JP2003183001A - 触媒燃焼器 - Google Patents

触媒燃焼器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池システムないし改質装置の起動時の
未燃燃料の排出量を低減し、かつ起動時間を短縮する。 【解決手段】 燃料改質装置の起動時に液体燃料を供給
する燃料噴射弁１１と、燃焼触媒１０とを有する触媒燃
焼器９において、前記液体燃料の噴射量Ｑｆが、燃料噴
射開始後の所定時間内ｔ１においては第１の噴射量Ｑｆ
１に設定し、所定時間以降においてはＱｆ１よりも大き
な第２の噴射量Ｑｆ２に設定する。起動後経過時間がｔ
１内の低温時には触媒での着火燃焼が可能な程度の小噴
射量Ｑｆ１に設定することで未燃燃料の排出量を低減す
る。ｔ１経過後は燃料をＱｆ２に増量することで燃焼触
媒での発熱量を増大し、触媒およびその下流に設けた熱
交換器を急速に昇温する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池システムの
改質装置に用いられる触媒燃焼器に関し、特に起動時の
未燃燃料の排出量を低減するための燃料と酸素含有ガス
の供給に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】燃料電池に供給する燃
料ガスを得るために、メタノールのような常温において
液体である炭化水素系燃料から水素含有ガスを生成する
改質反応を行わせる場合、液体状燃料と水とを予め気化
させた状態で供給する必要がある。このために、一般に
燃料電池システム内には液状燃料および水を気化させる
ための熱交換器または蒸発器が設けられている。また、
燃料電池や燃料改質器内の触媒は、発電や改質の効率、
耐久性の観点から運転中に適切な温度に制御する必要が
ある。このために、燃料電池システム内には起動時にこ
れらが流通する冷媒を加熱するための熱交換器も設けら
れている。
【０００３】これらの蒸発器あるいは熱交換器に必要と
される熱は、多くの場合、燃料電池からの排水素ガスと
排空気とを、あるいは改質ガスと空気とを燃焼させる触
媒燃焼器（排水素燃焼器）からの燃焼ガスによりまかな
われる。しかしながら、燃料電池システムを起動する際
には燃焼器で燃焼させる含燃料ガス、すなわち改質ガス
あるいは排水素ガスが得られないか、あるいはその発生
量が不十分であるために、燃料ガスを生成する起動時の
みを対象とした電気ヒータやボイラ等の付加的な熱源を
設ける必要があり、システムの大型化や重量の増加を招
くという問題点がある。
【０００４】この様な課題に対し、例えば特開2001−52
730号公報に記載のように、燃料電池システム起動時
に、蒸発器に導入する液体燃料の一部もしくは異なる液
体燃料と燃焼用空気とを排水素燃焼器に導入して予備燃
焼させ、この燃焼ガスを蒸発器に流入させることで燃料
改質器内へ供給する気化燃料を生成し、部品点数の削減
とシステムの小型軽量化を図るようにしたものが知られ
ている。しかしながら、前記従来技術は、起動直後であ
って排水素燃焼器の触媒の温度が低い期間、すなわち触
媒活性が低い期間は、排水素燃焼器内で噴霧された燃料
の一部が未燃となって排出されてしまうという問題があ
る。
【０００５】本発明の目的は、このような従来の問題点
を解消し、燃料電池システムに用いられる蒸発器や燃料
改質器などの種々の機器を急速に昇温させることが可能
で、燃料電池システム全体の起動時間を短縮することが
できる触媒燃焼器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、燃料改質
装置に備えられる触媒燃焼器であって、前記燃料改質装
置の起動時に液体燃料を供給する燃料噴射弁と、燃焼触
媒とを有する触媒燃焼器において、前記液体燃料の噴射
量が、燃料噴射開始後の所定時間内においては第１の噴
射量に設定され、所定時間以降においては前記第１の噴
射量よりも大きな第２の噴射量に設定されていることを
特徴とする。
