JP2001183007A - 熱供給装置及び電・熱併給システム - Google Patents
熱供給装置及び電・熱併給システムInfo
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- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】都市ガスを触媒によって燃焼させ給湯用の水を
加熱するバーナー１の起動性を高める。 【解決手段】都市ガスをバーナー１に供給する第１燃料
供給通路５と、都市ガスを部分酸化反応によって水素を
含有するガスに改質する改質器８と、改質ガスをバーナ
ー１に供給する第２燃料供給通路７とを備え、バーナー
１の起動時に第２燃料供給通路７から改質ガスを供給し
て触媒燃焼させ、この触媒燃焼によるバーナー１の予熱
後に上記第１燃料供給通路から都市ガスを供給する。
加熱するバーナー１の起動性を高める。 【解決手段】都市ガスをバーナー１に供給する第１燃料
供給通路５と、都市ガスを部分酸化反応によって水素を
含有するガスに改質する改質器８と、改質ガスをバーナ
ー１に供給する第２燃料供給通路７とを備え、バーナー
１の起動時に第２燃料供給通路７から改質ガスを供給し
て触媒燃焼させ、この触媒燃焼によるバーナー１の予熱
後に上記第１燃料供給通路から都市ガスを供給する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱供給装置及び電・
熱併給システムに関する。
熱併給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】熱供給装置として、都市ガスを触媒燃焼
させるバーナーを備え、その燃焼熱を供給するようにし
たものは一般に知られている。例えば、この触媒燃焼熱
によって温水をつくり給湯を行なうようにしたものがあ
る。このような熱供給装置では、都市ガスの主成分であ
るメタンが低温では触媒燃焼し難いことから、給湯を行
なうには触媒を予熱して活性を高める必要がある。
させるバーナーを備え、その燃焼熱を供給するようにし
たものは一般に知られている。例えば、この触媒燃焼熱
によって温水をつくり給湯を行なうようにしたものがあ
る。このような熱供給装置では、都市ガスの主成分であ
るメタンが低温では触媒燃焼し難いことから、給湯を行
なうには触媒を予熱して活性を高める必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記熱供給装置では、
上述の如くバーナーの触媒を予熱する必要があることか
ら、起動に時間がかかり、熱負荷に対する応答性が低
い。また、バーナーを給湯に利用する場合には、触媒の
熱が冷却水との熱交換によって奪われるため、触媒温度
が下がったときにその活性が維持されず、所謂立ち消え
状態になり易い。
上述の如くバーナーの触媒を予熱する必要があることか
ら、起動に時間がかかり、熱負荷に対する応答性が低
い。また、バーナーを給湯に利用する場合には、触媒の
熱が冷却水との熱交換によって奪われるため、触媒温度
が下がったときにその活性が維持されず、所謂立ち消え
状態になり易い。
【０００４】そこで、本発明は、このような問題を解決
した熱供給装置、並びにこの供給装置を利用した電・熱
併給システムを提供することを目的とする。
した熱供給装置、並びにこの供給装置を利用した電・熱
併給システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段及びその作用効果】本発明
は、上記触媒に燃焼し易い水素を導入し、上記起動性な
いしは負荷応答性の問題、上記立ち消えの問題を解決し
たものである。
は、上記触媒に燃焼し易い水素を導入し、上記起動性な
いしは負荷応答性の問題、上記立ち消えの問題を解決し
たものである。
【０００６】すなわち、本発明は、触媒燃焼方式のバー
ナーを備えた熱供給装置において、燃料ガスを上記バー
ナーに供給する第１燃料供給系と、燃料ガスを部分酸化
反応によって水素を含有するガスに改質する改質器を備
え、該改質ガスを上記バーナーに供給する第２燃料供給
系とを備えていることを特徴とする。
ナーを備えた熱供給装置において、燃料ガスを上記バー
ナーに供給する第１燃料供給系と、燃料ガスを部分酸化
反応によって水素を含有するガスに改質する改質器を備
え、該改質ガスを上記バーナーに供給する第２燃料供給
系とを備えていることを特徴とする。
【０００７】従って、改質器を作動させ第２燃料供給系
によって水素を含む改質ガスを当該バーナーに供給すれ
ば、この改質ガス中の水素は触媒燃焼し易いことから、
触媒はその温度が低い場合でも水素の触媒燃焼によって
