JP2002151128A - 燃料電池システム - Google Patents
燃料電池システムInfo
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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
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 空気供給器の負荷を低減する燃料電池システ
ムを提供する。 【解決手段】 起動時に理論空燃比よりもリッチに混合
した燃料と空気とからなる混合気を燃焼し、燃焼ガスを
改質器に供給する起動用燃焼器（１）と、を備える。前
記起動用燃焼器（１）は、その構造を内筒（７Ａ）、外
筒（７Ｂ）からなる二重管構造とし、内筒内側の内部空
間に可燃の燃料リッチ混合気を供給、燃焼して燃焼ガス
を生成し、内筒（７Ａ）と外筒（７Ｂ）との間の外部空
間に、燃焼ガス成分を調整するための酸化剤を供給し、
この酸化剤は燃焼ガスを可燃限界よりも燃料リッチな混
合気に調整するための燃料を内部空間に供給する噴射弁
（１４）の位置に対して燃焼ガスの流れ方向で同じ位置
かまたは下流において内部空間に供給する。
ムを提供する。 【解決手段】 起動時に理論空燃比よりもリッチに混合
した燃料と空気とからなる混合気を燃焼し、燃焼ガスを
改質器に供給する起動用燃焼器（１）と、を備える。前
記起動用燃焼器（１）は、その構造を内筒（７Ａ）、外
筒（７Ｂ）からなる二重管構造とし、内筒内側の内部空
間に可燃の燃料リッチ混合気を供給、燃焼して燃焼ガス
を生成し、内筒（７Ａ）と外筒（７Ｂ）との間の外部空
間に、燃焼ガス成分を調整するための酸化剤を供給し、
この酸化剤は燃焼ガスを可燃限界よりも燃料リッチな混
合気に調整するための燃料を内部空間に供給する噴射弁
（１４）の位置に対して燃焼ガスの流れ方向で同じ位置
かまたは下流において内部空間に供給する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は始動用燃焼器を備
えた燃料電池システムに用いられる改質器の改良に関す
る。
えた燃料電池システムに用いられる改質器の改良に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の改質器としては特開２０
００−６３１０１号公報に記載のものがある。
００−６３１０１号公報に記載のものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの従来
技術では、燃料電池システムの燃焼室への加熱用燃料の
供給は燃焼室に備えられた１つのインジェクタによって
行われる。したがって始動時、改質器に充填された改質
触媒に燃料がリッチな燃焼ガスを供給するためには、可
燃限界のリッチ空燃比よりもわずかにリーン側にしなけ
ればならず、改質器の昇温時間を一層短縮するためにさ
らに燃料を追加することは可燃限界空燃比を超えること
になりできない。あるいは多量の燃料と空気および希釈
用空気を供給しなければならず、その際に燃料噴射弁の
周囲からのみ空気を供給する場合には、圧力損失が大き
くなり、空気供給器の負荷が増大して電力消費が大きく
なる。あるいは燃料がリーンな燃焼ガスを生成する場
合、改質触媒を失活させない温度に燃焼ガス温度を抑制
するためには多量の空気の供給が必要となり前記と同様
に空気供給器の負荷が増大するという問題が懸念され
る。
技術では、燃料電池システムの燃焼室への加熱用燃料の
供給は燃焼室に備えられた１つのインジェクタによって
行われる。したがって始動時、改質器に充填された改質
触媒に燃料がリッチな燃焼ガスを供給するためには、可
燃限界のリッチ空燃比よりもわずかにリーン側にしなけ
ればならず、改質器の昇温時間を一層短縮するためにさ
らに燃料を追加することは可燃限界空燃比を超えること
になりできない。あるいは多量の燃料と空気および希釈
用空気を供給しなければならず、その際に燃料噴射弁の
周囲からのみ空気を供給する場合には、圧力損失が大き
くなり、空気供給器の負荷が増大して電力消費が大きく
なる。あるいは燃料がリーンな燃焼ガスを生成する場
合、改質触媒を失活させない温度に燃焼ガス温度を抑制
するためには多量の空気の供給が必要となり前記と同様
に空気供給器の負荷が増大するという問題が懸念され
る。
【０００４】そこで本発明は、このような問題を解決す
る、燃料改質装置を提供することを目的とする。
る、燃料改質装置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】第１の発明は、燃料と水
とからなる原燃料を気化する蒸発器と、気化した原燃料
ガスと空気とから改質ガスを生成する改質器と、前記改
質ガスと空気とから発電する燃料電池と、前記燃料電池
から排出された排改質ガスと排空気ガスとを燃焼する燃
焼器と、起動時に理論空燃比よりもリッチに混合した燃
料と空気とからなる混合気を燃焼し、燃焼ガスを改質器
に供給する起動用燃焼器と、を備えた燃料電池システム
において、前記起動用燃焼器は、その構造を内筒、外筒
