JP2003007325A

JP2003007325A - 燃料電池アノードオフガスの燃焼器、水素製造装置および燃料電池発電システム

Info

Publication number: JP2003007325A
Application number: JP2001186848A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Kaneko; 朋子金子; Noriko Yoshida; 紀子吉田; Hisao Yamashita; 寿生山下; Tetsuro Okano; 哲朗岡野
Original assignee: Babcock Hitachi KK; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2003-01-10

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な制御で燃料電池のアノードオフガスを安
定に燃焼できる燃焼器を提供する。【解決手段】アノードオフガスと空気の供給口を供えた
第一予混合室２４と、アノードオフガスを燃焼する水素
燃焼触媒２５と、該水素燃焼触媒２５で生成する燃焼生
成ガスの流路に燃料電池の発電に供する水素の原燃料で
ある炭化水素あるいはアルコール類の供給口２６を供え
た第二予混合室２７と、炭化水素あるいはアルコール類
を燃焼する燃料燃焼触媒２８とを備えた燃料電池アノー
ドオフガスの燃焼器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池のアノー
ドから排出される未利用水素を含むガスの燃焼器、水素
製造装置および燃料電池発電システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】固体高分子形燃料電池（以下、ＰＥＦＣ
と略す）を用いた発電システムは、その効率の高さとコ
ンパクト性から、家庭用や自動車用の電源システムとし
ての用途が期待されている。

【０００３】ＰＥＦＣの燃料となる水素は、主に、イン
フラが整備されている都市ガスやガソリン等の炭化水素
を原料として、触媒上で水蒸気と反応させる燃料改質器
により製造される。炭化水素と水蒸気から水素を生成す
る水蒸気改質反応は吸熱反応であり、反応を促進，継続
させるためには常時、触媒を外部から加熱する必要があ
る。さらに、水蒸気改質反応の原料となる水蒸気の発生
にも熱源が必要であり、それらの熱源として、固体高分
子形燃料電池のアノードから排出されるオフガス（以
下、アノードオフガスと称す）に含まれる未利用水素を
使用することにより、システム効率の向上を図ることが
できる。

【０００４】ところが、オンサイト型の燃料電池発電シ
ステムのように負荷変動の激しいシステムでは、負荷変
動に伴いアノードオフガスの発生量や組成も急激に変動
する。特に、部分負荷で運転する場合は、燃焼器の燃料
ノズルに送られるアノードオフガス供給量が減少するた
め流速が減少して設計点から外れ、不安定燃焼や失火現
象を招き易いと云う不具合が生じる。さらに、アノード
オフガスが利用できない冷起動時には別の燃料を用いる
ために、起動時と定常運転時で燃料組成や発熱量が大き
く異なる。

【０００５】そこで、負荷急変時や部分負荷運転時の不
安定燃焼や失火現象を防止する方法として、特開昭５９
−２０３３７２号公報や特開平４−９８０１１号公報で
は、燃料や空気の供給量、圧力の変動にあまり影響され
ない触媒燃焼方式が、また、特開平２−２５６１３号公
報では、燃料ガス用ノズル，アノードオフガス用ノズル
および空気用ノズルとを同心的に配置し、燃料ガス用ノ
ズルに燃焼触媒もしくは改質触媒を充填し、燃料を燃焼
速度の早い水素に改質して燃焼性を向上させることによ
り、燃料切換え時の燃焼の安定化を図った燃焼器が提案
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】部分酸化式改質方式の
水素製造装置からなるＰＥＦＣ発電システムにおけるア
ノードオフガスは、Ｎ２濃度が高く燃焼性が悪い。よっ
て、起動時に燃料を都市ガス等の高カロリーの燃料から
アノードオフガスに切換える際、特に失火現象や温度異
常が生じ易い。

【０００７】この点において触媒燃焼式は、触媒が燃料
の着火温度以上に予熱されていれば通過するガスの流速
がよほど大きくない限り失火することはなく、バーナ方
式の燃焼器より信頼性が高い。しかし、触媒燃焼方式に
おいても、Ｎ２濃度の高いガスを安定に燃焼するために
は、低温着火性の良い燃焼触媒を使用する必要がある
が、その反面、低温着火性の良い触媒は耐熱性が低く、
耐熱温度以上の高温にならないようアノードオフガスの
組成や発生量に、空気供給量を追従させるための高度な
制御が必要であると云う問題があった。