速やかに温度が高まり、燃料ガスを導入してもこれを触
媒燃焼させることができるようになる。これにより、本
発明によれば、バーナーの低温着火性の向上、起動時間
の短縮（低温時の早期活性）ないしは負荷応答性の向上
を図ることができる。
によって水素を含む改質ガスを当該バーナーに供給すれ
ば、この改質ガス中の水素は触媒燃焼し易いことから、
触媒はその温度が低い場合でも水素の触媒燃焼によって
速やかに温度が高まり、燃料ガスを導入してもこれを触
媒燃焼させることができるようになる。これにより、本
発明によれば、バーナーの低温着火性の向上、起動時間
の短縮（低温時の早期活性）ないしは負荷応答性の向上
を図ることができる。
【０００８】また、本発明は、上述の如き熱供給装置に
おいて、上記第１燃料供給系及び第２燃料供給系の各々
の燃料ガスが都市ガスであり、上記第２燃料供給系が上
記第１燃料供給系に上記改質ガスを該第１燃料供給系の
都市ガスに混入するように接続されていることを特徴と
する。
おいて、上記第１燃料供給系及び第２燃料供給系の各々
の燃料ガスが都市ガスであり、上記第２燃料供給系が上
記第１燃料供給系に上記改質ガスを該第１燃料供給系の
都市ガスに混入するように接続されていることを特徴と
する。
【０００９】すなわち、都市ガスは先に述べたように触
媒燃焼し難いメタンを主成分とするが、本発明によれ
ば、この都市ガスに上述の触媒燃焼性の高い改質ガスが
混入されるから、バーナーの低温着火性の向上、起動性
ないしは負荷応答性の向上に有利になる。
媒燃焼し難いメタンを主成分とするが、本発明によれ
ば、この都市ガスに上述の触媒燃焼性の高い改質ガスが
混入されるから、バーナーの低温着火性の向上、起動性
ないしは負荷応答性の向上に有利になる。
【００１０】また、本発明は、上述の如き熱供給装置に
おいて、上記バーナーの起動時に上記第２燃料供給系か
ら改質ガスを供給し、この改質ガスの触媒燃焼によるバ
ーナーの予熱後に上記第１燃料供給系から燃料ガスを供
給する燃料供給制御手段を備えていることを特徴とす
る。
おいて、上記バーナーの起動時に上記第２燃料供給系か
ら改質ガスを供給し、この改質ガスの触媒燃焼によるバ
ーナーの予熱後に上記第１燃料供給系から燃料ガスを供
給する燃料供給制御手段を備えていることを特徴とす
る。
【００１１】従って、バーナーの起動を触媒燃焼し易い
水素含有ガスで行なうから、低温時でも、触媒温度が水
素の触媒燃焼によって速やかに立ち上がり、起動性が向
上する。
水素含有ガスで行なうから、低温時でも、触媒温度が水
素の触媒燃焼によって速やかに立ち上がり、起動性が向
上する。
【００１２】また、本発明は、水素を燃料として発電す
る燃料電池本体と、該燃料電池本体の廃熱を熱交換によ
って回収して供給する熱回収手段とを備えている電・熱
併給システムにおいて、触媒燃焼方式のバーナーと、上
記バーナーに燃料ガスを供給する第１燃料供給系と、上
記バーナーに上記燃料電池本体の水素を含有する燃料排
ガスを供給する第２燃料供給系と、上記バーナーの燃焼
熱を熱交換によって給湯用の水に移す熱交換手段とを備
えていることを特徴とする。
る燃料電池本体と、該燃料電池本体の廃熱を熱交換によ
って回収して供給する熱回収手段とを備えている電・熱
併給システムにおいて、触媒燃焼方式のバーナーと、上
記バーナーに燃料ガスを供給する第１燃料供給系と、上
記バーナーに上記燃料電池本体の水素を含有する燃料排
ガスを供給する第２燃料供給系と、上記バーナーの燃焼
熱を熱交換によって給湯用の水に移す熱交換手段とを備
えていることを特徴とする。
【００１３】すなわち、上記バーナーは、燃料電池を利
用した電・熱併給システムにおいて燃料電池本体の廃熱
を利用した熱供給を補うものとして働くが、触媒燃焼し
易い水素を含有する燃料排ガスが供給されるから、バー
ナーの低温着火性の向上、起動性ないしは負荷応答性の
向上に有利になる。また、このバーナーは給湯用の水に
よって熱を奪われるが、それによって触媒温度が低くな
っても、水素が触媒燃焼するため、立ち消え状態になる
ことが避けられる。
用した電・熱併給システムにおいて燃料電池本体の廃熱
を利用した熱供給を補うものとして働くが、触媒燃焼し
易い水素を含有する燃料排ガスが供給されるから、バー
ナーの低温着火性の向上、起動性ないしは負荷応答性の
向上に有利になる。また、このバーナーは給湯用の水に
よって熱を奪われるが、それによって触媒温度が低くな
っても、水素が触媒燃焼するため、立ち消え状態になる
ことが避けられる。
【００１４】また、本発明は、上述の如き電・熱併給シ
ステムにおいて、上記バーナーの起動時に上記第２燃料
供給系から燃料排ガスを供給し、この燃料排ガスの触媒