からなる二重管構造とし、内筒内側の内部空間に可燃の
燃料リッチ混合気を供給、燃焼して燃焼ガスを生成し、
内筒と外筒との間の外部空間に、燃焼ガス成分を調整す
るための酸化剤を供給し、この酸化剤は燃焼ガスを可燃
限界よりも燃料リッチな混合気に調整するための燃料を
内部空間に供給する噴射弁の位置に対して、燃焼ガスの
流れ方向で同じ位置かまたは下流において内部空間に供
給される。
とからなる原燃料を気化する蒸発器と、気化した原燃料
ガスと空気とから改質ガスを生成する改質器と、前記改
質ガスと空気とから発電する燃料電池と、前記燃料電池
から排出された排改質ガスと排空気ガスとを燃焼する燃
焼器と、起動時に理論空燃比よりもリッチに混合した燃
料と空気とからなる混合気を燃焼し、燃焼ガスを改質器
に供給する起動用燃焼器と、を備えた燃料電池システム
において、前記起動用燃焼器は、その構造を内筒、外筒
からなる二重管構造とし、内筒内側の内部空間に可燃の
燃料リッチ混合気を供給、燃焼して燃焼ガスを生成し、
内筒と外筒との間の外部空間に、燃焼ガス成分を調整す
るための酸化剤を供給し、この酸化剤は燃焼ガスを可燃
限界よりも燃料リッチな混合気に調整するための燃料を
内部空間に供給する噴射弁の位置に対して、燃焼ガスの
流れ方向で同じ位置かまたは下流において内部空間に供
給される。
【０００６】第２の発明は、第１の発明において、前記
酸化剤は前記内筒の周方向に複数形成された供給孔から
内部空間に供給される。
酸化剤は前記内筒の周方向に複数形成された供給孔から
内部空間に供給される。
【０００７】第３の発明は、第１または２の発明におい
て、前記噴射弁は外部空間を貫通して設置される。
て、前記噴射弁は外部空間を貫通して設置される。
【０００８】第４の発明は、第１から３のいずれかの発
明において、前記噴射弁の噴射した燃料に酸化剤を混合
させる酸化剤供給部材を備える。
明において、前記噴射弁の噴射した燃料に酸化剤を混合
させる酸化剤供給部材を備える。
【０００９】
【発明の効果】第１の発明では、燃料電池システムにお
いて、起動用燃焼器は、その構造を内筒、外筒から形成
される２つの空間に分け、内筒内側の内部空間に可燃の
燃料リッチ混合気を供給、燃焼して燃焼ガスを生成し、
内筒と外筒との間の外部空間に、燃焼ガス成分を調整す
るための酸化剤を供給する。酸化剤は燃焼ガスを可燃限
界よりも燃料リッチな混合気に調整するための燃料を内
部空間に供給する噴射弁の位置に対して燃焼ガスの流れ
方向で同じ位置かまたは下流で内部空間に供給されるの
で、燃焼ガス成分を可燃限界を超えた空燃比に調整する
ことができる。また可燃の燃料リッチ混合気を形成する
ための酸化剤（例えば、空気）および燃料（例えば、メ
タノール）と、可燃の燃料リッチ混合気を燃焼させた燃
焼ガス成分を調整するための酸化剤および燃料とを供給
する供給孔を有するので圧力損失を小さくでき、酸化剤
および燃料の供給器の負荷を増大させることがない。ま
た外部空間を酸化剤が通過することにより、燃焼が継続
して内筒の温度が上昇した時に内筒を酸化剤で冷却する
ことができ、内筒内面に付着する炭化水素系燃料による
すすの生成が抑制される。また熱交換によって酸化剤も
昇温されるために噴射弁から噴霧される炭化水素系燃料
の気化を促進し、気化時間を短縮することができるた
め、起動燃焼器を小型化することができる。
いて、起動用燃焼器は、その構造を内筒、外筒から形成
される２つの空間に分け、内筒内側の内部空間に可燃の
燃料リッチ混合気を供給、燃焼して燃焼ガスを生成し、
内筒と外筒との間の外部空間に、燃焼ガス成分を調整す
るための酸化剤を供給する。酸化剤は燃焼ガスを可燃限
界よりも燃料リッチな混合気に調整するための燃料を内
部空間に供給する噴射弁の位置に対して燃焼ガスの流れ
方向で同じ位置かまたは下流で内部空間に供給されるの
で、燃焼ガス成分を可燃限界を超えた空燃比に調整する
ことができる。また可燃の燃料リッチ混合気を形成する
ための酸化剤（例えば、空気）および燃料（例えば、メ
タノール）と、可燃の燃料リッチ混合気を燃焼させた燃
焼ガス成分を調整するための酸化剤および燃料とを供給
する供給孔を有するので圧力損失を小さくでき、酸化剤
および燃料の供給器の負荷を増大させることがない。ま
た外部空間を酸化剤が通過することにより、燃焼が継続
して内筒の温度が上昇した時に内筒を酸化剤で冷却する
ことができ、内筒内面に付着する炭化水素系燃料による
すすの生成が抑制される。また熱交換によって酸化剤も
昇温されるために噴射弁から噴霧される炭化水素系燃料
の気化を促進し、気化時間を短縮することができるた
め、起動燃焼器を小型化することができる。
【００１０】第２の発明では、酸化剤は前記内筒の周方
向に複数形成された供給孔から内部空間に供給されるの
で、酸化剤を均一に供給して速やかに燃焼ガスと混合さ
せて燃焼ガスの温度をさらにＮＯｘが生成されない温度
まで低下させることができる。したがって改質器は失活
しないで、かつ改質器で改質反応を行うことのできる最
適な活性温度に制御することができる。
向に複数形成された供給孔から内部空間に供給されるの
で、酸化剤を均一に供給して速やかに燃焼ガスと混合さ