【０００８】本発明の目的は、上記を解決した燃料電池
アノードオフガスの燃焼器、水素製造装置および燃料電
池発電システムを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の要旨は次のとおりである。

【００１０】燃料電池アノードオフガスの燃焼器におい
て、燃料電池アノードオフガスの供給口と空気の供給口
を備えた第一予混合室と、該第一予混合室に隣接して燃
料電池アノードオフガスに含まれる水素を常温で着火源
無しに燃焼できる水素燃焼触媒と、該水素燃焼触媒で燃
料電池アノードオフガスを燃焼して生成する燃焼生成ガ
スの流路に、燃料電池における発電に供する水素の原燃
料である炭化水素またはアルコール類の供給口を備えた
第二予混合室と、該第二予混合室に隣接し炭化水素また
はアルコール類を燃焼する燃料燃焼触媒を配置したもの
にある。

【００１１】本発明の燃焼器では、アノードオフガスの
燃焼には低温活性の高い燃焼触媒を、炭化水素またはア
ルコール類の燃焼には耐熱性の高い燃焼触媒をそれぞれ
用い、炭化水素またはアルコール類の燃焼触媒の上流に
アノードオフガスを燃焼する燃焼触媒を配置することに
ある。これによって、炭化水素またはアルコール類を燃
焼した高温の燃焼ガスが水素燃焼触媒を通過しないた
め、水素燃焼触媒の熱劣化を回避することができ、該触
媒の活性を長期に渡り維持することができる。

【００１２】また、本発明によれば、炭化水素またはア
ルコール類から水蒸気改質反応により水素を製造する水
素製造装置において、少なくとも燃焼部と、該燃焼部に
連通する燃焼ガス流路と、該燃焼ガス流路と隔壁で仕切
られた触媒室と、該触媒室へ炭化水素またはアルコール
類、および、水蒸気を供給する原料供給口と、前記触媒
室に充填された水蒸気改質反応を行う改質触媒と、前記
触媒室で生成した水素を含むガスを系外へ排出する生成
ガス出口とからなり、前記燃焼部が水素を主な可燃成分
として含むガスを常温で着火源無しに燃焼できる水素燃
焼触媒と、該水素燃焼触媒に隣接した水素を主な可燃成
分として含むガスと空気を混合する第一の予混合室と、
前記水素燃焼触媒の燃焼生成ガスと燃料電池の発電に供
する水素の原燃料である炭化水素またはアルコール類と
を混合する第二の予混合室と、該第二の予混合室に隣接
した炭化水素またはアルコール類を燃焼する燃料燃焼触
媒を備えた水素製造装置にある。

【００１３】起動時や負荷変動時のように、アノードオ
フガスの水素濃度が変動する場合でも失火を回避するた
めには、耐熱性よりも低温活性の高い燃焼触媒を用いる
必要がある。

【００１４】一方、冷起動時には、起動時間をできるだ
け短縮するため燃焼温度を高くすることが望まれてお
り、耐熱性の高い燃焼触媒を用いる必要がある。

【００１５】本発明に示すように、アノードオフガスの
燃焼に常温で水素を燃焼できる燃焼触媒を用いることに
より、希薄燃焼条件下でも失火の心配が無く、そのた
め、アノードオフガスの水素濃度が増加方向に変動した
場合でも、空気量の制御を行わずとも燃焼温度を耐熱温
度以下に維持できるように、予め大過剰な空気比条件に
設定できる。その結果、運転中の空気量の制御を省略あ
るいは制御の簡素化を図ることができる。

【００１６】一方、炭化水素またはアルコール類の燃焼
ガスは、水素燃焼触媒を通過しない配置になっているた
め、高温の燃焼ガスによる水素燃焼触媒の熱劣化を回避
することができる。即ち、冷起動時には炭化水素または
アルコール類を高温で燃焼でき、起動時間の短縮を図る
ことができる。