【０００７】第２の発明は、燃料改質装置に備えられる
触媒燃焼器であって、前記燃料改質装置の起動時に液体
燃料を供給する燃料噴射弁と、燃焼触媒とを有する触媒
燃焼器において、前記燃焼触媒の温度を検出する触媒温
度検出手段を備え、前記液体燃料の噴射量が、触媒温度
が所定の温度以下であるときには第１の噴射量に設定さ
れ、触媒温度が所定温度を超過した温度域では前記第１
の噴射量よりも大きな第２の噴射量に設定されているこ
とを特徴とする。
【０００８】第３の発明は、前記各発明において、触媒
燃焼器に供給される酸素含有ガス量が、燃料噴射量に応
じて、空気過剰率一定となるように制御されるものとし
た。
【０００９】第４の発明は、前記第１の発明において、
触媒燃焼器に供給される酸素含有ガス量が、燃料噴射開
始後の所定時間内においては第１の空気過剰率となり、
所定時間以降においては前記第１の空気過剰率より高い
第２の空気過剰率となるように設定されているものとし
た。
【００１０】第５の発明は、前記第２の発明において、
触媒燃焼器に供給される酸素含有ガス量が、触媒温度が
所定の温度以下であるときに第１の空気過剰率となり、
触媒温度が所定温度を超えた温度領域では前記第１の空
気過剰率より高い第２の空気過剰率となるように設定さ
れているものとした。
【００１１】第６の発明は、前記各発明において、燃料
噴射弁と燃焼触媒との間にグロープラグが設けられてい
るものとした。
【００１２】第７の発明は、前記第１の噴射量が触媒に
おいて着火が可能な最小限の噴射量に設定され、前記第
２の噴射量が定常状態において所定の触媒温度となる噴
射量に設定されるものとした。
【００１３】第８の発明は、前記第１の空気過剰率が窒
素酸化物生成量が許容量以下となる限度内で低く設定さ
れ、前記第２の空気過剰率が定常状態において所定の触
媒温度となるように設定されるものとした。
【００１４】
【作用・効果】前記第１の発明によれば、燃料電池シス
テムないし燃料改質装置の起動直後で燃焼触媒温度が低
く触媒の活性が不十分であり、供給された燃料の一部が
未燃のまま排出される期間内においては、触媒燃焼器に
供給される液体燃料の噴射量を第１の噴射量、例えば燃
焼触媒において着火が可能な最小限の噴射量に設定する
ことで未燃燃料の排出量を低減することができる。続い
て、この期間での燃焼により触媒が昇温活性化され、燃
料がほぼ全量燃焼される所定時間経過後においては、燃
料噴射量を第２の噴射量、例えば定常状態において所定
の触媒温度となる噴射量に増量することで発熱量を増大
し、触媒およびその下流に設けられた熱交換器の急速な
昇温を実現することができる。
【００１５】前記第２の発明によれば、起動直後の、燃
焼触媒温度が所定の温度より低いと判断される場合に
は,触媒燃焼器に供給される液体燃料の噴射量を前述と
同様の第１の噴射量に設定することで未燃燃料の排出量
を低減することができる。続いてこの期間での燃焼によ
り触媒が所定温度まで昇温されたと判断された以降は、
燃料噴射量を第２の噴射量に増量することで触媒および
その下流に設けられた熱交換器の急速な昇温を実現する
ことができる。第２の発明では燃焼触媒の実温度を検出
して燃料噴射量の制御を行うため、劣化等による触媒特
性の変化の影響を補償することができる。
【００１６】前記第３の発明によれば、触媒燃焼器に供
給される酸素含有ガス量を燃料噴射量の変化に応じて空
気過剰率一定となるように制御することで次のような効
果が得られる。すなわち、空気が過剰な範囲では空気過
剰率増大に応じて燃焼温度は低下するが、空気過剰率が
一定となるように制御することで燃焼温度の低下を防止
して、起動時間の増大を防止することができる。
【００１７】前記第４または第５の発明によれば、起動
直後の所定時間内または低温条件下では空気過剰率を窒
素酸化物生成量が許容量以下となる限度内で低く、例え
ば空気過剰率約2〜3となる第１の空気過剰率に設定する
ことで燃焼温度を高めて、より速やかに触媒を昇温する
ことができる。所定時間経過以降または温度上昇後は、