せて燃焼ガスの温度をさらにＮＯｘが生成されない温度
まで低下させることができる。したがって改質器は失活
しないで、かつ改質器で改質反応を行うことのできる最
適な活性温度に制御することができる。
【００１１】第３の発明では、噴射弁は外部空間を貫通
して設置されるので、外部空間を通過する酸化剤によっ
て噴射弁は冷却され、高温の燃焼ガスによる熱破損を防
止することができる。
して設置されるので、外部空間を通過する酸化剤によっ
て噴射弁は冷却され、高温の燃焼ガスによる熱破損を防
止することができる。
【００１２】第４の発明では、噴射弁の噴射した燃料に
酸化剤を混合させる酸化剤供給部材を備えるので、燃料
の微粒化および拡散を促進できるとともに、酸化剤は燃
焼ガスにより昇温されているため、さらなる気化促進が
図られ、気化時間が短くなることにより起動用燃焼器を
小型化することが可能となり、また噴射弁の周囲を酸化
剤が取り巻くので、噴射弁の冷却効果も期待できる。
酸化剤を混合させる酸化剤供給部材を備えるので、燃料
の微粒化および拡散を促進できるとともに、酸化剤は燃
焼ガスにより昇温されているため、さらなる気化促進が
図られ、気化時間が短くなることにより起動用燃焼器を
小型化することが可能となり、また噴射弁の周囲を酸化
剤が取り巻くので、噴射弁の冷却効果も期待できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１に本発明における燃料電池シ
ステムの構成を示す。
ステムの構成を示す。
【００１４】燃料電池システムは燃料（例えば、炭化水
素系燃料であるメタノール）と水からなる原燃料ガスか
ら水素リッチの改質ガスを生成する改質器１と、改質ガ
スが供給される一酸化炭素除去器２（以下、一酸化炭素
をＣＯと示す）と、ＣＯ除去器２で所定ＣＯ濃度以下に
ＣＯ濃度を低減された改質ガスが供給されるアノード極
３Ａと、空気供給源（例えば、コンプレッサ）４から酸
化剤としての空気（すなわち酸素）が供給されるカソー
ド極３Ｂとから構成される燃料電池スタック３と、燃料
電池スタック３から排出される排改質ガス（アノードガ
ス）と排空気ガス（カソードガス）とが供給され、燃焼
する燃焼器５と、燃焼器５から燃焼ガスを導入し、原燃
料のメタノールと水を気化させ、気化した原燃料ガスを
改質器１に供給する蒸発器６とから構成される。
素系燃料であるメタノール）と水からなる原燃料ガスか
ら水素リッチの改質ガスを生成する改質器１と、改質ガ
スが供給される一酸化炭素除去器２（以下、一酸化炭素
をＣＯと示す）と、ＣＯ除去器２で所定ＣＯ濃度以下に
ＣＯ濃度を低減された改質ガスが供給されるアノード極
３Ａと、空気供給源（例えば、コンプレッサ）４から酸
化剤としての空気（すなわち酸素）が供給されるカソー
ド極３Ｂとから構成される燃料電池スタック３と、燃料
電池スタック３から排出される排改質ガス（アノードガ
ス）と排空気ガス（カソードガス）とが供給され、燃焼
する燃焼器５と、燃焼器５から燃焼ガスを導入し、原燃
料のメタノールと水を気化させ、気化した原燃料ガスを
改質器１に供給する蒸発器６とから構成される。
【００１５】ＣＯ除去器２の下流には２方向切替弁１２
が設置され、ＣＯ除去器２が所定温度に達した時に改質
ガスは燃料電池スタック３に供給され、ＣＯ除去器２が
所定温度に達していない時には改質ガスは燃焼器５に供
給される。これはＣＯ除去器２の触媒が活性温度に達し
ていないためＣＯが十分除去されず、アノード極３Ａが
被爆するのを防止するためである。
が設置され、ＣＯ除去器２が所定温度に達した時に改質
ガスは燃料電池スタック３に供給され、ＣＯ除去器２が
所定温度に達していない時には改質ガスは燃焼器５に供
給される。これはＣＯ除去器２の触媒が活性温度に達し
ていないためＣＯが十分除去されず、アノード極３Ａが
被爆するのを防止するためである。
【００１６】さらにシステム始動時に改質器１に燃焼ガ
スを供給する起動用燃焼器７が改質器１の上流に備えら
れる。起動用燃焼器７は燃焼ガスによって改質器１を昇
温するとともに、改質器１からの改質ガスによって下流
のＣＯ除去器２、蒸発器６等が昇温される。起動用燃焼
器７は蒸発器６が所定温度に昇温したところで作動を中
止し、システムは定常運転に移行する。すなわち改質器
１には蒸発器６からの気化燃料ガスが供給されて運転が
継続される。
スを供給する起動用燃焼器７が改質器１の上流に備えら
れる。起動用燃焼器７は燃焼ガスによって改質器１を昇
温するとともに、改質器１からの改質ガスによって下流
のＣＯ除去器２、蒸発器６等が昇温される。起動用燃焼
器７は蒸発器６が所定温度に昇温したところで作動を中
止し、システムは定常運転に移行する。すなわち改質器
１には蒸発器６からの気化燃料ガスが供給されて運転が
継続される。
【００１７】また燃焼器５と蒸発器６と起動燃焼器７に
はメタノールのタンク８が接続され、ポンプ９によって
供給される。また蒸発器６に水を供給するための水タン
ク１０が設置されて、ポンプ１１によって蒸発器６に水
が供給される。
はメタノールのタンク８が接続され、ポンプ９によって
供給される。また蒸発器６に水を供給するための水タン