【００１７】また、本発明によれば、炭化水素またはア
ルコール類から水蒸気改質反応により水素を製造する水
素製造装置と、水素製造装置で生成した水素を含むガス
を燃料として発電する燃料電池を備えた燃料電池発電シ
ステムにおいて、前記水素製造装置が、少なくとも燃焼
部と、該燃焼部に連通する燃焼ガス流路と、該燃焼ガス
流路と隔壁で仕切られた触媒室と、該触媒室へ炭化水素
またはアルコール類および水蒸気を供給する原料供給口
と、前記触媒室に充填された水蒸気改質反応を行う改質
触媒と、前記触媒室で生成した水素を含むガスを系外へ
排出する生成ガス出口を有し、前記燃焼部が燃料電池の
アノードから排出される未利用水素を含むガスを常温で
着火源無しに燃焼できる水素燃焼触媒と、当該水素燃焼
触媒に隣接して燃料電池のアノードから排出される未利
用水素を含むガスと空気を混合する第一の予混合室と、
前記水素燃焼触媒の燃焼生成ガスと燃料電池における発
電に供する水素の原燃料である炭化水素またはアルコー
ル類とを混合する第二の予混合室と、該第二の予混合室
に隣接した炭化水素またはアルコール類を燃焼する燃料
燃焼触媒を備えた燃料電池発電システムにある。

【００１８】従来の触媒燃焼方式の水素製造装置を有す
る燃料電池発電システムでは、燃焼部の燃焼触媒を耐熱
温度以上の高温に曝さないために、燃料電池の負荷変動
に合わせて煩雑な燃焼制御を行っていた。しかし、本発
明による水素製造装置を有する燃料電池発電システムで
は、上記のようにアノードオフガス用の水素燃焼触媒を
高温劣化から保護する必要がないため、システム全体の
制御の簡略化を図ることができる。

【００１９】また、本発明によれば、アノードオフガス
の燃焼器と水素製造装置を独立させた燃料電池発電シス
テムにおいては、水素製造装置が、炭化水素またはアル
コール類から水蒸気改質反応、および／または、部分酸
化反応により水素を製造する水素製造装置と、該水素製
造装置で生成した水素を含むガスを燃料として発電する
燃料電池と、該燃料電池のアノードから排出される未利
用水素を含むガスを燃焼する燃焼器を備えた燃料電池発
電システムにおいて、前記燃焼器が、燃料電池のアノー
ドから排出されたガスの供給口と空気の供給口を備えた
第一予混合室と、該予混合室に隣接した燃料電池のアノ
ードから排出されたガスに含まれる水素を常温で着火源
無しに燃焼できる水素燃焼触媒と、該水素燃焼触媒の燃
焼生成ガスの流路に、燃料電池の発電に供する水素の原
燃料である炭化水素またはアルコール類の供給口を備え
た第二予混合室と、該第二予混合室に隣接した炭化水素
またはアルコール類を燃焼する燃料燃焼触媒とを配置し
た燃料電池発電システムにある。

【００２０】アノードオフガスを直接改質触媒の加熱に
使用しないシステムにおいても、本発明の燃焼器を備え
ることにより、運転制御を複雑にすることなくアノード
オフガスの持つエネルギーの有効利用を図ることができ
る。

【００２１】さらに、本発明による燃焼器の燃焼ガスの
保有する熱エネルギーを、水素製造の原料である水蒸気
の発生熱源として、さらには、部分酸化反応の原料であ
る空気の予熱のための熱源として利用することにより、
運転制御の簡素化と同時にシステム熱効率の向上とを図
ることができる。

【００２２】本発明に適用される炭化水素としてはメタ
ン，天然ガス（ＬＮＧ），プロパン，都市ガス等のガス
状炭化水素や、ナフサ，灯油，ガソリン，軽油等の液状
炭化水素等が主な対象であるが、バイオマスやプラスチ
ック等をガス化して得られる炭化水素を含むガスも対象
となる。また、適用可能なアルコール類としてはメタノ
ールやエタノール等の他にバイオマスから合成される混
合アルコール類等も対象となる。

【００２３】本発明で用いる燃焼触媒としては、通気抵
抗が少なく、かつ、単位体積当りの表面積の大きいモノ
リシス構造体を有する触媒担体が適しており、それに触
媒活性成分としてＰｄやＰｔ等の白金属の金属を担持し
たものが特に好ましいが、これら限定されるものではな
い。

【００２４】アノードオフガス燃焼用の燃焼触媒として
は、低温着火性を向上した活性成分比率に調整したもの
が適している。

【００２５】一方、炭化水素やアルコール類の燃焼触媒
としては、耐熱性に優れた触媒が好ましく、触媒担体と
して、熱膨張係数の小さいコージェライトや、層状結晶
構造を有するヘキサアルミネートのアルミニウム原子を
完全酸化活性のある遷移金属に置換したものを用いた触
媒が、特に好ましいがこれらに限定されるものではな
い。