定常状態において所定の触媒温度となる第２の所定の空
気過剰率となるように制御することで、触媒温度の過度
な上昇を抑えて触媒の劣化を防止できる。すなわち未燃
燃料の排出量を低減しつつ、より急速な触媒および蒸発
器の昇温を実現することができる。
【００１８】第６の発明によれば、燃料噴射弁と燃焼触
媒との間に設けられたグローブラグにより強制的に着火
を行えることから、より空気過剰率の高い状態での燃料
着火を実現でき、これにより起動初期における第１の噴
射量をより低く設定することが可能となる。すなわち、
触媒温度が低くて十分な活性が得られない期間における
未燃燃料の排出量をより低減することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図面に基
づいて説明する。まず図１により本発明に係る触媒燃焼
器を適用しうる燃料電池システムの概要を説明する。こ
の燃料電池システムは、電気化学反応により起電力を得
る燃料電池2と、酸素含有ガスとして圧縮空気を供給す
るコンプレッサ5と、改質反応より水素含有ガスを生成
する改質器6と、熱交換の熱源となる触媒燃焼器9とを備
える。
【００２０】この場合、改質原料はメタノールと水であ
り、それぞれメタノールタンク１３、水タンク１５に収
容されており、メタノールポンプ１４、水ポンプ１６に
よって蒸発器8へと送られる。蒸発器８で気化されたメ
タノール蒸気と水蒸気は改質器6に送られる。
【００２１】改質器6は、蒸発器8から供給されるメタノ
ール蒸気および水蒸気と、コンプレッサ5から配管２０
を介して供給される空気とを混合して、メタノールの水
蒸気改質反応と酸化反応とによって水素リッチガスとす
る。この改質器６は、水蒸気反応(吸熱反応)で必要とさ
れる熱量を酸化反応(発熱反応)により生じた熱量で賄う
ことで別途の加熱器を省略あるいは省能力化できるＡＴ
Ｒ（オートサーマル型）である。この改質器6と燃料電
池2との間には、燃料極３へ供給される改質ガス中に含
まれる一酸化炭素による燃料電池2の被毒を防ぐため
に、一酸化炭素低減装置7が設けられている。
【００２２】燃料電池2の空気極4側には配管２４を介し
てコンプレッサ5からの圧縮空気が供給され、燃料極３
側には一酸化炭素低減装置7からの改質ガスが供給さ
れ、電気化学反応を利用して発電が行われる。
【００２３】燃料電池2において発電に利用されなかっ
た排水素および排空気は、それぞれ配管２６、２７によ
り触媒燃焼器9に送られ、燃焼触媒１０で燃焼される。
燃焼によって生成される高温の排ガスは、燃焼触媒１０
の下流側に接続された蒸発器(熱交換器)８にて原燃料の
気化に利用されたのち、配管２８から排出される。
【００２４】一方、少なくとも燃料電池システムないし
改質装置の起動時には、触媒燃焼器9に、コンプレッサ5
および配管２９を介して空気が導入されると共に、メタ
ノールポンプ１４、配管１９、燃料噴射弁１１を介して
液体燃料が供給される。これら空気とメタノールとを混
合して得られるメタノール−空気混合ガスは燃焼触媒１
０に導入され燃焼される。この実施形態では、触媒燃焼
器９の燃料噴射弁１１と燃焼触媒１０との間にグロープ
ラグ１２を設け、前記メタノール−空気混合気への強制
着火を行うようにしている。燃焼触媒１０での燃焼によ
り生成される高温の燃焼ガスは、発電時同様、蒸発器8
にて原燃料の気化に利用されたのち配管２８から排出さ
れる。
【００２５】図中の３１は前記起動時の燃料量等を制御
する機能を備えたコントローラであり、ＣＰＵおよびそ
の周辺装置からなるマイクロコンピュータで構成されて
いる。コントローラ３１には、改質器温度センサ３２、
一酸化炭素低減装置温度センサ３３、および燃焼触媒温
度センサ３４からの温度信号が入力する。コントローラ
３１は、これらの入力信号に基づいてコンプレッサ５、
燃料噴射弁１１、グロープラグ１２、空気制御弁２１、
２５、３０、改質ガス制御弁２３の作動を制御する。
【００２６】次に、前記構成下での起動時の触媒燃焼器
９への燃料と空気の供給制御手法について説明する。前