ク１０が設置されて、ポンプ１１によって蒸発器６に水
が供給される。
【００１８】コンプレッサ４からの空気は燃料スタック
３のカソード極３Ｂの他に、燃焼器５と起動用燃焼器７
に供給される。
３のカソード極３Ｂの他に、燃焼器５と起動用燃焼器７
に供給される。
【００１９】燃焼器５は燃焼器本体部５Ａと燃焼器ミキ
サ部５Ｂからなり、前述の燃焼器５に供給されるメタノ
ール、空気、排改質ガス等は燃焼器ミキサ部５Ｂに導入
され、燃焼器ミキサ部５Ｂでこれらを混合した上で、燃
焼器本体部５Ａに送られて燃焼される。
サ部５Ｂからなり、前述の燃焼器５に供給されるメタノ
ール、空気、排改質ガス等は燃焼器ミキサ部５Ｂに導入
され、燃焼器ミキサ部５Ｂでこれらを混合した上で、燃
焼器本体部５Ａに送られて燃焼される。
【００２０】なお燃焼器５から蒸発器６に導入された燃
焼ガスは原燃料を気化した後、大気中に排出される。
焼ガスは原燃料を気化した後、大気中に排出される。
【００２１】このような構成において、システム始動時
には、起動用燃焼器７から燃焼ガスが改質器１に導入さ
れて、触媒との部分酸化反応が促進され、改質器１の温
度が急速に高温となり、改質ガスを生成する。改質ガス
はＣＯ除去器２に供給されて、ＣＯの選択酸化反応を生
じ、ＣＯ除去器２は昇温するとともに、改質ガスを排出
する。ただし前述のようにＣＯ除去器２が所定温度に達
するまでは改質ガス中のＣＯ濃度が高いため、改質ガス
は切替弁１２を介して燃焼器５に送られる。燃焼器５で
は改質ガス中の水素、ＣＯ、および未燃メタノールをコ
ンプレッサ４から供給された空気により燃焼させて、そ
の燃焼ガスの熱によって、蒸発器６を加熱する。蒸発器
６が所定温度以上となった時点でタンク８、１０より、
メタノールと水が蒸発器６に供給されて気化され、原燃
料ガスが改質器１に供給される。改質器１では部分酸化
反応に加えて、水蒸気改質反応を行い、自立運転へ移行
する。
には、起動用燃焼器７から燃焼ガスが改質器１に導入さ
れて、触媒との部分酸化反応が促進され、改質器１の温
度が急速に高温となり、改質ガスを生成する。改質ガス
はＣＯ除去器２に供給されて、ＣＯの選択酸化反応を生
じ、ＣＯ除去器２は昇温するとともに、改質ガスを排出
する。ただし前述のようにＣＯ除去器２が所定温度に達
するまでは改質ガス中のＣＯ濃度が高いため、改質ガス
は切替弁１２を介して燃焼器５に送られる。燃焼器５で
は改質ガス中の水素、ＣＯ、および未燃メタノールをコ
ンプレッサ４から供給された空気により燃焼させて、そ
の燃焼ガスの熱によって、蒸発器６を加熱する。蒸発器
６が所定温度以上となった時点でタンク８、１０より、
メタノールと水が蒸発器６に供給されて気化され、原燃
料ガスが改質器１に供給される。改質器１では部分酸化
反応に加えて、水蒸気改質反応を行い、自立運転へ移行
する。
【００２２】ＣＯ除去器２が所定温度以上になった場合
には前述のように改質ガスは十分にＣＯ濃度が低い状態
になっており、切替弁１２を切り替えて改質ガスを燃料
電池スタック３に供給する。燃料電池スタック３で発電
を行った後に残留した排ガス（排改質ガスと排空気ガ
ス）は燃焼器５に供給されて燃焼され、蒸発器６をさら
に加熱する。蒸発器６が所定温度以上となった時点で、
メタノールと水が蒸発器６に供給されて気化され、原燃
料ガスが改質器１に供給される。蒸発器６の温度が所定
温度以上となった時点で、起動燃焼器７の運転を停止し
て、定常運転に移行する。
には前述のように改質ガスは十分にＣＯ濃度が低い状態
になっており、切替弁１２を切り替えて改質ガスを燃料
電池スタック３に供給する。燃料電池スタック３で発電
を行った後に残留した排ガス（排改質ガスと排空気ガ
ス）は燃焼器５に供給されて燃焼され、蒸発器６をさら
に加熱する。蒸発器６が所定温度以上となった時点で、
メタノールと水が蒸発器６に供給されて気化され、原燃
料ガスが改質器１に供給される。蒸発器６の温度が所定
温度以上となった時点で、起動燃焼器７の運転を停止し
て、定常運転に移行する。
【００２３】次に、図２を用いて起動用燃焼器７の詳細
形状について説明する。
形状について説明する。
【００２４】起動用燃焼器７は有底状の内筒７Ａと、内
筒７Ａと同軸上配置されて内筒７Ａとの間で空気通路１
３を形成する外筒７Ｂとの二重筒構成からなる。内筒７
Ａの開口端は改質器１に一体的に接続される。また底部
７Ｃにはメタノールと空気が噴射される噴孔７Ｄが形成
され、底部７Ｃの外部には略内筒７Ａと同軸に円筒部３
０、円筒部３１を介して、メタノールを噴霧する第１メ
タノール噴射弁１４が設置されている。第１メタノール
噴射弁１４の周囲には内筒７Ａ内に空気のスワール渦を
形成するスワラー１５が円筒部３１に設けられ、空気供
給部３２から供給された空気がメタノールと混合する。
筒７Ａと同軸上配置されて内筒７Ａとの間で空気通路１
３を形成する外筒７Ｂとの二重筒構成からなる。内筒７
Ａの開口端は改質器１に一体的に接続される。また底部
７Ｃにはメタノールと空気が噴射される噴孔７Ｄが形成
され、底部７Ｃの外部には略内筒７Ａと同軸に円筒部３
０、円筒部３１を介して、メタノールを噴霧する第１メ