燃焼によるバーナーの予熱後に上記第１燃料供給系から
燃料ガスを供給する燃料供給制御手段を備えていること
を特徴とする。
ステムにおいて、上記バーナーの起動時に上記第２燃料
供給系から燃料排ガスを供給し、この燃料排ガスの触媒
燃焼によるバーナーの予熱後に上記第１燃料供給系から
燃料ガスを供給する燃料供給制御手段を備えていること
を特徴とする。
【００１５】従って、バーナーの起動を触媒燃焼し易い
水素含有ガスで行なうから、バーナーの触媒温度が水素
の触媒燃焼によって速やかに立ち上がり、起動性が向上
する。
水素含有ガスで行なうから、バーナーの触媒温度が水素
の触媒燃焼によって速やかに立ち上がり、起動性が向上
する。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００１７】＜実施形態１＞図１に示す熱供給装置にお
いて、１は燃料ガスとしての都市ガスを燃焼させる触媒
（Ｐｔ又はＰｄ系の触媒）が設けられたバーナー、２は
給湯路である。バーナー１には都市ガス供給源４が第１
燃料供給通路（第１燃料供給系）５によって接続されて
いる。この第１燃料供給通路５には開閉弁６が設けられ
ているとともに、この開閉弁６を迂回する第２燃料供給
通路（第２燃料供給系）７が接続されている。この第２
燃料供給通路７に都市ガスを部分酸化反応によって水素
を含むガスに改質する改質器８が設けられている。
いて、１は燃料ガスとしての都市ガスを燃焼させる触媒
（Ｐｔ又はＰｄ系の触媒）が設けられたバーナー、２は
給湯路である。バーナー１には都市ガス供給源４が第１
燃料供給通路（第１燃料供給系）５によって接続されて
いる。この第１燃料供給通路５には開閉弁６が設けられ
ているとともに、この開閉弁６を迂回する第２燃料供給
通路（第２燃料供給系）７が接続されている。この第２
燃料供給通路７に都市ガスを部分酸化反応によって水素
を含むガスに改質する改質器８が設けられている。
【００１８】改質器８には、部分酸化反応に活性を呈す
る触媒（Ｒｈ又はＲｕをＡｌ2Ｏ3に担持させてなる触
媒）が設けられ、また、この改質器８を予熱するための
電気ヒータ（図示省略）が設けられているとともに、部
分酸化反応用の空気を供給する空気供給通路９が接続さ
れている。
る触媒（Ｒｈ又はＲｕをＡｌ2Ｏ3に担持させてなる触
媒）が設けられ、また、この改質器８を予熱するための
電気ヒータ（図示省略）が設けられているとともに、部
分酸化反応用の空気を供給する空気供給通路９が接続さ
れている。
【００１９】上記給湯路３は、水源１０と、この水源１
０から延設され上記バーナー１の燃焼熱を熱交換によっ
て冷却水（熱媒）に移す熱交換部１１を有する水通路１
２とを備えている。
０から延設され上記バーナー１の燃焼熱を熱交換によっ
て冷却水（熱媒）に移す熱交換部１１を有する水通路１
２とを備えている。
【００２０】また、上記都市ガス供給源４及び開閉弁６
の作動を制御するために燃料供給制御手段１３が設けら
れている。すなわち、この制御手段１３は、当該熱供給
装置の起動信号を受けて、上記電気ヒータを一定時間オ
ンにし、都市ガス供給源４を供給作動させる一方、上記
開閉弁６を閉にし、所定時間後に開閉弁６を開とするも
のである。この所定時間は、バーナー１の予熱に要する
時間であり、予め実験により求めて定められる。また、
電気ヒータの作動時間は開閉弁６の閉時間よりも短い。
の作動を制御するために燃料供給制御手段１３が設けら
れている。すなわち、この制御手段１３は、当該熱供給
装置の起動信号を受けて、上記電気ヒータを一定時間オ
ンにし、都市ガス供給源４を供給作動させる一方、上記
開閉弁６を閉にし、所定時間後に開閉弁６を開とするも
のである。この所定時間は、バーナー１の予熱に要する
時間であり、予め実験により求めて定められる。また、
電気ヒータの作動時間は開閉弁６の閉時間よりも短い。
【００２１】従って、上記熱供給装置を起動させると、
電気ヒータが作動することによって改質器８の触媒が活
性になるとともに、開閉弁６が閉じられることによって
都市ガスは第２燃料供給通路７の改質器８を通ってバー
ナー１に供給されることになる。改質器８では都市ガス
の部分酸化反応によって水素が生成され、従って、この
改質器８からは水素、未改質の都市ガス及び空気を含有
する改質ガスがバーナー１に供給されることになる。改
質器８での部分酸化反応は発熱反応であるから、一旦反
応が始まったら、その後の電気ヒータによる改質器８の
触媒の加熱は不要であり、この電気ヒータの作動時間は
短時間でよい。
電気ヒータが作動することによって改質器８の触媒が活
性になるとともに、開閉弁６が閉じられることによって