述したように、燃料電池システムの発電時には燃料電池
２の発電に利用されなかった排水素および排空気が触媒
燃焼器９にて燃焼させて高温の排ガスを生成し、これを
蒸発器８での原燃料気化の熱源として用いる。一方、燃
料電池システムの起動時には燃料電池２からの排水素お
よび排空気が得られないので、燃料噴射弁１１から液体
燃料を供給し、コンプレッサ５から供給される空気との
混合ガスを燃焼させる。図２は、従来技術におけるこの
ときの触媒燃焼器９への燃料供給量、触媒温度および触
媒燃焼器９からの未燃燃料排出量の関係を示している。
起動信号により所定量の燃料噴射が開始されるが、起動
直後には触媒温度が低くてその活性が不十分であるた
め、供給された燃料の一部が未燃のまま排出される。こ
れに対して本発明では、図３に示すように低温で燃焼触
媒１０の活性が不十分であり供給された燃料の一部が未
燃のまま排出される所定時間ｔ１以内においては、触媒
燃焼器９に供給する液体燃料の噴射量を第１の噴射量、
すなわち概略触媒において着火が可能な最小限の噴射量
Ｑｆ１に設定することで未燃燃料の排出量を低減する。
続いて、この期間での燃焼により触媒１０が昇温して活
性化され、燃料のほぼ全量が燃焼可能となる所定時間ｔ
１以降においては、燃料噴射量を前記Ｑｆ１よりも増量
して、定常状態において所定の触媒温度となる第２の噴
射量Ｑｆ２に設定することで発熱量を増大し、触媒およ
びその下流に設けられた熱交換器８の急速な昇温を実現
する。
【００２７】この実施形態では触媒燃焼器９にグロープ
ラグ１２を設けているので、起動からの所定時間ｔ１以
内においてこのグロープラグ１２に通電して混合気に強
制着火することができ、これにより前記第１の噴射量Ｑ
ｆ１をより小さく設定することが可能となり、未燃燃料
の排出量をさらに低減することができる。また、触媒燃
焼器９に供給される空気量が燃料噴射量の変化に応じて
空気過剰率一定となるように制御することで、燃料噴射
量変化によらず空気量は一定とした場合に燃料噴射量が
Ｑｆ１である期間に生ずる燃焼温度の低下を防止して起
動時間の増大を防止できる。
【００２８】図4は、コントローラ３１により実行され
る前述したような起動時の燃料供給量の制御ルーチンを
示す流れ図であり、この制御ルーチンは所定時間毎に周
期的に実行される。なお以下の説明および流れ図におい
て符号Ｓを付して示した数字は処理ステップ番号であ
る。以下、図４につき順を追って説明する。Ｓ１０１で
は、燃料電池システム起動からの経過時間ｔを検出す
る.Ｓ１０２では、起動からの経過時間ｔが所定値ｔ１
以内であるかを判断する。ｔ≦ｔ１であったときには、
次にＳ１０３に進み、燃料噴射量Ｑｆを第1の噴射量Ｑ
ｆ１に設定する。Ｓ１０４では、空気量Qaを、前記第１
の噴射量Ｑｆ１に対して所定の空気過剰率となる空気量
Ｑａ１に設定したのちＳ１０７に進む。Ｓ１０２にてｔ
＞ｔ１つまり起動からの経過時間ｔが所定値ｔ１を越え
たと判断された場合は、Ｓ１０５にて燃料噴射量Ｑｆを
第２の噴射量Ｑｆ２に設定する。ただしＱｆ２＞Ｑｆ１
である。Ｓ１０６では、空気量Ｑａを、前記第２の噴射
量Ｑｆ２に対し所定の空気過剰率となる空気量Ｑａ２に
設定したのちＳ１０７に進む。Ｓ１０７では、設定され
た空気量Ｑａとなるように、コンプレッサ５の回転速度
および空気制御弁３０の開度を制御する。この制御は、
例えば空気量Ｑａをパラメータとしてコンプレッサ５の
回転速度と空気制御弁３の開度の組み合わせを与えるテ
ーブルを事前に実験的に設定しておき、これを参照する
ことで実行する。Ｓ１０８では、Ｓ１０３またはＳ１０
５で設定された噴射量Ｑｆに基づき燃料噴射弁１１の制
御を行う。
【００２９】次に、起動時の燃料と空気の供給手法に関
する第２の実施形態について説明する。この実施形態で
は、燃焼触媒１０の温度を温度センサ３４により検出
し、図３に示したように、燃焼触媒１０の活性が不十分
であり供給された燃料の一部が未燃のまま排出される触
媒温度Ｔｃ１より低い温度条件下では触媒燃焼器９に供
