JP2000337605A - 触媒燃焼器および蒸発器および燃料電池システム - Google Patents
触媒燃焼器および蒸発器および燃料電池システムInfo
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- F23C13/00—Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01B—BOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
- B01B1/00—Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
- B01B1/005—Evaporation for physical or chemical purposes; Evaporation apparatus therefor, e.g. evaporation of liquids for gas phase reactions
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
- F23D11/24—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space by pressurisation of the fuel before a nozzle through which it is sprayed by a substantial pressure reduction into a space
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- H—ELECTRICITY
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- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型の装置で、大量の燃料を安定燃焼する。
【解決手段】 液体燃料を酸化剤ガスと混合する予混合
部２４、予混合された燃料を触媒により燃焼する触媒燃
焼部２８ａ、２８ｂ、燃料が燃焼する燃焼空間部、この
燃焼空間部に液体燃料を噴霧する第１噴霧手段２５、前
記予混合部２４に液体燃料を噴霧する第２噴霧手段２６
および前記予混合部２４に酸化剤ガスを供給する酸化剤
ガス供給口２７が設けられていることを特徴とする触媒
燃焼器１１ａおよびこの触媒燃焼器１１ａにより液体を
蒸発させることを特徴とする蒸発器１１およびこの蒸発
器１１により炭化水素系燃料、水の少なくとも一方を蒸
発させた蒸気を改質した改質ガスを燃料電池スタック２
の燃料極側に供給して発電することを特徴とする燃料電
池システム。
部２４、予混合された燃料を触媒により燃焼する触媒燃
焼部２８ａ、２８ｂ、燃料が燃焼する燃焼空間部、この
燃焼空間部に液体燃料を噴霧する第１噴霧手段２５、前
記予混合部２４に液体燃料を噴霧する第２噴霧手段２６
および前記予混合部２４に酸化剤ガスを供給する酸化剤
ガス供給口２７が設けられていることを特徴とする触媒
燃焼器１１ａおよびこの触媒燃焼器１１ａにより液体を
蒸発させることを特徴とする蒸発器１１およびこの蒸発
器１１により炭化水素系燃料、水の少なくとも一方を蒸
発させた蒸気を改質した改質ガスを燃料電池スタック２
の燃料極側に供給して発電することを特徴とする燃料電
池システム。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は触媒燃焼器および蒸
発器および燃料電池システムに関する。
発器および燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】大気の汚染をできる限り減らすために自
動車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つ
として電気自動車が使用されているが、充電設備や走行
距離などの問題で普及に至っていない。
動車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つ
として電気自動車が使用されているが、充電設備や走行
距離などの問題で普及に至っていない。
【０００３】近年、水素と酸素を使用して電気分解の逆
反応で発電する燃料電池を使用した自動車が、水以外の
排出物がなくクリーンな自動車として注目されている。
しかし、水素を自動車に搭載するためには水素ボンベま
たは水素貯蔵合金装置が必要で、これらは容積的にも重
量的にも大きく自動車などの車載用としては適していな
い。
反応で発電する燃料電池を使用した自動車が、水以外の
排出物がなくクリーンな自動車として注目されている。
しかし、水素を自動車に搭載するためには水素ボンベま
たは水素貯蔵合金装置が必要で、これらは容積的にも重
量的にも大きく自動車などの車載用としては適していな
い。
【０００４】そのため炭化水素系燃料を燃料にした燃料
電池を使用した自動車が最も将来性のあるクリーンな自
動車であると見られている。炭化水素系燃料としてはメ
タノールが最も適しているとされている。この燃料電池
は、二酸化炭素以外の排出物が少なく、二酸化炭素の排
出量も、発電所で電気を製造するときに排出される二酸
化炭素を考慮に入れると電気自動車と同程度であり、地