都市ガスは第２燃料供給通路７の改質器８を通ってバー
ナー１に供給されることになる。改質器８では都市ガス
の部分酸化反応によって水素が生成され、従って、この
改質器８からは水素、未改質の都市ガス及び空気を含有
する改質ガスがバーナー１に供給されることになる。改
質器８での部分酸化反応は発熱反応であるから、一旦反
応が始まったら、その後の電気ヒータによる改質器８の
触媒の加熱は不要であり、この電気ヒータの作動時間は
短時間でよい。
【００２２】バーナー１では上記改質ガス中の水素が触
媒燃焼するため、その反応熱で触媒温度が高まり、改質
ガス中の未改質の都市ガスも触媒燃焼するようになる。
そうして、所定時間後、すなわち、バーナー１の触媒温
度が４００℃程度まで上昇した後、上記開閉弁６が開に
なり、都市ガスは主として第１燃料供給通路５を通って
バーナー１に供給されるようになる。このときは、バー
ナー１の触媒温度が高くなっているから、都市ガスは効
率良く触媒燃焼する。
媒燃焼するため、その反応熱で触媒温度が高まり、改質
ガス中の未改質の都市ガスも触媒燃焼するようになる。
そうして、所定時間後、すなわち、バーナー１の触媒温
度が４００℃程度まで上昇した後、上記開閉弁６が開に
なり、都市ガスは主として第１燃料供給通路５を通って
バーナー１に供給されるようになる。このときは、バー
ナー１の触媒温度が高くなっているから、都市ガスは効
率良く触媒燃焼する。
【００２３】以上のように、起動当初はバーナー１に対
して水素を含有する改質ガスが供給されるから、低温時
であっても該バーナー１の触媒が都市ガスを燃焼させる
に必要な活性温度に速やかに立ち上がり、早期に給湯可
能となる。
して水素を含有する改質ガスが供給されるから、低温時
であっても該バーナー１の触媒が都市ガスを燃焼させる
に必要な活性温度に速やかに立ち上がり、早期に給湯可
能となる。
【００２４】また、上記実施形態では上記所定時間後で
も都市ガスの一部が改質器８を通って改質され、この改
質ガスが第１燃料供給通路５の都市ガスに混入されてバ
ーナー１に供給されることになる。従って、給湯量が増
大して触媒温度が低下した場合でも、水素の触媒燃焼が
継続されるから、立ち消え防止に有利である。
も都市ガスの一部が改質器８を通って改質され、この改
質ガスが第１燃料供給通路５の都市ガスに混入されてバ
ーナー１に供給されることになる。従って、給湯量が増
大して触媒温度が低下した場合でも、水素の触媒燃焼が
継続されるから、立ち消え防止に有利である。
【００２５】なお、例えば上記第１燃料供給通路５と第
２燃料供給通路７との分岐点に方向切換弁を設けて、起
動時は都市ガスを第２燃料供給通路７に通し、バーナー
１の予熱後は都市ガスを第１燃料供給通路５のみからバ
ーナー１に供給するようにしてもよい。
２燃料供給通路７との分岐点に方向切換弁を設けて、起
動時は都市ガスを第２燃料供給通路７に通し、バーナー
１の予熱後は都市ガスを第１燃料供給通路５のみからバ
ーナー１に供給するようにしてもよい。
【００２６】また、バーナー１に温度センサを設け、こ
のセンサによって検出される触媒温度が所定温度（例え
ば４００℃）に達したときに、上記開閉弁６を閉から開
に切り換える、若しくは上記方向切換弁の切換作動を行
なうようにしてもよい。
のセンサによって検出される触媒温度が所定温度（例え
ば４００℃）に達したときに、上記開閉弁６を閉から開
に切り換える、若しくは上記方向切換弁の切換作動を行
なうようにしてもよい。
【００２７】＜実施形態２＞本実施形態は電・熱併給シ
ステムに関するものであり、図２に示されている。
ステムに関するものであり、図２に示されている。
【００２８】２１は触媒電極である空気極（カソード）
２２と同じく触媒電極である燃料極（アノード）２３と
を有する固体高分子電解質型の燃料電池本体であり、空
気極２２には空気ブロア（酸素供給源）２４が空気供給
通路３０によってエアフィルター６０を介して接続さ
れ、燃料極２３には燃料改質器２５が改質ガス供給通路
２９によって接続されている。改質ガス供給通路２９に
は、ＣＯ変成器２６及びＣＯ選択酸化反応器２７が燃料
電池本体２１に向かって順に設けられている。この燃料
改質器２５、ＣＯ変成器２６及びＣＯ選択酸化反応器２
７が燃料改質手段を構成している。なお、上記空気ブロ
ア２４に代えてコンプレッサーを用いてもよい。
２２と同じく触媒電極である燃料極（アノード）２３と
を有する固体高分子電解質型の燃料電池本体であり、空
気極２２には空気ブロア（酸素供給源）２４が空気供給
通路３０によってエアフィルター６０を介して接続さ
れ、燃料極２３には燃料改質器２５が改質ガス供給通路
２９によって接続されている。改質ガス供給通路２９に
