2的溫度不受外部環(huán)境的影響，以充分進(jìn)行絕熱，將溫度調(diào)節(jié)為一定的溫度為宜。
在這里，為進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)而使用了加熱器，但也可以使用冷卻風(fēng)扇或諸如油那樣的熱介質(zhì)。此外，在對(duì)CO濃度不必以很高的精度進(jìn)行檢測(cè)的用途中，不必進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
此外，在圖3中，為檢測(cè)催化劑層的溫度而使用了熱電偶，但只要能夠?qū)囟冗M(jìn)行檢測(cè)，也可以使用熱敏電阻等其它檢測(cè)手段。
另外，在這里，是對(duì)催化劑層的上游側(cè)和下游側(cè)的溫度進(jìn)行檢測(cè)的，但在所供給的改性氣體的溫度為一定的場(chǎng)合，僅對(duì)催化劑層的下游側(cè)進(jìn)行檢測(cè)也能夠以較高的精度檢測(cè)CO濃度。
此外，將本實(shí)施例的氣體濃度檢測(cè)器設(shè)置在CO凈化催化劑的上游側(cè)，通過控制以相應(yīng)于所檢測(cè)到的CO濃度供給適量的空氣，便能夠在避免氫的無謂消耗的同時(shí)，還能夠避免因空氣不足而導(dǎo)致凈化催化劑下游側(cè)的CO濃度升高，因此，能夠保證燃料電池系統(tǒng)的效率提高、工作穩(wěn)定。
此外，在將本實(shí)施例的氣體濃度檢測(cè)器設(shè)置在CO凈化催化劑的下游側(cè)的場(chǎng)合，也能夠通過控制空氣量以避免凈化催化劑下游側(cè)CO濃度升高，從而得到與設(shè)置在上游側(cè)同樣的效果。
此外，本發(fā)明所涉及的氣體濃度檢測(cè)器，不僅能夠應(yīng)用于氫生成裝置，還能夠應(yīng)用于改性器和凈化器以及燃料電池系統(tǒng)中。
例如，將氣體濃度檢測(cè)器設(shè)置在氫精制器和燃料電池的中間，在所檢測(cè)到的CO濃度較高時(shí)，進(jìn)行氣體流通路徑的切換以使得改性氣體不從燃料電池中通過，便能夠防止燃料電池發(fā)生CO中毒。而且，由于在起動(dòng)時(shí)能夠?qū)渚破鲗O充分除去這一點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，因此，凈化催化劑不必在達(dá)到能夠?qū)O可靠除去的正常運(yùn)行溫度之前進(jìn)行待機(jī)運(yùn)行，可迅速發(fā)出電能。
此外，上述實(shí)施形式所使用的催化劑是將CO凈化催化劑的功能作為氣體濃度檢測(cè)器而加以應(yīng)用的，因此，通過檢測(cè)CO凈化催化劑的局部溫度也能夠檢測(cè)出CO濃度。在CO濃度變化之外的原因所引起的溫度變化較大的場(chǎng)合，將不能夠以足夠高的精度檢測(cè)CO濃度，因此，最好是在改性氣體的流量與溫度變化較小的條件下工作。
下面，對(duì)于本發(fā)明所涉及的氣體濃度檢測(cè)器，通過實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例1將直徑1mm、長(zhǎng)1mm的氧化鋁顆粒上承載有5重量％的Ru的催化劑填充在圖1所示氣體濃度檢測(cè)器的反應(yīng)室2中。以每分鐘0.1升的流量從改性氣體入口供給二氧化碳為20體積％、其余為氫的改性氣體，通過加熱器4進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)而使得第1熱電偶的溫度為150℃。供給混合有CO的改性氣體而使得改性氣體中的CO濃度達(dá)到5ppm、20ppm、100ppm、500ppm、900ppm、1200ppm、2000ppm，對(duì)第1熱電偶和第2熱電偶的溫度進(jìn)行檢測(cè)。CO濃度(ppm)以及上游和下游的溫差(℃)的檢測(cè)結(jié)果示于表1。
表1

實(shí)施例2除了改性氣體的流量增加到每分鐘0.3升之外，與實(shí)施例1同樣地將CO混合后供給而使得CO濃度達(dá)到1ppm、4ppm、20ppm、100ppm、180ppm、240ppm、400ppm，對(duì)第1熱電偶和第2熱電偶的溫度進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果示于表2。
表2

實(shí)施例3除了承載Rh以替代Ru之外，與實(shí)施例1同樣地將CO混合后供給而使得CO濃度達(dá)到0ppm、5ppm、20ppm、100ppm、500ppm、900ppm、1200ppm、2000ppm，對(duì)第1熱電偶和第2熱電偶的溫度進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果示于表3。
表3

實(shí)施例4除了承載Ni以替代Ru之外，與實(shí)施例1同樣地將CO混合后供給而使得CO濃度達(dá)到0ppm、5ppm、20ppm、100ppm、500ppm、900ppm、1200ppm、2000ppm，對(duì)第1熱電偶和第2熱電偶的溫度進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果示于表4。
表4