タノール噴射弁１４が設置されている。第１メタノール
噴射弁１４の周囲には内筒７Ａ内に空気のスワール渦を
形成するスワラー１５が円筒部３１に設けられ、空気供
給部３２から供給された空気がメタノールと混合する。
【００２５】第１メタノール噴射弁１４はメタノールタ
ンク８に接続されポンプ９によってメタノールが供給さ
れるとともに、スワラー１５と空気通路１３にはコンプ
レッサ４から空気が供給される。空気通路１３に供給さ
れた空気は空気通路１３の最下流（最も改質器１寄り）
に設けられた複数の空気噴出孔１６から内筒７Ａ内に供
給される。空気噴出孔１６は周方向に等間隔に設けられ
る。
ンク８に接続されポンプ９によってメタノールが供給さ
れるとともに、スワラー１５と空気通路１３にはコンプ
レッサ４から空気が供給される。空気通路１３に供給さ
れた空気は空気通路１３の最下流（最も改質器１寄り）
に設けられた複数の空気噴出孔１６から内筒７Ａ内に供
給される。空気噴出孔１６は周方向に等間隔に設けられ
る。
【００２６】また内筒７Ａには内筒７Ａ内に噴霧された
メタノールに着火するグロープラグ１７が設置される。
さらにグロープラグ１７と空気噴出孔１６との間に第２
メタノール噴射弁１８が設置されて、内筒７Ａに設けら
れた噴孔１９からメタノールを内筒７Ａ内に噴霧する。
なお空気噴出孔１６の位置は本実施形態では最下流の位
置に設けたが、第２メタノール噴射弁１８と同じか下流
であればよい。
メタノールに着火するグロープラグ１７が設置される。
さらにグロープラグ１７と空気噴出孔１６との間に第２
メタノール噴射弁１８が設置されて、内筒７Ａに設けら
れた噴孔１９からメタノールを内筒７Ａ内に噴霧する。
なお空気噴出孔１６の位置は本実施形態では最下流の位
置に設けたが、第２メタノール噴射弁１８と同じか下流
であればよい。
【００２７】なお各噴射弁１４、１８は固定部材２２
Ａ、２２Ｂの中に設置された上で、所定位置に取付けら
れる。各噴射弁１４、１８と固定部材２２Ａ、２２Ｂと
の間にはシールが噴射弁の軸方向で上下２箇所（噴孔１
９側シール２０、外周側シール２１）に設けられてお
り、これらシール２０、２１によってシール性が確保さ
れておりメタノールや燃焼ガスが外部に漏れることはな
い。
Ａ、２２Ｂの中に設置された上で、所定位置に取付けら
れる。各噴射弁１４、１８と固定部材２２Ａ、２２Ｂと
の間にはシールが噴射弁の軸方向で上下２箇所（噴孔１
９側シール２０、外周側シール２１）に設けられてお
り、これらシール２０、２１によってシール性が確保さ
れておりメタノールや燃焼ガスが外部に漏れることはな
い。
【００２８】ここで起動用燃焼器７の作用につき説明す
る。
る。
【００２９】メタノールタンク８から供給された所定量
のメタノールが第１メタノール噴射弁１４から噴射さ
れ、スワラー１５で形成された空気のスワール渦と混合
して内筒７Ａ内に供給される。この混合ガスは可燃限界
内のメタノールリッチ混合ガスとして形成される。この
混合ガスは所定温度に昇温したグロープラグ１７によっ
て着火される。この時メタノールリッチの混合ガスはメ
タノール可燃リッチ限界付近の空燃比として混合されて
おり、燃焼ガスの温度はＮＯｘが発生する温度まで上昇
しないため、燃焼ガス中にＮＯｘはほとんど含まれな
い。
のメタノールが第１メタノール噴射弁１４から噴射さ
れ、スワラー１５で形成された空気のスワール渦と混合
して内筒７Ａ内に供給される。この混合ガスは可燃限界
内のメタノールリッチ混合ガスとして形成される。この
混合ガスは所定温度に昇温したグロープラグ１７によっ
て着火される。この時メタノールリッチの混合ガスはメ
タノール可燃リッチ限界付近の空燃比として混合されて
おり、燃焼ガスの温度はＮＯｘが発生する温度まで上昇
しないため、燃焼ガス中にＮＯｘはほとんど含まれな
い。
【００３０】第１メタノール噴射弁１４の下流に設置さ
れた第２メタノール噴射弁１８とさらにその下流の空気
噴出孔１６からのメタノールと空気の供給は、改質器１
に供給される燃焼ガスの組成を調整するためのもので、
すなわち、メタノールと空気の供給によって燃焼ガスを
可燃限界を超えたメタノールリッチの混合ガスとして、
改質器１に混合ガスを供給する。
れた第２メタノール噴射弁１８とさらにその下流の空気
噴出孔１６からのメタノールと空気の供給は、改質器１
に供給される燃焼ガスの組成を調整するためのもので、
すなわち、メタノールと空気の供給によって燃焼ガスを
可燃限界を超えたメタノールリッチの混合ガスとして、
改質器１に混合ガスを供給する。
【００３１】第２メタノール噴射弁１８からのガス組成
調整用燃料としてのメタノール噴霧は、第１メタノール
噴射弁１４とほぼ同時かあるいは所定時間遅らせて行
う。これにより改質器１でのメタノール部分酸化に必要
なメタノールを供給するとともに、メタノールの気化潜
熱により、メタノールの自己着火温度以下に冷却するこ
とができる。このときの燃焼ガスはメタノールリッチ燃
焼したことにより、酸素はほとんど含まれておらず、メ
タノールが酸化反応を起こすことはない。
調整用燃料としてのメタノール噴霧は、第１メタノール
噴射弁１４とほぼ同時かあるいは所定時間遅らせて行