球温暖化対策にもなっている。
電池を使用した自動車が最も将来性のあるクリーンな自
動車であると見られている。炭化水素系燃料としてはメ
タノールが最も適しているとされている。この燃料電池
は、二酸化炭素以外の排出物が少なく、二酸化炭素の排
出量も、発電所で電気を製造するときに排出される二酸
化炭素を考慮に入れると電気自動車と同程度であり、地
球温暖化対策にもなっている。
【０００５】前記燃料電池は、水と炭化水素系燃料を蒸
発させて、触媒（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ触媒等）により改
質した、水素を主成分とする改質ガスを利用して発電す
る。この燃料電池の効率化のためには、燃料電池の燃料
である水とメタノールを効率的に蒸発させることは重要
である。特に自動車などの車載用の用途では、前記蒸発
器はできる限り小型・軽量にしかつ大量の燃料を蒸発さ
せる必要がある。
発させて、触媒（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ触媒等）により改
質した、水素を主成分とする改質ガスを利用して発電す
る。この燃料電池の効率化のためには、燃料電池の燃料
である水とメタノールを効率的に蒸発させることは重要
である。特に自動車などの車載用の用途では、前記蒸発
器はできる限り小型・軽量にしかつ大量の燃料を蒸発さ
せる必要がある。
【０００６】前記蒸発器の熱源として炭化水素系燃料を
燃焼させる燃焼器が使用される。前記蒸発器をできる限
り小型・軽量にしかつ大量の燃料を蒸発させるために
は、この燃焼器を小型・軽量にしかつ大量に燃焼させる
必要がある。このために燃焼速度が早くできる触媒燃焼
を採用した。
燃焼させる燃焼器が使用される。前記蒸発器をできる限
り小型・軽量にしかつ大量の燃料を蒸発させるために
は、この燃焼器を小型・軽量にしかつ大量に燃焼させる
必要がある。このために燃焼速度が早くできる触媒燃焼
を採用した。
【０００７】従来、大量の燃料を燃焼させる触媒燃焼器
として、ガスタービン用の触媒燃焼器が知られている。
として、ガスタービン用の触媒燃焼器が知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術では、触媒燃焼を開始するために予燃焼バーナなどの
触媒予熱機構を設けられているので、燃焼器が大型化す
る問題点がある。
術では、触媒燃焼を開始するために予燃焼バーナなどの
触媒予熱機構を設けられているので、燃焼器が大型化す
る問題点がある。
【０００９】図３は、ガスタービン用の触媒燃焼器の概
略断面図である。複数の触媒燃焼層３１ａからなる触媒
燃焼部３１を設けた触媒燃焼管３２の外周に空気供給流
路３３が設けられている。触媒燃焼管３２の触媒燃焼部
３１の前方に予混合器３４が設けられている。この予混
合器３４には、主燃料を供給する主燃料供給管３５およ
び前記空気供給流路３３が連結されている。
略断面図である。複数の触媒燃焼層３１ａからなる触媒
燃焼部３１を設けた触媒燃焼管３２の外周に空気供給流
路３３が設けられている。触媒燃焼管３２の触媒燃焼部
３１の前方に予混合器３４が設けられている。この予混
合器３４には、主燃料を供給する主燃料供給管３５およ
び前記空気供給流路３３が連結されている。
【００１０】また、予混合器３４よりさらに前方に予燃
焼バーナ３６が設けられ、この予燃焼バーナ３６は予燃
料を供給する予燃料供給管３７および前記空気供給流路
３３が連結されている。このように予燃焼バーナ３６、
予混合器３４が付属しているので燃焼器全体として大型
化してしまう。
焼バーナ３６が設けられ、この予燃焼バーナ３６は予燃
料を供給する予燃料供給管３７および前記空気供給流路
３３が連結されている。このように予燃焼バーナ３６、
予混合器３４が付属しているので燃焼器全体として大型
化してしまう。
【００１１】本発明は上記課題を解決したもので、大量
の燃料を安定燃焼できる小型の触媒燃焼器および大量の
液体を蒸発できる小型の蒸発器および安定運転可能な小
型の燃料電池システムを提供する。
の燃料を安定燃焼できる小型の触媒燃焼器および大量の
液体を蒸発できる小型の蒸発器および安定運転可能な小
型の燃料電池システムを提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、液体燃料を
酸化剤ガスと混合する予混合部、予混合された燃料を触
媒により燃焼する触媒燃焼部、燃料が燃焼する燃焼空間
部、この燃焼空間部に液体燃料を噴霧する第１噴霧手
段、前記予混合部に液体燃料を噴霧する第２噴霧手段お
よび前記予混合部に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供
給口が設けられていることを特徴とする触媒燃焼器であ
る。
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、液体燃料を
酸化剤ガスと混合する予混合部、予混合された燃料を触
媒により燃焼する触媒燃焼部、燃料が燃焼する燃焼空間
部、この燃焼空間部に液体燃料を噴霧する第１噴霧手
段、前記予混合部に液体燃料を噴霧する第２噴霧手段お
よび前記予混合部に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供