給する液体燃料の噴射量を第１の噴射量、すなわち概略
触媒において着火が可能な最小限の噴射量Ｑｆ１に設定
することで未燃燃料の排出量を低減する。続いて、この
状態での燃焼により触媒が昇温、活性化され、その温度
が供給燃料をほぼ全量燃焼可能なＴｃ１以上の温度領域
となったときには、燃料噴射量をＱｆ１よりも増量し
て、定常状態において所定の触媒温度となる第２の噴射
量Ｑｆ２に設定することで発熱量を増大し、燃焼触媒１
０およびその下流に設けられた熱交換器８の急速な昇温
を実現する。また、このようにして実際の触媒温度を検
出し燃料噴射量の制御を行うことにより、劣化等による
触媒特性の変化の影響を補償して、より的確な制御を行
うことができる。
【００３０】この場合も、触媒温度がＴｃ１以下の条件
下ではグロープラグ１２に通電して混合気に強制着火す
ることにより、Ｑｆ１をより小さく設定して未燃燃料の
排出量をさらに低減することができる。また、触媒燃焼
器９に供給される空気量が燃料噴射量の変化に応じて空
気過剰率一定となるように制御することで、燃料噴射量
変化によらず空気量は一定とした場合に燃料噴射量がＱ
ｆ１である期間に生ずる燃焼温度の低下を防止して起動
時間の増大を防止できる。
【００３１】図５は、コントローラ３１により実行され
る前記第２の実施形態による起動時の燃料供給量の制御
ルーチンを示す流れ図であり、所定時間毎に周期的に実
行される。Ｓ２０１では、燃焼触媒１０の温度Ｔｃを検
出する。Ｓ２０２では、触媒温度Ｔｃが所定値Ｔｃ１以
下であるかを判断する。Ｔｃ≦Ｔｃ１であったときに
は、次にＳ２０３に進み、燃料噴射量Ｑｆを第1の噴射
量Ｑｆ１に設定する。Ｓ２０４では、空気量Qaを、前記
第１の噴射量Ｑｆ１に対して所定の空気過剰率となる空
気量Ｑａ１に設定したのちＳ２０７に進む。Ｓ２０２に
てＴｃ＞Ｔｃ１と判断された場合は、Ｓ２０５にて燃料
噴射量Ｑｆを第２の噴射量Ｑｆ２に設定する。ただしＱ
ｆ２＞Ｑｆ１である。Ｓ２０６では、空気量Ｑａを、前
記第２の噴射量Ｑｆ２に対し所定の空気過剰率となる空
気量Ｑａ２に設定したのちＳ２０７に進む。Ｓ２０７で
は、設定された空気量Ｑａとなるように、コンプレッサ
５の回転速度および空気制御弁３０の開度を制御し、次
いでＳ２０８では、Ｓ２０３またはＳ２０５で設定され
た噴射量Ｑｆに基づき燃料噴射弁１１の制御を行う。
【００３２】次に、起動時の燃料と空気の供給手法に関
する第３の実施形態について説明する。この実施形態で
は、前述の第１、第２の実施形態に対し、燃料噴射量制
御は同一であり、空気量を以下の様に設定する点で異な
る。
【００３３】図６は、空気過剰率に対する燃焼温度およ
び窒素酸化物生成量の特性を示す。燃焼温度および窒素
酸化物生成量共にある空気過剰率で最大となる特性を有
する。前記触媒燃焼器９における空気過剰率は全て、両
者が最大値となる値より高い側の空気過剰率範囲で設定
されている。燃焼触媒１０の特性から耐久性を考慮した
触媒上限温度が定まり、これに対応する空気過剰率をλ
２とする。一方、窒素酸化物の生成量の許容範囲におい
て、λ２より低く設定された空気過剰率をλ１とする。
【００３４】この実施形態では、前記の空気過剰率λ
１、λ２を用いて、図７に示すように空気量の制御を行
う。燃料電池システム起動直後の、触媒温度が所定の温
度Ｔｃ１より低いと判断される場合においては燃料噴射
量Ｑｆ１に対し第１の空気過剰率λ１となる空気量に設
定する。これにより燃焼温度を高め、より速やかに触媒
を昇温することができる。すなわち時間ｔ１はｔ１'に
短縮される。触媒が所定の温度Ｔｃ１以上に昇温された
と判断される場合には、燃料噴射量Ｑｆ２に対して第２
の空気過剰率λ２となる空気量に設定する。これにより
触媒温度を過度に上昇させず、触媒の劣化を防止するこ
とができる。これにより、未燃燃料の排出量を低減しつ
つ、より急速に燃焼触媒１０および蒸発器８を昇温させ
ることが可能となる。
【００３５】なお、前記各実施形態では、液体原燃料の
蒸発器８への燃焼ガスの供給源として触媒燃焼器９を適