う。これにより改質器１でのメタノール部分酸化に必要
なメタノールを供給するとともに、メタノールの気化潜
熱により、メタノールの自己着火温度以下に冷却するこ
とができる。このときの燃焼ガスはメタノールリッチ燃
焼したことにより、酸素はほとんど含まれておらず、メ
タノールが酸化反応を起こすことはない。
【００３２】コンプレッサ４から供給された空気は空気
通路１３を通過して内筒７Ａの下流側に設けた空気噴出
孔１６から内筒７Ａ内に噴出される。このガス組成調整
用空気を供給することにより、改質器１でのメタノール
部分酸化に必要な空気を供給するとともに、空気を均一
に供給して速やかに混合させて燃焼ガスの温度をさらに
ＮＯｘが生成されない温度まで低下させることができ
る。したがって改質器１は失活しないで、かつ改質器１
で改質反応を行うことのできる最適な活性温度に制御す
ることができる。
通路１３を通過して内筒７Ａの下流側に設けた空気噴出
孔１６から内筒７Ａ内に噴出される。このガス組成調整
用空気を供給することにより、改質器１でのメタノール
部分酸化に必要な空気を供給するとともに、空気を均一
に供給して速やかに混合させて燃焼ガスの温度をさらに
ＮＯｘが生成されない温度まで低下させることができ
る。したがって改質器１は失活しないで、かつ改質器１
で改質反応を行うことのできる最適な活性温度に制御す
ることができる。
【００３３】さらに空気通路１３を空気が通過すること
により、燃焼が継続して内筒７Ａの温度が上昇した時に
内筒７Ａを空気で冷却することができ、内筒７Ａ内面に
付着するメタノールによるすすの生成が抑制される。ま
た熱交換によって空気も昇温されるために第２メタノー
ル噴射弁１８から噴霧されるガス組成調整用燃料のメタ
ノールの気化を促進することができる。また気化時間を
短縮することができるため、起動燃焼器を小型化するこ
とができる。
により、燃焼が継続して内筒７Ａの温度が上昇した時に
内筒７Ａを空気で冷却することができ、内筒７Ａ内面に
付着するメタノールによるすすの生成が抑制される。ま
た熱交換によって空気も昇温されるために第２メタノー
ル噴射弁１８から噴霧されるガス組成調整用燃料のメタ
ノールの気化を促進することができる。また気化時間を
短縮することができるため、起動燃焼器を小型化するこ
とができる。
【００３４】図３に示す第２の実施形態について説明す
る。
る。
【００３５】これは第２メタノール噴射弁１８の噴孔１
９側とその噴孔側のシール２０を空気通路１３に露出す
るように設けたものである。このようにすることで高温
の燃焼ガスによって高温となる第２メタノール噴射弁１
８とシール２０を空気通路１３の空気によって冷却可能
となる。したがって第２メタノール噴射弁１８の破損を
防止し、破損によるメタノール噴射量制御不良を防ぐこ
とができる。またシール２０の熱による破損を防止でき
るので、破損による燃焼ガスの外部への漏洩を防止され
る。
９側とその噴孔側のシール２０を空気通路１３に露出す
るように設けたものである。このようにすることで高温
の燃焼ガスによって高温となる第２メタノール噴射弁１
８とシール２０を空気通路１３の空気によって冷却可能
となる。したがって第２メタノール噴射弁１８の破損を
防止し、破損によるメタノール噴射量制御不良を防ぐこ
とができる。またシール２０の熱による破損を防止でき
るので、破損による燃焼ガスの外部への漏洩を防止され
る。
【００３６】図４、図５、図６に第３の実施形態を示
す。
す。
【００３７】これは第２メタノール噴射弁１８の噴射し
たメタノール噴霧に新たな空気供給部材を設けて空気通
路１３の空気を混合、拡散させる構成である。第２メタ
ノール噴射弁１８と同軸に内筒７Ａに補助空気供給部材
２３が設置される。補助空気供給部材２３の中央に第２
メタノール噴射弁１８が設置され、メタノール噴霧が噴
孔１９から内筒７Ａ内に行われる。補助空気供給部材２
３には空気通路１３の空気を噴孔１９に噴出させる通路
２３Ａが周方向に複数設けられる。通路２３Ａの噴孔１
９の開口部２３Ｂは噴出した空気同士がぶつかり合わな
いよう、空気が噴孔１９の中心を同一方向に旋回するよ
うに形成される。このように形成されることで空気通路
１３からの空気は噴孔１９周りにスワール渦を形成し、
噴射されたメタノールと混合し、メタノールの微粒化お
よび拡散を促進することができる。さらに第２メタノー
ル噴射弁１８と補助空気供給部材２３とから供給される
メタノールと補助空気から形成される混合気は可燃限界
よりもメタノールリッチの混合気として、着火を極力抑
制することができる。また第２メタノール噴射弁１８を
空気によって冷却することができ、高温の燃焼ガスによ
る熱破損から噴射弁１８を守ることができる。
たメタノール噴霧に新たな空気供給部材を設けて空気通
路１３の空気を混合、拡散させる構成である。第２メタ
ノール噴射弁１８と同軸に内筒７Ａに補助空気供給部材
２３が設置される。補助空気供給部材２３の中央に第２
メタノール噴射弁１８が設置され、メタノール噴霧が噴
孔１９から内筒７Ａ内に行われる。補助空気供給部材２
３には空気通路１３の空気を噴孔１９に噴出させる通路