給口が設けられていることを特徴とする触媒燃焼器であ
る。
【００１３】上記第１の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００１４】すなわち、触媒燃焼部が霧状にして放出さ
れた液体燃料の気化熱により冷却されるので、触媒燃焼
部が異常に高温になるのを防ぐことができ、触媒の高温
劣化を防止することができる。また触媒燃焼が、触媒燃
焼部に霧状にして放出された液体燃料の気化を促進する
ので、予蒸発、予混合を促進することができる。
れた液体燃料の気化熱により冷却されるので、触媒燃焼
部が異常に高温になるのを防ぐことができ、触媒の高温
劣化を防止することができる。また触媒燃焼が、触媒燃
焼部に霧状にして放出された液体燃料の気化を促進する
ので、予蒸発、予混合を促進することができる。
【００１５】さらに第１噴霧手段による燃料噴霧を触媒
燃焼器運転中継続する場合、その燃料の燃焼で形成され
た拡散火炎によって触媒燃焼部が加熱され、触媒の活性
温度を保つことができるので、火炎が安定する。
燃焼器運転中継続する場合、その燃料の燃焼で形成され
た拡散火炎によって触媒燃焼部が加熱され、触媒の活性
温度を保つことができるので、火炎が安定する。
【００１６】このように火炎が安定するので、安定燃焼
を確保したまま触媒燃焼器を小型化できる。
を確保したまま触媒燃焼器を小型化できる。
【００１７】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、前記触媒燃焼部が複数設けら
れ、この触媒燃焼部の前記燃焼空間部に面する平面が前
記第１噴霧手段の噴霧方向と鋭角をなして設けられてい
ることを特徴とする請求項１記載の触媒燃焼器である。
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、前記触媒燃焼部が複数設けら
れ、この触媒燃焼部の前記燃焼空間部に面する平面が前
記第１噴霧手段の噴霧方向と鋭角をなして設けられてい
ることを特徴とする請求項１記載の触媒燃焼器である。
【００１８】上記第２の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００１９】すなわち、複数の触媒燃焼部の前記燃焼空
間部に面する平面が前記第１噴霧手段の噴霧方向と鋭角
をなして設けられているので、第１噴霧手段の出口部周
辺は燃焼ガスの流速により負圧になり淀み部が生じ、こ
の淀み部では燃焼ガスの流速が低下しているため燃焼速
度とつりあい火炎が安定する。また、複数の触媒燃焼部
に燃料を供給する複数の噴射ノズルの流量を独立に調整
することができるので、燃焼空間部の温度分布を容易に
制御することができる。
間部に面する平面が前記第１噴霧手段の噴霧方向と鋭角
をなして設けられているので、第１噴霧手段の出口部周
辺は燃焼ガスの流速により負圧になり淀み部が生じ、こ
の淀み部では燃焼ガスの流速が低下しているため燃焼速
度とつりあい火炎が安定する。また、複数の触媒燃焼部
に燃料を供給する複数の噴射ノズルの流量を独立に調整
することができるので、燃焼空間部の温度分布を容易に
制御することができる。
【００２０】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記触媒燃焼部が対をなして
設けられ、対の触媒燃焼部が前記第１噴霧手段を対称軸
として対称に設けられていることを特徴とする請求項２
記載の触媒燃焼器である。
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記触媒燃焼部が対をなして
設けられ、対の触媒燃焼部が前記第１噴霧手段を対称軸
として対称に設けられていることを特徴とする請求項２
記載の触媒燃焼器である。
【００２１】上記第３の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２２】すなわち、複数の触媒燃焼部がＶ字形に配
置されているので、複数の触媒燃焼部で形成されるＶ字
形の角度と第１噴霧手段の噴霧角度が近似し、第１噴霧
手段から噴霧される液体燃料が微粒化して空気および燃
焼ガスと均一に混合できるので、火炎が安定する。
置されているので、複数の触媒燃焼部で形成されるＶ字
形の角度と第１噴霧手段の噴霧角度が近似し、第１噴霧
手段から噴霧される液体燃料が微粒化して空気および燃
焼ガスと均一に混合できるので、火炎が安定する。
【００２３】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、請求項１〜３にいずれかに記
載の触媒燃焼器により液体を蒸発させることを特徴とす
る蒸発器である。
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、請求項１〜３にいずれかに記
載の触媒燃焼器により液体を蒸発させることを特徴とす
る蒸発器である。
【００２４】上記第４の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２５】すなわち、。小型で、大量の燃料を安定燃
焼できる触媒燃焼器を使用しているので、大量の液体を
蒸発できる小型の蒸発器ができる。
焼できる触媒燃焼器を使用しているので、大量の液体を
蒸発できる小型の蒸発器ができる。