【００２６】

【発明の実施の形態】〔実施例１〕図１は、本発明の
一実施例である燃料電池発電システム１００の構成の概
略を例示する概略構成図である。

【００２７】本実施例の燃料電池発電システム１００
は、水蒸気改質反応により都市ガスから水素を製造する
改質部１１と、本発明による燃焼器からなる燃焼部１２
と、水蒸気改質反応に供する水蒸気を製造する蒸気発生
部１３と、燃料電池１４を主な構成要素とする。最初に
燃料電池発電システム１００の全体構成について説明
し、次に、本発明の要部である燃焼部について図２を用
いて説明する。

【００２８】燃料電池システム１００は、都市ガスを水
蒸気改質して得られた水素を燃料として発電するシステ
ムである。改質部１１は、改質触媒、ＣＯシフト触媒、
ＣＯ選択酸化触媒を内部に備えた水素製造装置を有し、
水蒸気改質反応の熱源は隣接する燃焼部１２から与えら
れるように構成されている。

【００２９】また、都市ガスと共に水蒸気改質反応に供
する水蒸気は、燃焼部１２から排出される燃焼ガスの保
有する熱を利用して蒸気発生部１３で製造され、改質部
１１の改質触媒に供給される。

【００３０】燃料電池１４は、固体高分子形燃料電池で
あり、改質部で製造された水素を含む改質ガスはアノー
ド１５に導入される。燃料電池１４は自己加湿型の固体
高分子形燃料電池で、冷却と加湿のための水が供給され
る。また、カソード１６には空気が供給され、改質ガス
と共に発電に供される。次に、本発明の燃焼器から成る
燃焼部１２について説明する。

【００３１】図２は、本発明の燃焼器２００の構成の概
略を示す概略構成図である。本燃焼器２００は、燃焼室
２１、アノードオフガス供給口２２、空気供給口２３、
第一予混合室２４、水素燃焼触媒２５、燃料供給口２
６、第二予混合室２７、燃料燃焼触媒２８、燃焼ガス排
出口２９を主な構成とする。これらの構成要素について
順次説明する。

【００３２】第一予混合室２４は、水素燃焼触媒２５に
隣接する空間であり、燃料電池からアノードオフガスを
導入するアノードオフガス供給口２２と、燃焼用の空気
を導入する空気供給口２３を備えている。この第一予混
合室２４においてアノードオフガスと空気は、水素燃焼
触媒２５へ流入する前に十分に混合される。

【００３３】水素燃焼触媒２５と燃料燃焼触媒２８の間
には、水素製造の原料となる都市ガスを導入するための
燃料供給口２６を備えた第二予混合室２７が設けられて
いる。この第二予混合室２７において、隣接する水素製
造触媒２５を通過した空気、もしくは、アノードオフガ
スを燃焼して発生した燃焼ガスと都市ガスとが混合され
るようになっている。

【００３４】第二予混合室２７で十分に混合された空気
と都市ガスは、燃料燃焼触媒２８において完全に燃焼さ
れ、発生した燃焼ガスは燃焼室２１から燃焼ガス排出口
２９を介して取り出される。

【００３５】次に、燃料電池発電システム１００の起動
操作について説明する。まず始めに、燃焼部１２におけ
る空気供給口２３から燃焼室２１へ燃焼用空気の供給を
開始すると同時に、燃料燃焼触媒２８を都市ガスの着火
温度まで予熱するために、燃料燃焼触媒２８に付属する
起動用ヒータ（図示省略）を投入する。

【００３６】また、触媒燃焼を開始する前に、蒸気発生
部１３の蒸発管へ水の供給を開始すると共に、燃料電池
１４へ冷却と加湿のための水の供給を開始する。

【００３７】燃料燃焼触媒２８が都市ガスの着火温度ま
で加熱されたら、燃料供給口２６から都市ガスを第二予
混合室２７へ供給し触媒燃焼を開始する。燃焼部１２に
隣接する改質部１１では、都市ガスの燃焼熱により改質
触媒が加熱されると共に、燃焼ガス排出口２９から蒸気
発生部１３へ流入する燃焼ガスにより、蒸発管の内部を
循環する水が加熱され水蒸気が発生し始める。

