JP2004163030A

JP2004163030A - 水素燃焼器

Info

Publication number: JP2004163030A
Application number: JP2002330651A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Sugimoto; 保杉本
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】水滴が触媒に送り込まれないようにして、触媒反応に悪影響を及ぼすのを防止するようにした水素燃焼器を提供する。
【解決手段】混合ガスの流れ方向に対して水素燃焼触媒２０の上流側で、この水素燃焼触媒２０の燃焼輻射熱が大きく及ぶ範囲内に、混合ガス中に混入した水滴を取り除く水滴除去部材４０を設け、この水滴除去部材４０を通過した混合ガスを水素燃焼触媒２０に供給することにより、水素燃焼触媒２０に水滴が接触するのを防止するとともに、水滴除去部材４０に付着した水滴を蒸発させて水素燃焼触媒２０に悪影響を与えるのを防止することができる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素ガスの触媒による酸化反応熱を発生させるようにした水素燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水素燃焼器としては、水素ガスと空気の混合ガスを触媒に触れさせて酸化発熱させ、この熱を熱源として取り出すようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この場合、水素燃焼器の始動時に触媒を酸化反応に適した温度にするため、触媒に導入する混合ガスを電気加熱触媒で予め加熱燃焼させて、その燃焼ガスで燃焼触媒を加熱するようになっている
また、前記電気加熱触媒の上流側には、供給される水素ガスと空気をむら無く混合するための混合器を配置して、電気加熱触媒内で混合ガスにヒートスポットが発生するのを防止するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１２２３１１号公報（第４頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の水素燃焼器では触媒に供給される水素ガス中に水滴が含まれる場合があり、この水滴が混合ガスとともに送られて燃焼中の触媒に接触すると、その接触部分で触媒の急激な温度低下が発生して触媒燃焼が停止する。
【０００６】
すると、その燃焼停止した部分で水素ガスが未燃焼となるため未燃ガスが発生し、その未燃ガスがそのまま排出されたり、または未燃ガスが爆発して触媒層の剥離等が誘起されてしまう。
【０００７】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて、水滴が触媒に送り込まれないようにして、触媒反応に悪影響を及ぼすのを防止するようにした水素燃焼器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために請求項１の発明は、供給された空気と水素ガスの混合ガスを水素燃焼触媒に供給して酸化反応熱を発生させるようにした水素燃焼器において、混合ガスの流れ方向に対して前記水素燃焼触媒の上流側で、この水素燃焼触媒の燃焼輻射熱が大きく及ぶ範囲内に、混合ガス中に混入した水滴を取り除く水滴除去部材を設け、この水滴除去部材を通過した混合ガスを水素燃焼触媒に供給することを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明は、供給された空気と水素ガスの混合ガスを電気加熱触媒に供給して酸化反応熱を発生させるとともに、この電気加熱触媒の中心部に配置した一方の電極を混合ガスの流れ方向に対して上流側に延設した水素燃焼器において、混合ガスの流れ方向に対して前記電気加熱触媒の上流側に、混合ガス中に混入した水滴を取り除く水滴除去部材を設けるとともに、この水滴除去部材に前記電極を貫通させて、水滴除去部材を電気加熱触媒の近傍に配置し、この水滴除去部材を通過した混合ガスを電気加熱触媒に供給することを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２に記載の水素燃焼器において、水滴除去部材に貫通した電極の貫通部分上流側に、電極を伝って下流方向に移動する水滴を止める遮蔽板を設けたことを特徴としている。
【００１１】