【００２６】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、請求項４に記載の蒸発器によ
り炭化水素系燃料、水の少なくとも一方を蒸発させた蒸
気を改質した改質ガスを燃料電池スタックの燃料極側に
供給して発電することを特徴とする燃料電池システムで
ある。
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、請求項４に記載の蒸発器によ
り炭化水素系燃料、水の少なくとも一方を蒸発させた蒸
気を改質した改質ガスを燃料電池スタックの燃料極側に
供給して発電することを特徴とする燃料電池システムで
ある。
【００２７】上記第５の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２８】すなわち、小型で、大量の液体を蒸発でき
る蒸発器で改質用燃料を蒸発させて改質した改質ガスを
利用して発電するので。安定運転可能な小型の燃料電池
システムができる。
る蒸発器で改質用燃料を蒸発させて改質した改質ガスを
利用して発電するので。安定運転可能な小型の燃料電池
システムができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面に基づいて説明する。
図面に基づいて説明する。
【００３０】図１は、本発明の実施例の自動車用固体高
分子電解質型燃料電池システム図である。本燃料電池シ
ステムにおいては、水と炭化水素系燃料であるメタノー
ルを改質器で改質して水素を主成分とする改質ガスを燃
料ガスとして使用している。
分子電解質型燃料電池システム図である。本燃料電池シ
ステムにおいては、水と炭化水素系燃料であるメタノー
ルを改質器で改質して水素を主成分とする改質ガスを燃
料ガスとして使用している。
【００３１】本燃料電池システムは、改質器１、燃料電
池スタック２、コントローラ３、バッテリ４および駆動
モータ５などから構成されている。改質器１は、燃料電
池の燃料であるメタノールと水から水素を主成分とする
改質ガスを製造する装置で、蒸発器１１、改質部１２お
よび一酸化炭素低減部１３から構成されている。蒸発器
１１は、改質用原料である水とメタノールを蒸発させる
蒸発部１１ｂとその蒸発部１１ｂを加熱する燃焼部１１
ａから構成されている。この燃焼部１１ａは本発明の触
媒燃焼器である。
池スタック２、コントローラ３、バッテリ４および駆動
モータ５などから構成されている。改質器１は、燃料電
池の燃料であるメタノールと水から水素を主成分とする
改質ガスを製造する装置で、蒸発器１１、改質部１２お
よび一酸化炭素低減部１３から構成されている。蒸発器
１１は、改質用原料である水とメタノールを蒸発させる
蒸発部１１ｂとその蒸発部１１ｂを加熱する燃焼部１１
ａから構成されている。この燃焼部１１ａは本発明の触
媒燃焼器である。
【００３２】前記蒸発部１１ｂには水タンク２１から水
が、メタノールタンク２２からメタノールが供給され
る。前記燃焼部１１ａにはメタノールタンク２２からメ
タノールが、エアブロア２３から空気が供給される。前
記改質部１２は、蒸発器１１で蒸発させられたメタノー
ルと水を水素を主成分とする改質ガスに変える装置で、
蒸発器１１と連結している。前記一酸化炭素低減部１３
は、改質部１２で改質された改質ガスから一酸化炭素を
低減する装置で、改質部１２と連結している。
が、メタノールタンク２２からメタノールが供給され
る。前記燃焼部１１ａにはメタノールタンク２２からメ
タノールが、エアブロア２３から空気が供給される。前
記改質部１２は、蒸発器１１で蒸発させられたメタノー
ルと水を水素を主成分とする改質ガスに変える装置で、
蒸発器１１と連結している。前記一酸化炭素低減部１３
は、改質部１２で改質された改質ガスから一酸化炭素を
低減する装置で、改質部１２と連結している。
【００３３】前記燃料電池スタック２は、二つの電極
（燃料極と酸化剤極）で電解質を挟んだセルを多数積層
した構造をしており、前記改質ガスとターボアシストコ
ンプレッサ９から送られる酸化剤ガスである空気を利用
して電気化学反応により発電する。
（燃料極と酸化剤極）で電解質を挟んだセルを多数積層
した構造をしており、前記改質ガスとターボアシストコ
ンプレッサ９から送られる酸化剤ガスである空気を利用
して電気化学反応により発電する。
【００３４】一酸化炭素低減部１３から排出される改質
ガスは燃料電池スタック２に供給され、燃料電池スタッ
ク２から排出される未利用改質ガスはバーナ１０に供給
されるよう構成されている。一方、燃料電池スタック２
から排出される未利用空気もバーナ１０に供給されるよ
う構成されている。
ガスは燃料電池スタック２に供給され、燃料電池スタッ
ク２から排出される未利用改質ガスはバーナ１０に供給
されるよう構成されている。一方、燃料電池スタック２
から排出される未利用空気もバーナ１０に供給されるよ
う構成されている。
【００３５】前記バーナ１０は、ターボアシストコンプ
レッサ９のタービン９１にその排ガスを供給するよう構
成されている。ターボアシストコンプレッサ９は、ター
ビン９１、モータ９２の駆動力によりコンプレッサ９３
を回転し、空気を改質部１２、一酸化炭素低減部１３お
よび燃料電池スタック２に供給するよう構成されてい
る。
レッサ９のタービン９１にその排ガスを供給するよう構
成されている。ターボアシストコンプレッサ９は、ター
ビン９１、モータ９２の駆動力によりコンプレッサ９３