實(shí)施例5將直徑1mm、長(zhǎng)1mm的氧化鋁顆粒上承載有5重量％的Pt的催化劑填充在圖3所示氣體濃度檢測(cè)器的反應(yīng)室2中。以每分鐘0.1升的流量從改性氣體入口1供給二氧化碳為20體積％、其余為氫的改性氣體，通過空氣供給部9供給空氣而使得氧氣濃度達(dá)到0.15體積％。通過加熱器4進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)而使得第1熱電偶的溫度為150℃。將CO混合后供給而使得改性氣體中的CO濃度達(dá)到100ppm、500ppm、700ppm、1000ppm、1200ppm、1500ppm、2000ppm，對(duì)第1熱電偶5和第2熱電偶6的溫度進(jìn)行檢測(cè)。CO濃度(ppm)以及上游和下游的溫差(℃)的檢測(cè)結(jié)果示于表5。
表5

實(shí)施例6
除了改變改性氣體中所混合的空氣量以使得氧氣濃度為0.3體積％之外，與實(shí)施例5同樣地將CO混合后供給而使得改性氣體中CO濃度達(dá)到1500ppm、1800ppm、2000ppm、2200ppm、2500ppm、3000ppm，對(duì)第1熱電偶5和第2熱電偶6的溫度進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果示于表6。
表6

實(shí)施例7除了承載Ru以替代Pt之外，與實(shí)施例5同樣地將CO混合后供給而使得改性氣體中的CO濃度達(dá)到100ppm、500ppm、700ppm、1000ppm、1200ppm、1500ppm、2000ppm，對(duì)第1熱電偶5和第2熱電偶6的溫度進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果示于表7。
表7

產(chǎn)業(yè)上利用的可能性由以上實(shí)施例的氣體濃度檢測(cè)器的評(píng)價(jià)結(jié)果可知，根據(jù)本發(fā)明，通過檢測(cè)催化劑溫度便能夠檢測(cè)改性氣體中的CO濃度。
權(quán)利要求
1.一種氣體濃度檢測(cè)器，其特征是，具有，供給至少含有氫的氣體的氣體供給部、設(shè)在所說氣體供給部的下游側(cè)的具有催化劑層的反應(yīng)室、以及、對(duì)所說催化劑層的溫度和/或通過所說催化劑層后的氣體的溫度進(jìn)行檢測(cè)的溫度檢測(cè)器；根據(jù)所說溫度檢測(cè)器的信號(hào)測(cè)知通過所說催化劑層后的氣體中所含有的一氧化碳的濃度。
2.如權(quán)利要求1所說的氣體濃度檢測(cè)器，其特征是，在所說催化劑層的上游側(cè)設(shè)置第1溫度檢測(cè)器，在所說催化劑層的下游側(cè)設(shè)置第2溫度檢測(cè)器。
3.如權(quán)利要求1所說的氣體濃度檢測(cè)器，其特征是，還具有供給含氧氣體的第2氣體供給部。
4.如權(quán)利要求3所說的氣體濃度檢測(cè)器，其特征是，具有對(duì)由第2氣體供給部供給的含氧氣體的流量進(jìn)行控制的控制部，通過調(diào)節(jié)含氧氣體的流量而改變一氧化碳濃度的檢測(cè)范圍。
5.一種氫精制裝置，其特征是，具有，一氧化碳凈化部、含氧氣體供給部、以及設(shè)置在所說一氧化碳凈化部的上游側(cè)和/或下游側(cè)的溫度檢測(cè)器，根據(jù)所說氣體溫度檢測(cè)器的信號(hào)測(cè)知通過所說一氧化碳凈化部后的氣體中所含有的一氧化碳的濃度，對(duì)應(yīng)于所說一氧化碳的濃度控制所說含氧氣體的流量。
6.如權(quán)利要求5所說的氫精制裝置，其特征是，對(duì)應(yīng)于所說一氧化碳的濃度，還對(duì)所說一氧化碳凈化部的溫度進(jìn)行控制。
7.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征是，具有氫精制裝置、燃料電池、以及設(shè)置在所說氫精制裝置與所說燃料電池之間的氣體溫度檢測(cè)器，根據(jù)所說氣體溫度檢測(cè)器的信號(hào)測(cè)知從所說氫精制裝置向所說燃料電池中引入的氣體中所含有的一氧化碳的濃度，與所說一氧化碳的濃度相應(yīng)地切換與所說氫精制裝置和所說燃料電池相連結(jié)的氣體流通路徑，以停止所說氣體向所說燃料電池的引入。
全文摘要
為得到能夠廉價(jià)且可靠地檢測(cè)改性氣體中的CO濃度的手段，以及，可使CO凈化催化劑的功能充分得到發(fā)揮的氫精制裝置，提供一種由催化劑層及具有氣體溫度檢測(cè)器的反應(yīng)室構(gòu)成的、可通過對(duì)經(jīng)由所說反應(yīng)室中的改性氣體進(jìn)行檢測(cè)的溫度檢測(cè)器的信號(hào)測(cè)知所說氣體的一氧化碳濃度的氣體濃度檢測(cè)器。
文檔編號(hào)G01N25/36GK1433517SQ01810711
公開日2003年7月30日 申請(qǐng)日期2001年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月5日
發(fā)明者田口清, 富澤猛, 鵜飼邦弘 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社