用した例であるが、本発明はこのような構成に限られる
ものではなく、起動時に改質触媒や燃料電池スタックを
流通する冷媒を加熱するためのその他の熱交換器への熱
供給源としても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した燃料電池システムの一実施形
態の概略構成図。
【図２】従来技術による、起動からの経過時間と燃料噴
射量、触媒温度およびＨＣ排出量との関係を示す特性
図。
【図３】本発明の実施形態による、起動からの経過時間
と燃料噴射量、触媒温度およびＨＣ排出量との関係を示
す特性図。
【図４】本発明の制御に係る第１の実施形態の内容を表
す流れ図。
【図５】本発明の制御に係る第２の実施形態の内容を表
す流れ図。
【図６】触媒燃焼器における、空気過剰率と燃焼温度、
窒素酸化物生成量との関係を示す特性図。
【図７】本発明の第3の実施形態の制御による、起動か
らの経過時間と燃料噴射量、空気過剰率および触媒温度
との関係を示す特性図。
【符号の説明】
２ 燃料電池 ３ 燃料極 ４ 空気極 ５ コンプレッサ ６ 改質器 ７ 一酸化炭素低減装置 ８ 蒸発器 ９ 触媒燃焼器 １０ 燃焼触媒 １１ 燃料噴射弁 １２ グロープラグ １３ メタノールタンク １４ メタノールポンプ １５ 水タンク １６ 水ポンプ １７ メタノールポンプから蒸発器への燃料配管 １８ 水ポンプから蒸発器への燃料配管 １９ メタノールポンプから燃料噴射弁への燃料配管 ２０ コンプレッサから改質器へのガス配管 ２１ 空気制御弁 ２２ 改質器から燃料電池燃料極へのガス配管 ２３ 燃料制御弁 ２４ コンプレッサから燃料電池空気極へのガス配管 ２５ 空気制御弁 ２６ 燃料電池燃料極から触媒燃焼器へのガス配管 ２７ 燃料電池空気極から触媒燃焼器へのガス配管 ２８ 触媒燃焼器排ガス配管 ２９ コンプレッサから触媒燃焼器へのガス配管 ３０ 空気制御弁 ３１ コントローラ ３２ 改質器温度センサ ３３ 一酸化炭素低減装置温度センサ ３４ 燃焼触媒温度センサ
───────────────────────────────────────────────────── 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 8/04 Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｘ (72)発明者 的場 雅司 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3K003 AA01 AB02 AC01 CA04 CB05 CC02 DA04 3K005 GA12 GB04 GB06 HB00 JA04 4G040 EA02 EA06 EB03 EB04 EB12 EB31 EB32 EB42 EB43 5H027 AA02 BA01 BA09 BA10 BA16 KK41 MM13

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】燃料改質装置に備えられる触媒燃焼器であ
    って、前記燃料改質装置の起動時に液体燃料を供給する
    燃料噴射弁と、燃焼触媒とを有する触媒燃焼器におい
    て、 前記液体燃料の噴射量が、燃料噴射開始後の所定時間内
    においては第１の噴射量に設定され、所定時間以降にお
    いては前記第１の噴射量よりも大きな第２の噴射量に設
    定されていることを特徴とする触媒燃焼器。
  2. 【請求項２】燃料改質装置に備えられる触媒燃焼器であ
    って、前記燃料改質装置の起動時に液体燃料を供給する
    燃料噴射弁と、燃焼触媒とを有する触媒燃焼器におい
    て、 前記燃焼触媒の温度を検出する触媒温度検出手段を備
    え、前記液体燃料の噴射量が、触媒温度が所定の温度以
    下であるときには第１の噴射量に設定され、触媒温度が
    所定温度を超過した温度域では前記第１の噴射量よりも