を回転し、空気を改質部１２、一酸化炭素低減部１３お
よび燃料電池スタック２に供給するよう構成されてい
る。
【００３６】燃料電池スタック２は、コントローラ３を
介して駆動モータ５およびバッテリ４と電気的に連結し
ている。駆動モータ５はシャフト６を介して自動車の後
輪７と連結している。
介して駆動モータ５およびバッテリ４と電気的に連結し
ている。駆動モータ５はシャフト６を介して自動車の後
輪７と連結している。
【００３７】メタノールタンク２２から燃焼部１１ａに
供給されたメタノールは、ブロワー４によって供給され
た空気を助燃剤にして燃焼する。
供給されたメタノールは、ブロワー４によって供給され
た空気を助燃剤にして燃焼する。
【００３８】メタノールタンク２２と水タンク２１から
蒸発部１１ｂに供給されたメタノールと水は、前記燃焼
部１１ａで生成した熱により蒸発してガスになりコンプ
レッサ９３から送られる空気と混合され改質部１２で触
媒（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ触媒等）により水素を主成分と
する改質ガスになる。
蒸発部１１ｂに供給されたメタノールと水は、前記燃焼
部１１ａで生成した熱により蒸発してガスになりコンプ
レッサ９３から送られる空気と混合され改質部１２で触
媒（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ触媒等）により水素を主成分と
する改質ガスになる。
【００３９】前記改質ガスは一酸化炭素を０．３〜１％
含んでおり、そのまま燃料電池スタック２に送ると該燃
料電池スタック２の電極触媒を被毒し、燃料電池の発電
性能を著しく低下させるため、前記改質部１２から出た
改質ガスは一酸化炭素低減部１３に送られる。前記一酸
化炭素低減部１３では、コンプレッサ９３から送られる
空気と混合されて触媒（例えば、Ｐｔ触媒等）により一
酸化炭素を酸化して低減し一酸化炭素濃度を１０ｐｐｍ
以下にして燃料電池スタック２に供給される。
含んでおり、そのまま燃料電池スタック２に送ると該燃
料電池スタック２の電極触媒を被毒し、燃料電池の発電
性能を著しく低下させるため、前記改質部１２から出た
改質ガスは一酸化炭素低減部１３に送られる。前記一酸
化炭素低減部１３では、コンプレッサ９３から送られる
空気と混合されて触媒（例えば、Ｐｔ触媒等）により一
酸化炭素を酸化して低減し一酸化炭素濃度を１０ｐｐｍ
以下にして燃料電池スタック２に供給される。
【００４０】燃料電池スタック２は改質ガス中の水素と
空気中の酸素を使用して電極での電気化学反応により発
電する。前記改質ガス中の水素は燃料電池スタック２で
完全に利用されることはなく利用率はおよそ８０％であ
る。燃料電池スタック２で利用されなかった未利用改質
ガスはバーナ１０に送られ燃焼エネルギーとして利用さ
れる。
空気中の酸素を使用して電極での電気化学反応により発
電する。前記改質ガス中の水素は燃料電池スタック２で
完全に利用されることはなく利用率はおよそ８０％であ
る。燃料電池スタック２で利用されなかった未利用改質
ガスはバーナ１０に送られ燃焼エネルギーとして利用さ
れる。
【００４１】一方、燃料電池スタック２に供給された空
気中の酸素は反応に必要な量より多く供給されているの
で、前記燃料電池スタック２で完全に利用されることは
ない。前記燃料電池スタック２で利用されなかった未利
用空気もバーナ１０に送られ燃焼の助燃剤として利用さ
れる。
気中の酸素は反応に必要な量より多く供給されているの
で、前記燃料電池スタック２で完全に利用されることは
ない。前記燃料電池スタック２で利用されなかった未利
用空気もバーナ１０に送られ燃焼の助燃剤として利用さ
れる。
【００４２】前記バーナ１０の排ガスは、ターボアシス
トコンプレッサ９のタービン９１に送られ、このタービ
ン９１を回転し、タービン９１と連結しているコンプレ
ッサ９３を回転する。このコンプレッサ９３は、空気を
圧縮し、改質部１２、一酸化炭素低減部１３および燃料
電池スタック２に空気を供給する。タービン９１の回転
力が不足する場合はモータ９が回転し、必要な空気を供
給する。
トコンプレッサ９のタービン９１に送られ、このタービ
ン９１を回転し、タービン９１と連結しているコンプレ
ッサ９３を回転する。このコンプレッサ９３は、空気を
圧縮し、改質部１２、一酸化炭素低減部１３および燃料
電池スタック２に空気を供給する。タービン９１の回転
力が不足する場合はモータ９が回転し、必要な空気を供
給する。
【００４３】燃料電池スタック２で発電した電気は、コ
ントローラ３を介して駆動モータ５またはバッテリ４に
送られる。駆動モータ５の回転はシャフト６を介して後
輪７に送られ、駆動輪である後輪７が動かされる。これ
により前輪８も動き、本実施例の自動車が走行する。
ントローラ３を介して駆動モータ５またはバッテリ４に
送られる。駆動モータ５の回転はシャフト６を介して後
輪７に送られ、駆動輪である後輪７が動かされる。これ
により前輪８も動き、本実施例の自動車が走行する。
【００４４】図２は、本発明の実施例に使用した触媒燃
焼器の概略断面図である。２分割した予混合部２４の間
に、液体燃料を噴霧するパイロットノズル２５（第１噴
霧手段）が設けられている。このパイロットノズル２５
により液体燃料を燃焼空間部５０に噴霧する。このパイ