は、ＣＯ変成器２６及びＣＯ選択酸化反応器２７が燃料
電池本体２１に向かって順に設けられている。この燃料
改質器２５、ＣＯ変成器２６及びＣＯ選択酸化反応器２
７が燃料改質手段を構成している。なお、上記空気ブロ
ア２４に代えてコンプレッサーを用いてもよい。
【００２９】燃料改質器２５には原燃料源（都市ガス）
２８が原料ガス供給通路５０により脱硫器５１を介して
接続されている。また、燃料改質器２５には、部分酸化
反応用の空気を供給すべく上記空気供給通路３０から分
岐した通路３０ａが接続されている。ＣＯ変成器２６に
は水蒸気供給源（図示省略）が接続されている。また、
ＣＯ選択酸化反応器２７にも選択酸化用の空気を供給す
べく上記空気供給通路３０から分岐した通路３０ｂが接
続されている。燃料改質器２５には起動用の電気ヒータ
（図示省略）が設けられている。燃料電池本体２１の空
気極２２及び燃料極２３の各排気口は排ガス通路３１に
よってオフガスバーナー３３に接続されている。
２８が原料ガス供給通路５０により脱硫器５１を介して
接続されている。また、燃料改質器２５には、部分酸化
反応用の空気を供給すべく上記空気供給通路３０から分
岐した通路３０ａが接続されている。ＣＯ変成器２６に
は水蒸気供給源（図示省略）が接続されている。また、
ＣＯ選択酸化反応器２７にも選択酸化用の空気を供給す
べく上記空気供給通路３０から分岐した通路３０ｂが接
続されている。燃料改質器２５には起動用の電気ヒータ
（図示省略）が設けられている。燃料電池本体２１の空
気極２２及び燃料極２３の各排気口は排ガス通路３１に
よってオフガスバーナー３３に接続されている。
【００３０】燃料電池本体２１の出力部はインバーター
３６を介して電力負荷（電気負荷）３７に接続されてい
る。一方、上記燃料改質手段３４、燃料電池本体２１及
びオフガスバーナー３３に対して熱回収手段３８が設け
られ。回収した熱を暖房、給湯に使用するように構成さ
れている。
３６を介して電力負荷（電気負荷）３７に接続されてい
る。一方、上記燃料改質手段３４、燃料電池本体２１及
びオフガスバーナー３３に対して熱回収手段３８が設け
られ。回収した熱を暖房、給湯に使用するように構成さ
れている。
【００３１】すなわち、熱回収手段３８は、燃料電池本
体２１、燃料電池本体２１の入口ガス、ＣＯ選択酸化反
応器２７、ＣＯ選択酸化反応器２７の入口ガス、ＣＯ変
成器２６、ＣＯ変成器２６の入口ガス、オフガスバーナ
ー３３の順でこれらから熱を熱交換によって受ける熱交
換部３９〜４４を有する冷却水通路４５、並びに冷却水
（熱媒）を循環させるポンプ４６を備え、回収した熱は
温水として貯湯タンク４７に蓄えるように構成されてい
る。また、燃料改質器２５の下流側の改質ガス供給通路
２９は、その廃熱を熱交換によって原燃料に与える熱交
換部４８を介してＣＯ変成器２６に続いている。
体２１、燃料電池本体２１の入口ガス、ＣＯ選択酸化反
応器２７、ＣＯ選択酸化反応器２７の入口ガス、ＣＯ変
成器２６、ＣＯ変成器２６の入口ガス、オフガスバーナ
ー３３の順でこれらから熱を熱交換によって受ける熱交
換部３９〜４４を有する冷却水通路４５、並びに冷却水
（熱媒）を循環させるポンプ４６を備え、回収した熱は
温水として貯湯タンク４７に蓄えるように構成されてい
る。また、燃料改質器２５の下流側の改質ガス供給通路
２９は、その廃熱を熱交換によって原燃料に与える熱交
換部４８を介してＣＯ変成器２６に続いている。
【００３２】また、上記原料ガス通路５０は脱硫器５１
の下流側から分岐し、この分岐原料ガス通路（第１燃料
供給系）５２が補助バーナー５３に都市ガス及び空気を
供給するように接続されている。さらに、この補助バー
ナー５３には、上記燃料電池本体２１の排ガス通路３１
から分岐した分岐排ガス通路（第２燃料供給系）５４が
接続されている。上記排ガス通路３１、分岐原料ガス通
路５２及び分岐排ガス通路５４の各々には開閉弁５５〜
５７が設けられ、これらは制御手段によって開閉制御さ
れるようになっている。
の下流側から分岐し、この分岐原料ガス通路（第１燃料
供給系）５２が補助バーナー５３に都市ガス及び空気を
供給するように接続されている。さらに、この補助バー
ナー５３には、上記燃料電池本体２１の排ガス通路３１
から分岐した分岐排ガス通路（第２燃料供給系）５４が
接続されている。上記排ガス通路３１、分岐原料ガス通
路５２及び分岐排ガス通路５４の各々には開閉弁５５〜
５７が設けられ、これらは制御手段によって開閉制御さ
れるようになっている。
【００３３】そうして、上記貯湯タンク４７から給湯路
５８が延設され、この給湯路５８は補助バーナー５３か
ら熱を熱交換によって受ける熱交換部５９を備え、この