【発明の効果】
以上の構成により請求項１に記載の発明によれば、水素燃焼触媒の上流側に設けた水滴除去部材によって水滴の通過を遮断して混合ガスのみを通過させることができ、水素燃焼触媒に水滴が接触するのを防止することができる。
【００１２】
また、前記水滴除去部材は水素燃焼触媒の燃焼輻射熱が大きく及ぶ範囲内に設けたことにより、この水素燃焼触媒の燃焼輻射熱によって水滴除去部材が加熱されるため、この水滴除去部材に付着した水滴を蒸発させて水素燃焼触媒に悪影響を与えるのを防止することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に示す水素燃焼触媒が電気加熱触媒であって、低温状態にある水素燃焼器の始動時に電気加熱触媒の電極に電流を印加することにより、触媒の酸化反応に適した温度まで加熱することができるようになっており、そして、前記電気加熱触媒の上流側に水滴除去部材を設けたことにより、水滴が電気加熱触媒に供給されるのを防止することができる。
【００１４】
この場合に、電気加熱触媒の中心部から上流側に延設した一方の電極を前記水滴除去部材に貫通させたので、電気加熱触媒と水滴除去部材との間の間隔を小さくできることから、水素燃焼器の全体長を短くして装置全体を小型化することができる。
【００１５】
勿論、この場合にあっても水滴除去部材を電気加熱触媒の近傍に配置したことにより、水滴除去部材を輻射熱で加熱してこれに付着した水滴を蒸発させることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２の発明の効果に加えて、水滴除去部材に貫通した電極の貫通部分上流側に遮蔽板を設けて、電極を伝って下流方向に移動する水滴を止めることができるので、水滴除去部材が電極を貫通した部分から浸入した水滴が電気加熱触媒に供給されてしまうのを防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１〜図３は本発明の水素燃焼器の第１実施形態を示し、図１は水素燃焼器の電気加熱触媒およびその上流部分を示す斜視図、図２は水素燃焼器の電気加熱触媒およびその上流部分を示す断面図、図３は電気加熱触媒の斜視図である。
【００１９】
この第１実施形態の水素燃焼器は、水素ガスを燃料として燃焼熱を発生させる装置であり、水素供給源（圧縮水素タンク）から供給される水素ガスと送風機からの空気とを、図１，図２に示す混合器１０で均一な混合ガスとし、これを電気加熱触媒２０で加熱燃焼した際に発生する燃焼ガスを、この電気加熱触媒２０の下流側（図中右側）に設けた図外の燃焼触媒に送って、この燃焼触媒を触媒反応に十分な温度に加熱するようになっている（ここで、前記電気加熱触媒２０および前記燃焼触媒が本発明でいう水素燃焼触媒を意味する。）。
【００２０】
そして、十分に加熱された燃焼触媒で更に混合ガスを酸化反応させて高熱の燃焼ガスを発生し、この燃焼ガスを熱交換器に通して熱交換媒体（純水）と熱交換し、この熱交換媒体によって燃焼媒体で発生する燃焼熱を取り出すようになっている（特開２００２−１２２３１１号公報参照）。
【００２１】
前記混合器１０は、図１，図２に示すように、水素ガスと空気の混合ガスが導入される円筒状のケーシング３０内に、複数（本実施形態では２枚）の第１，第２混合板１１，１２を、それぞれの面方向がケーシング１の中心軸と直角を成すように配置しつつ、各混合板１１，１２間に適宜間隔を設けて取り付けることにより構成してある。
【００２２】
混合ガスの導入方向に対して最上流側（図中左側）に配置した第１混合板１１は、中央部に大径Ｄ１の開口部１１ａを設けたドーナツ形状に形成するとともに、その後流側に配置した第２混合板１２は周囲に４個の中径Ｄ２の開口部１２ａを設けて形成してある。例えば、ケーシング３０の内径５７．５ｍｍに対して、Ｄ１は３５ｍｍ、Ｄ２は１９ｍｍとする。
【００２３】
そして、図中左方から流入した混合ガスは、第１混合板１１の開口部１１ａを通過した後、第２混合板１２の開口部１２ａで分流される間に水素ガスと酸素とが混合される。
【００２４】
電気加熱触媒２０は、図３に示すように白金（Ｐｔ）１％、残部アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる触媒を担持した平板２１と波板２２を重ねて巻回して、複数箇所をロー付けした後にケーシング３０に圧入して構成し、平板２１と波板２２との間に混合ガスを通過させる多数のセル２３を形成してある。
【００２５】