ロットノズル２５の同軸上の内部には着火プラグ２９が
設けられている。
焼器の概略断面図である。２分割した予混合部２４の間
に、液体燃料を噴霧するパイロットノズル２５（第１噴
霧手段）が設けられている。このパイロットノズル２５
により液体燃料を燃焼空間部５０に噴霧する。このパイ
ロットノズル２５の同軸上の内部には着火プラグ２９が
設けられている。
【００４５】予混合部２４には、ここに液体燃料を噴霧
する噴霧ノズル２６（第２噴霧手段）が設けられ、予混
合部２４に空気を供給する空気口２７（酸化剤ガス供給
口）が設けられている。また、予混合部２４の予混合気
出口には、予混合された燃料を触媒により燃焼する触媒
燃焼部である触媒バーナ部２８ａ、２８ｂが設けられて
いる。この触媒バーナ部２８ａ、２８ｂは、それぞれ触
媒フラットバーナ２８が２つ重ねて構成されている。
する噴霧ノズル２６（第２噴霧手段）が設けられ、予混
合部２４に空気を供給する空気口２７（酸化剤ガス供給
口）が設けられている。また、予混合部２４の予混合気
出口には、予混合された燃料を触媒により燃焼する触媒
燃焼部である触媒バーナ部２８ａ、２８ｂが設けられて
いる。この触媒バーナ部２８ａ、２８ｂは、それぞれ触
媒フラットバーナ２８が２つ重ねて構成されている。
【００４６】触媒バーナ部２８ａと２８ｂは、その燃焼
空間部５０に面する平面がパイロットノズル２５の噴霧
方向と鋭角をなして設けられている。触媒バーナ部２８
ａと２８ｂは対をなしており、パイロットノズル２５を
対称軸として対称に設けられている。すなわち、触媒バ
ーナ部２８ａと２８ｂはパイロットノズル２５を中心と
するＶ字形に配置されている。
空間部５０に面する平面がパイロットノズル２５の噴霧
方向と鋭角をなして設けられている。触媒バーナ部２８
ａと２８ｂは対をなしており、パイロットノズル２５を
対称軸として対称に設けられている。すなわち、触媒バ
ーナ部２８ａと２８ｂはパイロットノズル２５を中心と
するＶ字形に配置されている。
【００４７】触媒フラットバーナ２８としては神戸製鋼
所製のアクトサーミック（線径１ｍｍ）に触媒としてＰ
ｄを２ｇ／Ｌ担持したものを用いている。しかし、特に
これに限定されるものではない。
所製のアクトサーミック（線径１ｍｍ）に触媒としてＰ
ｄを２ｇ／Ｌ担持したものを用いている。しかし、特に
これに限定されるものではない。
【００４８】まず、噴霧ノズル２６により液体燃料が予
混合部２４中で触媒バーナ部２８ａの裏面に噴霧され
る。噴霧された液体燃料は、予混合部２４および触媒バ
ーナ部２８ａ中で空気口２７から供給された空気と予混
合され気化され触媒バーナ部２８ａ、２８ｂの表面から
予混合気が排出される。
混合部２４中で触媒バーナ部２８ａの裏面に噴霧され
る。噴霧された液体燃料は、予混合部２４および触媒バ
ーナ部２８ａ中で空気口２７から供給された空気と予混
合され気化され触媒バーナ部２８ａ、２８ｂの表面から
予混合気が排出される。
【００４９】次に、液体燃料はパイロットノズル２５に
より燃焼空間部５０に噴霧され、着火プラグ２９により
着火され燃焼する。この燃焼の拡散火炎により、触媒バ
ーナ部２８ａ、２８ｂの表面から排出される予混合気が
着火し、触媒バーナ部２８ａ、２８ｂに担持されている
触媒により触媒燃焼する。この燃焼による燃焼ガスが燃
焼空間部５０に放出される。
より燃焼空間部５０に噴霧され、着火プラグ２９により
着火され燃焼する。この燃焼の拡散火炎により、触媒バ
ーナ部２８ａ、２８ｂの表面から排出される予混合気が
着火し、触媒バーナ部２８ａ、２８ｂに担持されている
触媒により触媒燃焼する。この燃焼による燃焼ガスが燃
焼空間部５０に放出される。
【００５０】パイロットノズル２５による燃料噴霧を触
媒燃焼器運転中継続することができる。この場合、その
燃料の燃焼で形成された拡散火炎によって触媒バーナ部
２８ａ、２８ｂが加熱され、触媒の活性温度を保つこと
ができるので、火炎が安定する。
媒燃焼器運転中継続することができる。この場合、その
燃料の燃焼で形成された拡散火炎によって触媒バーナ部
２８ａ、２８ｂが加熱され、触媒の活性温度を保つこと
ができるので、火炎が安定する。
【００５１】表１は、燃焼量２０ｋＷ、空気比約１．７
５で燃焼しているときの各部の温度の測定結果である。
触媒バーナ部２８ａ、２８ｂの表面温度、裏面温度と
は、それらの中央部のＴ１、Ｔ３およびＴ２、Ｔ４の温
度である。パイロットノズル温度とは、着火プラグ２９
先端のＴ５の温度である。
５で燃焼しているときの各部の温度の測定結果である。
触媒バーナ部２８ａ、２８ｂの表面温度、裏面温度と
は、それらの中央部のＴ１、Ｔ３およびＴ２、Ｔ４の温
度である。パイロットノズル温度とは、着火プラグ２９
先端のＴ５の温度である。
【００５２】
【表１】
【００５３】燃焼空間部５０の温度はパイロットノズル
温度として示されてる。この温度は燃焼器として必要な
高温になっているが、触媒バーナ部２８ａ、２８ｂの裏
面は低温である。これは触媒バーナ部２８ａ、２８ｂが
噴霧された液体燃料の気化熱により冷却されるためであ
り、触媒バーナ部２８ａ、２８ｂの温度管理を容易にし
ている。気化熱による冷却により触媒バーナ部２８ａ、
２８ｂが異常に高温になるのを防ぐことができるので、
触媒の高温劣化を防止することができる。また触媒燃焼
が、触媒バーナ部２８ａ、２８ｂに噴霧された液体燃料