２３Ａが周方向に複数設けられる。通路２３Ａの噴孔１
９の開口部２３Ｂは噴出した空気同士がぶつかり合わな
いよう、空気が噴孔１９の中心を同一方向に旋回するよ
うに形成される。このように形成されることで空気通路
１３からの空気は噴孔１９周りにスワール渦を形成し、
噴射されたメタノールと混合し、メタノールの微粒化お
よび拡散を促進することができる。さらに第２メタノー
ル噴射弁１８と補助空気供給部材２３とから供給される
メタノールと補助空気から形成される混合気は可燃限界
よりもメタノールリッチの混合気として、着火を極力抑
制することができる。また第２メタノール噴射弁１８を
空気によって冷却することができ、高温の燃焼ガスによ
る熱破損から噴射弁１８を守ることができる。
【図１】 本発明の実施形態の全体構成図である。
【図２】 本発明の起動用燃焼器の構成図である。
【図３】 同じく第２実施形態の起動用燃焼器の構成図
である。
である。
【図４】 同じく第３実施形態の起動用燃焼器の構成図
である。
である。
【図５】 同じく第３の実施形態の補助空気供給部材の
詳細図である。
詳細図である。
【図６】 同じく図４の矢視Ａから見た補助空気供給部
材の通路形状を説明する図である。
材の通路形状を説明する図である。
１ 改質器 ２ ＣＯ除去器 ３ 燃料電池スタック ４ コンプレッサ ５ 燃焼器 ６ 蒸発器 ７ 起動用燃焼器 ７Ａ 内筒 ７Ｂ 外筒 １３ 空気通路 １４ 第１メタノール噴射弁 １８ 第２メタノール噴射弁 ２０ シール ２１ シール
Claims (4)
- 【請求項１】燃料と水とからなる原燃料を気化する蒸発
器と、 気化した原燃料ガスと空気とから改質ガスを生成する改
質器と、 前記改質ガスと空気とから発電する燃料電池と、 前記燃料電池から排出された排改質ガスと排空気ガスと
を燃焼する燃焼器と、 起動時に理論空燃比よりもリッチに混合した燃料と空気
とからなる混合気を燃焼し、燃焼ガスを改質器に供給す
る起動用燃焼器と、を備えた燃料電池システムにおい
て、 前記起動用燃焼器は、その構造を内筒、外筒からなる二
重管構造とし、内筒内側の内部空間に可燃の燃料リッチ
混合気を供給、燃焼して燃焼ガスを生成し、内筒と外筒
との間の外部空間に、燃焼ガス成分を調整するための酸
化剤を供給し、この酸化剤は燃焼ガスを可燃限界よりも
燃料リッチな混合気に調整するための燃料を内部空間に
供給する噴射弁の位置に対して燃焼ガスの流れ方向で同
じ位置かまたは下流において内部空間に供給されること
を特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項２】前記酸化剤は前記内筒の周方向に複数形成
された供給孔から内部空間に供給されることを特徴とす
る請求項１に記載の燃料電池システム。 - 【請求項３】前記噴射弁は外部空間を貫通して設置され
ることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池
システム。 - 【請求項４】前記噴射弁の噴射した燃料に酸化剤を混合
させる酸化剤供給部材を備えたことを特徴とする請求項
１から３のいずれかに記載の燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000344896A JP3632590B2 (ja) | 2000-11-13 | 2000-11-13 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000344896A JP3632590B2 (ja) | 2000-11-13 | 2000-11-13 | 燃料電池システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002151128A true JP2002151128A (ja) | 2002-05-24 |
| JP3632590B2 JP3632590B2 (ja) | 2005-03-23 |
Family
ID=18819025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000344896A Expired - Fee Related JP3632590B2 (ja) | 2000-11-13 | 2000-11-13 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3632590B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1375420A1 (en) * | 2002-06-24 | 2004-01-02 | Delphi Technologies, Inc. | Method and apparatus for fuel/air preparation for a fuel cell |
| EP1376726A3 (en) * | 2002-06-24 | 2005-10-26 | Delphi Technologies, Inc. | Solid-oxide fuel cell system having a fuel combustor to pre-heat a fuel reformer on start-up |