    大きな第２の噴射量に設定されていることを特徴とする
    触媒燃焼器。
  3. 【請求項３】前記触媒燃焼器に供給される酸素含有ガス
    量が、燃料噴射量に応じて、空気過剰率一定となるよう
    に制御される請求項１または請求項２に記載の触媒燃焼
    器。
  4. 【請求項４】前記触媒燃焼器に供給される酸素含有ガス
    量が、燃料噴射開始後の所定時間内においては第１の空
    気過剰率となり、所定時間以降においては前記第１の空
    気過剰率より高い第２の空気過剰率となるように設定さ
    れている請求項１に記載の触媒燃焼器。
  5. 【請求項５】前記触媒燃焼器に供給される酸素含有ガス
    量が、触媒温度が所定の温度以下であるときに第１の空
    気過剰率となり、触媒温度が所定温度を超えた温度領域
    では前記第１の空気過剰率より高い第２の空気過剰率と
    なるように設定されている請求項２に記載の触媒燃焼
    器。
  6. 【請求項６】前記燃料噴射弁と前記燃焼触媒との間にグ
    ロープラグが設けられている請求項１から請求項５の何
    れかに記載の触媒燃焼器。
  7. 【請求項７】前記第１の噴射量は触媒において着火が可
    能な最小限の噴射量に設定され、前記第２の噴射量は定
    常状態において所定の触媒温度となる噴射量に設定され
    る請求項１または請求項２に記載の触媒燃焼器。
  8. 【請求項８】前記第１の空気過剰率は窒素酸化物生成量
    が許容量以下となる限度内で低く設定され、前記第２の
    空気過剰率は定常状態において所定の触媒温度となるよ
    うに設定される請求項４または請求項５に記載の触媒燃
    焼器。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006282450A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 水素燃料供給システム
JP2012038689A (ja) * 2010-08-11 2012-02-23 Ngk Spark Plug Co Ltd 燃料電池の運転方法
JP2013519861A (ja) * 2010-02-17 2013-05-30 ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト 触媒バーナー

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW568364U (en) * 2003-01-21 2003-12-21 Asia Pacific Fuel Cell Tech Hydrogen storage vessel used gas flow control unit
JP3882761B2 (ja) * 2003-02-19 2007-02-21 日産自動車株式会社 燃料電池システム
US8821832B2 (en) 2003-06-27 2014-09-02 UltraCell, L.L.C. Fuel processor for use with portable fuel cells
US20060156627A1 (en) * 2003-06-27 2006-07-20 Ultracell Corporation Fuel processor for use with portable fuel cells
JP2007524562A (ja) * 2003-06-27 2007-08-30 ウルトラセル コーポレイション 環状燃料処理装置及び方法
JP2007042597A (ja) * 2005-07-01 2007-02-15 Nissan Motor Co Ltd 触媒燃焼器
US7481061B2 (en) 2005-11-10 2009-01-27 Siemens Energy, Inc. Fuel control for starting a gas turbine engine