の気化を促進するので、予蒸発、予混合を促進すること
ができる。
温度として示されてる。この温度は燃焼器として必要な
高温になっているが、触媒バーナ部２８ａ、２８ｂの裏
面は低温である。これは触媒バーナ部２８ａ、２８ｂが
噴霧された液体燃料の気化熱により冷却されるためであ
り、触媒バーナ部２８ａ、２８ｂの温度管理を容易にし
ている。気化熱による冷却により触媒バーナ部２８ａ、
２８ｂが異常に高温になるのを防ぐことができるので、
触媒の高温劣化を防止することができる。また触媒燃焼
が、触媒バーナ部２８ａ、２８ｂに噴霧された液体燃料
の気化を促進するので、予蒸発、予混合を促進すること
ができる。
【００５４】触媒バーナ部２８ａ、２８ｂで触媒燃焼し
た燃焼ガスは、それぞれの触媒バーナ部２８ａ、２８ｂ
の予混合部２４と反対側の燃焼空間部５０に放出され
る。触媒バーナ部２８ａと２８ｂがＶ字形に配置されて
いるので、パイロットノズル２５の出口部周辺は燃焼ガ
スの流速により負圧になり淀み部３０が生ずる。この淀
み部３０では燃焼ガスの流速が低下しているため燃焼速
度とつりあうので、火炎が安定する。
た燃焼ガスは、それぞれの触媒バーナ部２８ａ、２８ｂ
の予混合部２４と反対側の燃焼空間部５０に放出され
る。触媒バーナ部２８ａと２８ｂがＶ字形に配置されて
いるので、パイロットノズル２５の出口部周辺は燃焼ガ
スの流速により負圧になり淀み部３０が生ずる。この淀
み部３０では燃焼ガスの流速が低下しているため燃焼速
度とつりあうので、火炎が安定する。
【００５５】また、触媒バーナ部２８ａと２８ｂで形成
されるＶ字形の角度とパイロットノズル２５の噴霧角度
が近似し、パイロットノズル２５から噴霧される液体燃
料が微粒化して空気および燃焼ガスと均一に混合できる
ので、火炎が安定する。
されるＶ字形の角度とパイロットノズル２５の噴霧角度
が近似し、パイロットノズル２５から噴霧される液体燃
料が微粒化して空気および燃焼ガスと均一に混合できる
ので、火炎が安定する。
【００５６】触媒バーナ部２８ａと２８ｂに燃料を供給
する噴射ノズル２６の流量を独立に調整することができ
る。これにより、燃焼空間部５０の温度分布を制御する
ことができる。
する噴射ノズル２６の流量を独立に調整することができ
る。これにより、燃焼空間部５０の温度分布を制御する
ことができる。
【００５７】このように本発明の触媒燃焼器は、小型で
も大量の燃料を安定的に燃焼することができる。この小
型で、大量の燃料を安定燃焼できる触媒燃焼器を使用し
た蒸発器は、小型で、大量の液体を蒸発できる。また、
小型で、大量の液体を蒸発できる蒸発器で改質用燃料を
蒸発させて改質した改質ガスで発電する燃料電池システ
ムは、小型かつ安定運転が可能である。
も大量の燃料を安定的に燃焼することができる。この小
型で、大量の燃料を安定燃焼できる触媒燃焼器を使用し
た蒸発器は、小型で、大量の液体を蒸発できる。また、
小型で、大量の液体を蒸発できる蒸発器で改質用燃料を
蒸発させて改質した改質ガスで発電する燃料電池システ
ムは、小型かつ安定運転が可能である。
【００５８】
【発明の効果】以上のように、本発明は、液体燃料を酸
化剤ガスと混合する予混合部、予混合された燃料を触媒
により燃焼する触媒燃焼部、燃料が燃焼する燃焼空間
部、この燃焼空間部に液体燃料を噴霧する第１噴霧手
段、前記予混合部に液体燃料を噴霧する第２噴霧手段お
よび前記予混合部に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供
給口が設けられていることを特徴とする触媒燃焼器およ
びこの触媒燃焼器により液体を蒸発させることを特徴と
する蒸発器およびこの蒸発器により炭化水素系燃料、水
の少なくとも一方を蒸発させた蒸気を改質した改質ガス
を燃料電池の燃料極側に供給して発電することを特徴と
する燃料電池システムであるので、大量の燃料を安定燃
焼できる小型の触媒燃焼器および大量の液体を蒸発でき
る小型の蒸発器および安定運転可能な小型の燃料電池シ
ステムを提供できる。
化剤ガスと混合する予混合部、予混合された燃料を触媒
により燃焼する触媒燃焼部、燃料が燃焼する燃焼空間
部、この燃焼空間部に液体燃料を噴霧する第１噴霧手
段、前記予混合部に液体燃料を噴霧する第２噴霧手段お
よび前記予混合部に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供
給口が設けられていることを特徴とする触媒燃焼器およ
びこの触媒燃焼器により液体を蒸発させることを特徴と
する蒸発器およびこの蒸発器により炭化水素系燃料、水
の少なくとも一方を蒸発させた蒸気を改質した改質ガス
を燃料電池の燃料極側に供給して発電することを特徴と
する燃料電池システムであるので、大量の燃料を安定燃
焼できる小型の触媒燃焼器および大量の液体を蒸発でき
る小型の蒸発器および安定運転可能な小型の燃料電池シ
ステムを提供できる。
【図１】本発明の実施例の自動車用固体高分子電解質型
燃料電池システム図
燃料電池システム図
【図２】本発明の実施例に使用した触媒燃焼器の概略断
面図
面図
【図３】ガスタービン用の触媒燃焼器の概略断面図