| WO2014052784A1 (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | Fuelcell Energy, Inc. | Flame stabilized mixer-eductor-oxidizer for high temperature fuel cells |
| WO2021079689A1 (ja) * | 2019-10-21 | 2021-04-29 | 株式会社豊田自動織機 | 改質装置及び改質システム |
| JP2021131169A (ja) * | 2020-02-18 | 2021-09-09 | 株式会社豊田自動織機 | 燃焼器、改質装置及び改質システム |
-
2000
- 2000-11-13 JP JP2000344896A patent/JP3632590B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1375420A1 (en) * | 2002-06-24 | 2004-01-02 | Delphi Technologies, Inc. | Method and apparatus for fuel/air preparation for a fuel cell |
| EP1376726A3 (en) * | 2002-06-24 | 2005-10-26 | Delphi Technologies, Inc. | Solid-oxide fuel cell system having a fuel combustor to pre-heat a fuel reformer on start-up |
| US7037349B2 (en) | 2002-06-24 | 2006-05-02 | Delphi Technologies, Inc. | Method and apparatus for fuel/air preparation in a fuel cell |
| US7410016B2 (en) | 2002-06-24 | 2008-08-12 | Delphi Technologies,Inc. | Solid-oxide fuel cell system having a fuel combustor to pre-heat reformer on start-up |
| EP2901519A4 (en) * | 2012-09-28 | 2016-05-18 | Fuelcell Energy Inc | FLAME STABILIZING MIXER-EJECTOR-OXIDANT FOR HIGH TEMPERATURE FUEL CELLS |
| US9190676B2 (en) | 2012-09-28 | 2015-11-17 | Fuelcell Energy, Inc. | Flame stabilized mixer-eductor-oxidizer for high temperature fuel cells |
| WO2014052784A1 (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | Fuelcell Energy, Inc. | Flame stabilized mixer-eductor-oxidizer for high temperature fuel cells |
| KR101750636B1 (ko) | 2012-09-28 | 2017-06-23 | 퓨얼 셀 에너지, 인크 | 고온 연료전지를 위한 화염 안정된 혼합기-이덕터-산화기 |
| US10312531B2 (en) | 2012-09-28 | 2019-06-04 | Fuelcell Energy, Inc. | Flame stabilized mixer-eductor-oxidizer for high temperature fuel cells |
| WO2021079689A1 (ja) * | 2019-10-21 | 2021-04-29 | 株式会社豊田自動織機 | 改質装置及び改質システム |
| CN114555515A (zh) * | 2019-10-21 | 2022-05-27 | 株式会社丰田自动织机 | 改性装置以及改性系统 |
| JP2021131169A (ja) * | 2020-02-18 | 2021-09-09 | 株式会社豊田自動織機 | 燃焼器、改質装置及び改質システム |
| JP7380300B2 (ja) | 2020-02-18 | 2023-11-15 | 株式会社豊田自動織機 | 燃焼器、改質装置及び改質システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3632590B2 (ja) | 2005-03-23 |
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