熱交換部５９を介して給湯するようになっている。
５８が延設され、この給湯路５８は補助バーナー５３か
ら熱を熱交換によって受ける熱交換部５９を備え、この
熱交換部５９を介して給湯するようになっている。
【００３４】上記制御手段は、上記補助バーナー５３を
介して給湯する給湯起動時に分岐排ガス通路５４の開閉
弁５７を開として（必要に応じて、排ガス通路３１の開
閉弁５５を閉として）、燃料電池本体２１の水素及び空
気を含む排ガスを補助バーナー５３に供給し、所定の予
熱時間経過後に分岐原料ガス通路５２の開閉弁５６を開
とするものである。
介して給湯する給湯起動時に分岐排ガス通路５４の開閉
弁５７を開として（必要に応じて、排ガス通路３１の開
閉弁５５を閉として）、燃料電池本体２１の水素及び空
気を含む排ガスを補助バーナー５３に供給し、所定の予
熱時間経過後に分岐原料ガス通路５２の開閉弁５６を開
とするものである。
【００３５】上記燃料改質器２５には部分酸化反応に活
性を呈する触媒（Ｒｈ又はＲｕをＡｌ2Ｏ3に担持させて
なる触媒）が充填され、ＣＯ変成器２６には水性ガスシ
フト反応に活性を呈する触媒（ＰｔをＡｌ2Ｏ3に担持さ
せてなる触媒）が充填され、ＣＯ選択酸化反応器２７に
はＣＯの選択酸化反応に活性を呈する触媒（Ｒｕ又はＰ
ｔをＡｌ2Ｏ3又はゼオライトに担持させてなる触媒）が
充填され、オフガスバーナー３３及び補助バーナー５３
には燃焼用触媒（Ｐｔ又はＰｄ系の触媒）が充填されて
いる。
性を呈する触媒（Ｒｈ又はＲｕをＡｌ2Ｏ3に担持させて
なる触媒）が充填され、ＣＯ変成器２６には水性ガスシ
フト反応に活性を呈する触媒（ＰｔをＡｌ2Ｏ3に担持さ
せてなる触媒）が充填され、ＣＯ選択酸化反応器２７に
はＣＯの選択酸化反応に活性を呈する触媒（Ｒｕ又はＰ
ｔをＡｌ2Ｏ3又はゼオライトに担持させてなる触媒）が
充填され、オフガスバーナー３３及び補助バーナー５３
には燃焼用触媒（Ｐｔ又はＰｄ系の触媒）が充填されて
いる。
【００３６】上記電・熱併給システムにおいては、その
起動時には燃料改質器２５の触媒が活性を呈する温度に
なるまで、例えば４６０℃程度まで電気ヒータによって
加熱され、起動後は電気ヒータは停止される。燃料改質
器２５の触媒上では原燃料の部分酸化反応が起こり、水
素とＣＯとが生成する。燃料改質器２５を出た改質ガス
は、ＣＯ変成器２６へ送られ、そこの触媒上で生ずる水
性ガスシフト反応によってＣＯ濃度が低下する。ＣＯ変
成器２６を出た改質ガスはＣＯ選択酸化反応器２７へ送
られ、そこの触媒上で生ずるＣＯの選択酸化反応によっ
てＣＯ濃度がさらに低下する。ＣＯ選択酸化反応器２７
を出た改質ガスは燃料電池本体２１の燃料極２３に入
る。
起動時には燃料改質器２５の触媒が活性を呈する温度に
なるまで、例えば４６０℃程度まで電気ヒータによって
加熱され、起動後は電気ヒータは停止される。燃料改質
器２５の触媒上では原燃料の部分酸化反応が起こり、水
素とＣＯとが生成する。燃料改質器２５を出た改質ガス
は、ＣＯ変成器２６へ送られ、そこの触媒上で生ずる水
性ガスシフト反応によってＣＯ濃度が低下する。ＣＯ変
成器２６を出た改質ガスはＣＯ選択酸化反応器２７へ送
られ、そこの触媒上で生ずるＣＯの選択酸化反応によっ
てＣＯ濃度がさらに低下する。ＣＯ選択酸化反応器２７
を出た改質ガスは燃料電池本体２１の燃料極２３に入
る。
【００３７】燃料電池２１では燃料極２３の電極表面で
２Ｈ2→４Ｈ+＋４ｅ-、空気極２２の電極表面でＯ2＋４
Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2Ｏの電池反応を起こす。従って、空
気極２２の排ガスには電池反応に使われなかった余剰空
気と電池反応によって生じた水蒸気とが含まれる。一
方、燃料極２３の排ガスには電池反応に使用されなかっ
た水素、未改質の原燃料、空気及び水蒸気が含まれる。
この燃料極２３の排ガスに含まれる未反応水素及び未改
質の原燃料はオフガスバーナー３３又は補助バーナー５
３において触媒燃焼により除去される。
２Ｈ2→４Ｈ+＋４ｅ-、空気極２２の電極表面でＯ2＋４
Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2Ｏの電池反応を起こす。従って、空
気極２２の排ガスには電池反応に使われなかった余剰空
気と電池反応によって生じた水蒸気とが含まれる。一
方、燃料極２３の排ガスには電池反応に使用されなかっ
た水素、未改質の原燃料、空気及び水蒸気が含まれる。
この燃料極２３の排ガスに含まれる未反応水素及び未改
質の原燃料はオフガスバーナー３３又は補助バーナー５
３において触媒燃焼により除去される。