【００３８】都市ガスの燃焼熱により改質部１１の改質
触媒が所定の温度に加熱されたら、蒸気発生部１３で製
造された所定の温度の水蒸気を改質触媒へ供給し、さら
に、都市ガスを改質触媒へ供給する。改質触媒上で水蒸
気改質反応により発生した改質ガスは、ＣＯシフト触媒
とＣＯ選択触媒を通過することでＣＯ濃度が１０ｐｐｍ
以下に低減され、燃料電池１４のアノード１５へ導入さ
れる。それに先立ちカソード１６へは空気が導入されて
おり、改質ガスの導入開始と同時に発電が開始される。

【００３９】また上記と同時に、改質ガスに含まれる水
素の２０％前後は、発電に供されずアノード１５から排
出されて、燃焼部１２のアノードオフガス供給口２２か
ら第一予混合室２４へ導入される。アノードオフガスに
含まれる水素は、水素燃焼触媒２５において直ちに燃焼
を開始し、第二予混合室２７のガス温度が上昇し始め
る。この第二予混合室２７のガス温度が所定の温度範囲
内に収まるように、第二予混合室２７へ供給する都市ガ
スの量を調整する。

【００４０】燃料燃焼触媒２８は高い耐熱性を有するた
め、燃焼温度の制御は、例えば、８００〜１０００℃で
通常の制御よりも裕度を持った制御が可能となる。従っ
て都市ガスの供給量制御は、段階的な制御で十分であ
る。

【００４１】また、空気量は、予め、燃焼するアノード
オフガスの量が最大値の時に、水素燃焼触媒２５におけ
る燃焼温度がその耐熱温度以下となる空気量に設定して
おくことができ、従来の燃焼器のように触媒の熱劣化を
回避するために煩雑な空気量の調整をする必要がない。
このことは、水素燃焼触媒２５として低温活性の高い触
媒を用いることができると云ことで、低負荷運転時のよ
うにアノードオフガス量が少ない場合でも、空気量の調
整無しに確実に水素を燃焼できる。

【００４２】〔実施例２〕図３は、本実施例の燃料電
池発電システム３００の構成の概略を示す概略構成図で
ある。燃料電池発電システム３００は、内部加熱方式の
水素製造装置からなる改質部３１と、本発明の燃焼器か
らなる燃焼部３２と、燃料電池３３を主な構成とする。

【００４３】最初に燃料電池発電システム３００の全体
構成について説明し、次に、本発明の要部である燃焼部
について説明する。

【００４４】本燃料電池システム３００は、都市ガスか
ら部分酸化反応と水蒸気改質反応により製造した水素を
燃料として発電するシステムである。

【００４５】改質部３１は、改質触媒、ＣＯシフト触
媒、ＣＯ選択酸化触媒を備えた内部加熱式の水素製造装
置からなる。この水素製造装置は、水蒸気改質反応の原
料となる水蒸気と都市ガスの他に、空気が導入されるよ
うになっており、都市ガスの水蒸気改質反応、酸化反
応、部分酸化反応が併発することにより、外部からの熱
の供給無しで水素を製造できる点に特徴がある。

【００４６】水素製造の原料として改質部に導入される
水蒸気は、燃焼部３２において燃焼ガスの保有する熱を
利用して製造される。また、水蒸気、都市ガス共に水素
製造装置に供給される空気も、燃焼部３２において燃焼
ガスの保有する熱により予熱されるよう構成されてい
る。

【００４７】燃料電池３３は固体高分子型燃料電池であ
り、改質部で製造された水素を含む改質ガスはアノード
３４に導入される。燃料電池３３は、自己加湿型の固体
高分子型燃料電池で、冷却と加湿のための水が供給され
る。また、カソード３５には空気が供給され、改質ガス
と共に発電に供されるようになっている。

【００４８】次に、本発明による燃焼器から成る燃焼部
３２について説明する。本燃焼部３２は、アノードオフ
ガス供給口３６、空気供給口３７、第一予混合室３８、
水素燃焼触媒３９、燃料供給口４０、第二予混合室４
１、燃料燃焼触媒４２、蒸発管４３、空気加熱管４４、
燃焼ガス排出口４５を主な構成要素とする。