１…改質器 ２…燃料電池スタック １１…蒸発器 １１ａ…燃焼部（触媒燃焼器） １１ｂ…蒸発部 １２…改質部 １３…一酸化炭素低減部 ２４…予混合部 ２５…パイロットノズル（第１噴霧手段） ２６…噴霧ノズル（第２噴霧手段） ２７…空気口（酸化剤ガス供給口） ２８…触媒バーナ部（触媒燃焼部） ２８ａ、２８ｂ…触媒フラットバーナ ５０…燃焼空間部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天野 隆 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 Ｆターム(参考） 3K065 TA14 TD04 TE05 TF02 TH05 TK05 TK09 TP00 4G040 EA03 EA06 EB03 EB04 EB23 5H027 AA06 BA01 BA09 BA10 BA16 BC11 DD03
Claims (5)
- 【請求項１】 液体燃料を酸化剤ガスと混合する予混合
部、予混合された燃料を触媒により燃焼する触媒燃焼
部、燃料が燃焼する燃焼空間部、この燃焼空間部に液体
燃料を噴霧する第１噴霧手段、前記予混合部に液体燃料
を噴霧する第２噴霧手段および前記予混合部に酸化剤ガ
スを供給する酸化剤ガス供給口が設けられていることを
特徴とする触媒燃焼器。 - 【請求項２】 前記触媒燃焼部が複数設けられ、この触
媒燃焼部の前記燃焼空間部に面する平面が前記第１噴霧
手段の噴霧方向と鋭角をなして設けられていることを特
徴とする請求項１記載の触媒燃焼器。 - 【請求項３】 前記触媒燃焼部が対をなして設けられ、
対の触媒燃焼部が前記第１噴霧手段を対称軸として対称
に設けられていることを特徴とする請求項２記載の触媒
燃焼器。 - 【請求項４】 請求項１〜３にいずれかに記載の触媒燃
焼器により液体を蒸発させることを特徴とする蒸発器。 - 【請求項５】 請求項４に記載の蒸発器により炭化水素
系燃料、水の少なくとも一方を蒸発させた蒸気を改質し
た改質ガスを燃料電池スタックの燃料極側に供給して発
電することを特徴とする燃料電池システム。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11143173A JP2000337605A (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 触媒燃焼器および蒸発器および燃料電池システム |
| DE10025323A DE10025323A1 (de) | 1999-05-24 | 2000-05-23 | Katalysatorbrenner |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11143173A JP2000337605A (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 触媒燃焼器および蒸発器および燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000337605A true JP2000337605A (ja) | 2000-12-08 |
Family
ID=15332622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11143173A Pending JP2000337605A (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 触媒燃焼器および蒸発器および燃料電池システム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000337605A (ja) |
| DE (1) | DE10025323A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160042542A (ko) * | 2014-10-10 | 2016-04-20 | 국방과학연구소 | 저온 작동을 위한 연료전지 시스템 |
| CN114405407A (zh) * | 2022-03-01 | 2022-04-29 | 廊坊广惠气体设备有限公司 | 一种预防甲醇制氢催化剂进水粉化的系统及方法 |
-
1999
- 1999-05-24 JP JP11143173A patent/JP2000337605A/ja active Pending
-
2000
- 2000-05-23 DE DE10025323A patent/DE10025323A1/de active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160042542A (ko) * | 2014-10-10 | 2016-04-20 | 국방과학연구소 | 저온 작동을 위한 연료전지 시스템 |
| KR101682621B1 (ko) * | 2014-10-10 | 2016-12-05 | 국방과학연구소 | 저온 작동을 위한 연료전지 시스템 |
| CN114405407A (zh) * | 2022-03-01 | 2022-04-29 | 廊坊广惠气体设备有限公司 | 一种预防甲醇制氢催化剂进水粉化的系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10025323A1 (de) | 2000-12-07 |
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