【００３８】上記燃料電池本体２１によって得られる電
力はインバーター３６によって直流から交流に変換され
て電力負荷（電気負荷）３７に供給される。一方、上記
燃料電池本体２１、燃料改質手段３４及びオフガスバー
ナー３３の熱は熱回収手段３８によって受け取られて貯
湯タンク４７に蓄えられ、暖房、給湯に使用される。
力はインバーター３６によって直流から交流に変換され
て電力負荷（電気負荷）３７に供給される。一方、上記
燃料電池本体２１、燃料改質手段３４及びオフガスバー
ナー３３の熱は熱回収手段３８によって受け取られて貯
湯タンク４７に蓄えられ、暖房、給湯に使用される。
【００３９】そうして、上記補助バーナー５３を介して
給湯する給湯起動時には、分岐排ガス通路５４の開閉弁
５７が開となって、燃料電池本体２１の水素及び空気を
含む排ガスが補助バーナー５３に供給される。これによ
り、補助バーナー５３ではこの排ガス中の水素が触媒燃
焼するため、その反応熱で触媒温度が高まる。所定の予
熱時間を経過すると（補助バーナー５３触媒温度が４０
０℃程度まで上昇すると）、分岐原料ガス通路５２の開
閉弁５６が開になって、補助バーナー５３には都市ガス
と上記排ガスとの混合ガスが供給されるようになる。こ
のときは、補助バーナー５３の触媒温度が高くなってい
るから、都市ガスは効率良く触媒燃焼し、高温での給湯
が可能になる。
給湯する給湯起動時には、分岐排ガス通路５４の開閉弁
５７が開となって、燃料電池本体２１の水素及び空気を
含む排ガスが補助バーナー５３に供給される。これによ
り、補助バーナー５３ではこの排ガス中の水素が触媒燃
焼するため、その反応熱で触媒温度が高まる。所定の予
熱時間を経過すると（補助バーナー５３触媒温度が４０
０℃程度まで上昇すると）、分岐原料ガス通路５２の開
閉弁５６が開になって、補助バーナー５３には都市ガス
と上記排ガスとの混合ガスが供給されるようになる。こ
のときは、補助バーナー５３の触媒温度が高くなってい
るから、都市ガスは効率良く触媒燃焼し、高温での給湯
が可能になる。
【００４０】このように、本実施形態においても、給湯
起動時に水素を含む排ガスが補助バーナー５３に供給さ
れるから、補助バーナー５３の温度が低い時でも触媒燃
焼が始まって温度が速やかに立ち上がり、早期給湯が可
能となる。また、上記所定時間経過後でも排ガスが補助
バーナー５３に供給されるから、給湯量が増大して触媒
温度が低下した場合でも、水素の触媒燃焼が維持され、
立ち消え防止に有利である。
起動時に水素を含む排ガスが補助バーナー５３に供給さ
れるから、補助バーナー５３の温度が低い時でも触媒燃
焼が始まって温度が速やかに立ち上がり、早期給湯が可
能となる。また、上記所定時間経過後でも排ガスが補助
バーナー５３に供給されるから、給湯量が増大して触媒
温度が低下した場合でも、水素の触媒燃焼が維持され、
立ち消え防止に有利である。
【００４１】燃料電池本体２１の排ガスを補助バーナー
５３に対して常時供給し、つまり給湯を行なっていない
ときでも排ガスの供給を継続することにより、この補助
バーナー５３を常に予熱した状態に保ち、給湯の際には
直ちに都市ガスを補助バーナー５３に供給し予熱時間零
で給湯できるようにする場合もある。
５３に対して常時供給し、つまり給湯を行なっていない
ときでも排ガスの供給を継続することにより、この補助
バーナー５３を常に予熱した状態に保ち、給湯の際には
直ちに都市ガスを補助バーナー５３に供給し予熱時間零
で給湯できるようにする場合もある。
【００４２】なお、補助バーナー５３に対する都市ガス
の供給を開始した後はこの補助バーナー５３に対する排
ガスの供給を遮断するようにしてもよい。
の供給を開始した後はこの補助バーナー５３に対する排
ガスの供給を遮断するようにしてもよい。
【００４３】また、補助バーナー５３に温度センサを設
け、このセンサによって検出される触媒温度が所定温度
（例えば４００℃）に達したときに、都市ガスの供給を
開始するようにしてもよい。
け、このセンサによって検出される触媒温度が所定温度
（例えば４００℃）に達したときに、都市ガスの供給を
開始するようにしてもよい。
【図１】本発明の実施形態１に係る熱供給装置の構成
図。
図。
【図２】本発明の実施形態２に係る電・熱併給システム
の構成図。
の構成図。
１，５３ バーナー ２，５８ 給湯路 ４，２８ 都市ガス供給源 ５ 第１燃料供給通路（第１燃料供給系） ６ 開閉弁 ７ 第２燃料供給通路（第２燃料供給系） ８ 改質器 ９ 空気供給通路 １１，５９ 熱交換部 １３ 制御手段 ２１ 燃料電池本体 ２５ 改質器 ３３ オフガスバーナー ３８ 熱回収手段 ４７ 貯湯タンク ３１ 排ガス通路 ５２ 分岐原料ガス通路 ５４ 分岐排ガス通路 ５５〜５７ 開閉弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 康令 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） 3L034 BA22 5H027 AA06 BA01 DD06 MM08