【００４９】本燃焼部３２の主な動作は、図２に示した
燃焼器２００と同じであるが、燃焼ガスの流路に、蒸発
管４３と空気加熱管４４とを備えている点が特徴であ
る。

【００５０】燃料電池発電システム３００の起動操作
は、まず始めに、燃焼部３２における空気供給口３７か
ら第一予混合室３８へ燃焼用空気の供給を開始する。

【００５１】次いで、燃料燃焼触媒４２を都市ガスの着
火温度まで予熱するために、燃料燃焼触媒４２に付属す
る起動用ヒータ（図示省略）を投入する。また、触媒燃
焼を開始する前に、蒸発管４３へ水の供給を開始すると
共に、空気加熱管４４へ空気の供給を開始する。また、
燃料電池３３へ冷却と加湿のための水の供給を開始す
る。

【００５２】燃料燃焼触媒４２が、都市ガスの着火温度
まで加熱されたら、燃料供給口４０から都市ガスを供給
し触媒燃焼を開始する。都市ガスの燃焼により発生した
燃焼ガスにより、その流路に設置された蒸発管４３と空
気加熱管４４とが加熱され、内部を循環する水と空気が
所定の温度まで加熱される。

【００５３】水蒸気と空気が所定の温度に達したら、改
質部３１の改質触媒へ、水蒸気、都市ガス、予熱した空
気の順に供給する。改質触媒上では、空気中の酸素と都
市ガスの部分酸化反応もしくは酸化反応により反応熱が
発生し、その熱を受けて都市ガスと水蒸気による水蒸気
改質反応が進行し、改質ガスが生成する。

【００５４】部分酸化反応と水蒸気改質反応により生成
した水素を含む改質ガスは、ＣＯシフト触媒とＣＯ選択
触媒を通過することにより、ＣＯ濃度が１０ｐｐｍ以下
に低減され、燃料電池３３のアノード３４へ導入され
る。それに先立ちカソード３５へは空気が導入されてお
り、改質ガスの導入開始と同時に発電が開始される。

【００５５】また、それと同時に改質ガスに含まれる水
素の２０％前後は、発電に供されずアノード３４から排
出されて、燃焼部３２のアノードオフガス供給口３６へ
供給される。アノードオフガスに含まれる水素は、水素
燃焼触媒３９上で直ちに着火し、第二予混合室４１のガ
ス温度が上昇し始めるが、所定の温度範囲で一定になる
ように第二予混合室４１へ供給する都市ガスの量を、前
記の燃料電池発電システム２００と同様の操作により調
整する。

【００５６】このようにして、本発明による燃焼器を用
いることにより、水蒸気と空気の予熱の熱源としてアノ
ードオフガスを利用することができ、システムの熱効率
が大幅に向上する。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、制御用補機の削減と構
造の簡略化により、イニシャルコストの大幅な低減を図
ることができる。

【００５８】また、オフガス燃焼時の失火現象が回避さ
れるため、装置の安全性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池発電システムの概略構成図で
ある。