JP4697182B2 (ja) * 2007-05-15 2011-06-08 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化制御装置
US20110195368A1 (en) * 2010-02-08 2011-08-11 Alfred Little Compressed gaseous oxidizer energy storage system
KR101352198B1 (ko) * 2011-12-27 2014-01-16 포스코에너지 주식회사 연료전지 하이브리드 시스템
WO2017123889A1 (en) * 2016-01-13 2017-07-20 Babington Technology, Inc. Atomization burner with flexible fire rate
EP3671926A4 (en) * 2017-08-14 2020-07-29 Nissan Motor Co., Ltd. FUEL CELL SYSTEM AND METHOD OF REHEATING A FUEL CELL SYSTEM
CN112204785B (zh) * 2018-05-30 2024-04-26 日产自动车株式会社 燃料电池系统及其运转方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4397356A (en) * 1981-03-26 1983-08-09 Retallick William B High pressure combustor for generating steam downhole
SE9602688L (sv) * 1996-07-08 1998-01-09 Volvo Ab Katalytisk brännkammare, samt förfarande för tändning och reglering av den katalytiska brännkammaren
JPH1151332A (ja) * 1997-07-31 1999-02-26 Nippon Soken Inc 触媒燃焼式ヒータ
JP2001052730A (ja) * 1999-08-05 2001-02-23 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池発電装置
WO2002018759A1 (en) * 2000-08-31 2002-03-07 Catalytica Energy Systems, Inc. PROCESS AND APPARATUS FOR CONTROL OF NOx IN CATALYTIC COMBUSTION SYSTEMS
US6718772B2 (en) * 2000-10-27 2004-04-13 Catalytica Energy Systems, Inc. Method of thermal NOx reduction in catalytic combustion systems

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006282450A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 水素燃料供給システム
JP4549216B2 (ja) * 2005-03-31 2010-09-22 株式会社豊田中央研究所 水素燃料供給システム
JP2013519861A (ja) * 2010-02-17 2013-05-30 ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト 触媒バーナー
JP2012038689A (ja) * 2010-08-11 2012-02-23 Ngk Spark Plug Co Ltd 燃料電池の運転方法

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