Claims (5)
- 【請求項１】 触媒燃焼方式のバーナーを備えた熱供給
装置において、 燃料ガスを上記バーナーに供給する第１燃料供給系と、 燃料ガスを部分酸化反応によって水素を含有するガスに
改質する改質器を備え、該改質ガスを上記バーナーに供
給する第２燃料供給系とを備えていることを特徴とする
熱供給装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載されている熱供給装置に
おいて、 上記第１燃料供給系及び第２燃料供給系の各々の燃料ガ
スが都市ガスであり、上記第２燃料供給系が上記第１燃
料供給系に上記改質ガスを該第１燃料供給系の都市ガス
に混入するように接続されていることを特徴とする熱供
給装置。 - 【請求項３】 請求項１に記載されている熱供給装置に
おいて、 上記バーナーの起動時に上記第２燃料供給系から改質ガ
スを供給し、この改質ガスの触媒燃焼によるバーナーの
予熱後に上記第１燃料供給系から燃料ガスをバーナーに
供給する燃料供給制御手段を備えていることを特徴とす
る熱供給装置。 - 【請求項４】 水素を燃料として発電する燃料電池本体
と、該燃料電池本体の廃熱を熱交換によって回収して供
給する熱回収手段とを備えている電・熱併給システムに
おいて、 触媒燃焼方式のバーナーと、 上記バーナーに燃料ガスを供給する第１燃料供給系と、 上記バーナーに上記燃料電池本体の水素を含有する燃料
排ガスを供給する第２燃料供給系と、 上記バーナーの燃焼熱を熱交換によって給湯用の水に移
す熱交換手段とを備えていることを特徴とする電・熱併
給システム。 - 【請求項５】 請求項４に記載されている電・熱併給シ
ステムにおいて、 上記バーナーの起動時に上記第２燃料供給系から燃料排
ガスを供給し、この燃料排ガスの触媒燃焼によるバーナ
ーの予熱後に上記第１燃料供給系から燃料ガスを供給す
る燃料供給制御手段を備えていることを特徴とする電・
熱併給システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37012299A JP2001183007A (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | 熱供給装置及び電・熱併給システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37012299A JP2001183007A (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | 熱供給装置及び電・熱併給システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001183007A true JP2001183007A (ja) | 2001-07-06 |
Family
ID=18496128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP37012299A Pending JP2001183007A (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | 熱供給装置及び電・熱併給システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001183007A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008226603A (ja) * | 2007-03-12 | 2008-09-25 | Osaka Gas Co Ltd | 燃料電池装置における熱回収システム |
-
1999
- 1999-12-27 JP JP37012299A patent/JP2001183007A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008226603A (ja) * | 2007-03-12 | 2008-09-25 | Osaka Gas Co Ltd | 燃料電池装置における熱回収システム |
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