【図２】本発明のアノードオフガス燃焼器の構造図であ
る。

【図３】本発明の別の燃料電池発電システムの概略構成
図である。

【符号の説明】

１１，３１…改質部、１２，３２…燃焼部、１３…蒸気
発生部、１４，３３…燃料電池、１５，３４…アノー
ド、１６，３５…カソード、２１…燃焼室、２２，３６
…アノードオフガス供給口、２３，３７…空気供給口、
２４，３８…第一予混合室、２５，３９…水素燃焼触
媒、２６，４０…燃料供給口、２７，４１…第二予混合
室、２８，４２…燃料燃焼触媒、２９，４５…燃焼ガス
排出口、４３…蒸発管、４４…空気加熱管、１００，３
００…燃料電池発電システム、２００…燃焼器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 (72)発明者吉田紀子茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者山下寿生茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者岡野哲朗広島県呉立宝町６番９号バブコック日立株式会社呉事業所内Ｆターム(参考） 4G040 EA02 EA03 EA06 EB14 EB42 EB44 5H026 AA06 5H027 AA06 BA09 BC12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料電池アノードオフガスの供給口と空
気の供給口を備えた第一予混合室と、該第一予混合室に
隣接して燃料電池アノードオフガスに含まれる水素を常
温で着火源無しに燃焼できる水素燃焼触媒と、該水素燃
焼触媒で燃料電池アノードオフガスを燃焼し生成する燃
焼生成ガスの流路に、燃料電池の発電に供する水素の原
燃料である炭化水素またはアルコール類の供給口を備え
た第二予混合室と、該第二予混合室に隣接して炭化水素
またはアルコール類を燃焼する燃料燃焼触媒を配置した
ことを特徴とする燃料電池アノードオフガスの燃焼器。
【請求項２】前記水素燃焼触媒がモノリシス構造体を
有する触媒担体に、触媒活性成分として白金属の金属が
担持されている請求項１に記載の燃料電池アノードオフ
ガスの燃焼器。
【請求項３】炭化水素またはアルコール類から水蒸気
改質反応により水素を製造する水素製造装置において、
少なくとも燃焼部と、該燃焼部に連通する燃焼ガス流路
と、該燃焼ガス流路と隔壁で仕切られた触媒室と、該触
媒室へ炭化水素またはアルコール類および水蒸気を供給
する原料供給口と、前記触媒室に充填された水蒸気改質
反応を行う改質触媒と、前記触媒室で生成した水素を含
むガスを系外へ排出する生成ガス取出口を有し、前記燃焼部が、水素を主な可燃成分として含むガスを常
温で着火源無しに燃焼できる水素燃焼触媒と、該水素燃
焼触媒に隣接し、水素を主な可燃成分として含むガスと
空気を混合する第一の予混合室と、前記水素燃焼触媒で
発生する燃焼生成ガスと燃料電池の発電に供する水素の
原燃料である炭化水素またはアルコール類とを混合する
第二の予混合室と、該第二の予混合室に隣接し炭化水素
またはアルコール類を燃焼する燃料燃焼触媒を備えたこ
とを特徴とする水素製造装置。
【請求項４】炭化水素またはアルコール類から水蒸気
改質反応により水素を製造する水素製造装置と、水素製
造装置で生成した水素を含むガスを燃料として発電する
燃料電池を備えた燃料電池発電システムにおいて、前記水素製造装置が、少なくとも燃焼部と、該燃焼部に
連通する燃焼ガス流路と、該燃焼ガス流路と隔壁で仕切
られた触媒室と、該触媒室へ炭化水素またはアルコール
類および水蒸気を供給する原料供給口と、前記触媒室に
充填された水蒸気改質反応を行う改質触媒と、前記触媒
室で生成した水素を含むガスを系外へ排出する生成ガス
取出口を有し、前記燃焼部が、燃料電池のアノードから排出される未利
用水素を含むガスを常温で着火源無しに燃焼できる水素
燃焼触媒と、該水素燃焼触媒に隣接し燃料電池のアノー
ドから排出される未利用水素を含むガスと空気とを混合
する第一の予混合室と、前記水素燃焼触媒の燃焼生成ガ
スと、燃料電池の発電に供する水素の原燃料である炭化
水素またはアルコール類とを混合する第二の予混合室
と、該第二の予混合室に隣接し、炭化水素またはアルコ
ール類を燃焼する燃料燃焼触媒を備えたことを特徴とす
る燃料電池発電システム。
【請求項５】炭化水素またはアルコール類から水蒸気
改質反応およびまたは部分酸化反応により水素を製造す
る水素製造装置と、該水素製造装置で生成した水素を含
むガスを燃料として発電する燃料電池と、該燃料電池の
アノードから排出される未利用水素を含むガスを燃焼す
る燃焼器を備えた燃料電池発電システムにおいて、前記燃焼器が、燃料電池のアノードから排出されたガス
の供給口と空気の供給口を備えた第一予混合室と、該予
混合室に隣接し、燃料電池のアノードから排出されたガ
スに含まれる水素を常温で着火源無しに燃焼できる水素
燃焼触媒と、該水素燃焼触媒の燃焼生成ガスの流路に燃
料電池の発電に供する水素の原燃料である炭化水素また
はアルコール類の供給口を有する第二予混合室と、該第
二予混合室に隣接し、炭化水素またはアルコール類を燃
焼する燃料燃焼触媒を配置したことを特徴とする燃料電
池発電システム。
【請求項６】前記燃焼器で発生する燃焼ガスの保有す
る熱エネルギーを、水素製造の原料となる水蒸気の発生
熱源として用いた請求項５に記載の燃料電池発電システ
ム。
【請求項７】前記燃焼器で発生する燃焼ガスの保有す
る熱エネルギーを、水素製造の原料となる水蒸気の発生
熱源として用いると同時に、部分酸化反応の原料である
空気を予熱する熱源として用いた請求項５に記載の燃料
電池発電システム。