そして、電気加熱触媒２０の中心部に一方の電極２４を取り付けるとともに、外周部に他方の電極２５を取り付け、水素燃焼器の始動時にこれら両電極２４，２５間に電流を印加することにより、電気加熱触媒２０を発熱させるようになっている。
【００２６】
一方の電極２４は、図１，図２に示すように電気加熱触媒２０から混合ガスの導入方向（図中左方）に延設部２４ａを介して一旦延設した後に、その先端部２４ｂを絶縁部材２６を介してケーシング３０の外方へと取り出してあり、また、他方の電極２５は、図３に示すように絶縁部材２７を介してケーシング３０の外方へと取り出してある。
【００２７】
ここで、この第１実施形態では混合ガスの流れ方向に対して前記電気加熱触媒２０の上流側で、この電気加熱触媒２０の燃焼輻射熱が大きく及ぶ範囲内に、混合ガス中に混入した水滴を取り除く水滴除去部材としての多孔板４０を設け、この多孔板４０を通過した混合ガスを電気加熱触媒２０に供給するようになっている。
【００２８】
多孔板４０は、ケーシング３０の内周に隙間無く取り付けられる円盤状を成し、その多孔板４０の全域に、混合ガス中の水滴よりも小径の孔４１を無数に設けることにより形成してあり、その無数の小孔４１は混合ガスの通過を許容しつつ水滴を取り残すようになっている。
【００２９】
この実施形態では、前記多孔板４０を混合器１０の第２混合板１２の下流側に適宜間隔を設けて配置してあり、第２混合板１２の開口部１２ａを通過した混合ガスが多孔板４０を通過する際にも攪拌されるため、この多孔板４０を含めて前記混合器１０を構成するようになっている。
【００３０】
このとき、前記多孔板４０と電気加熱触媒２０との間に、前記一方の電極２４を配置するための間隔Ｓを設けてある。
【００３１】
以上の構成によりこの実施形態の水素燃焼器によれば、電気加熱触媒２０の上流側に設けた多孔板４０によって混合ガス中の水滴の通過を取り残して、混合ガスのみを通過させることができ、この混合ガスが電気加熱触媒２０に供給された際にも、この電気加熱触媒２０に水滴が接触するのを防止することができる。
【００３２】
また、前記多孔板４０は電気加熱触媒２０との間に間隔Ｓを設けた場合にも、この電気加熱触媒２０の燃焼輻射熱が大きく及ぶようになっているため、この電気加熱触媒２０の燃焼輻射熱によって多孔板４０が加熱されるため、この多孔板４０に付着した水滴を蒸発させて混合ガスとともに下流側に流すことができる。
【００３３】
このとき、水蒸気が電気加熱触媒２０に供給されることになるが、水蒸気は電気加熱触媒２０に悪影響を与えることはない。
【００３４】
（第２実施形態）
図４，図５は本発明の第２実施形態を示し、前記実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。
【００３５】
図４は水素燃焼器の電気加熱触媒およびその上流部分を示す断面図、図５は水滴除去部材の斜視図であり、この第２実施形態では電気加熱触媒２０を水素燃焼触媒として特定した場合で、図４に示すように水滴除去部材としての多孔板４０に、電気加熱触媒２０の中心部に配置した一方の電極２４の延設部２４ａを貫通させて、この多孔板４０を電気加熱触媒２０の近傍に配置するようになっている。
【００３６】
多孔板４０は、図５に示すように第１実施形態と同様にケーシング３０の内側形状に沿った円盤状となっており、その中心部に電極２４を挿通するための貫通孔４２を形成してある。
【００３７】
この場合、前記電極２４は延設部２４ａと先端部２４ｂとの間に直角部２４ｃが形成されており、厚肉状の多孔板４０を装着するにあたって、貫通孔４２を電極２４の先端部２４ｂから挿入して直角部分２４ｃを経て延設部２４ａへと配置するようになっており、従って、貫通孔４２は直角部分２４ｃを通過させるため、電極２４の一般径よりも若干大径に形成してある。
【００３８】
このため、多孔板４０を延設部２４ａに配置した状態では、貫通孔４２内周と電極２４と間に隙間が発生するが、この実施形態では多孔板４０に貫通した電極２４の貫通部分上流側に、電極２４を伝って下流方向に移動する水滴を止める遮蔽板４３を設けるようになっている。
【００３９】
遮蔽板４３は、薄肉円板の中央部に電極２４と略同径の円形開口部４３ａを形成したドーナツ状に形成され、薄肉としたことにより円形開口部４３ａを電極２４と略同径とした場合にも前記直角部２４ｃの通過が許容される。
【００４０】
従って、この第２実施形態にあっても、電気加熱触媒２０の上流側に多孔板４０を配置したことにより、第１実施形態と同様に混合ガス中の水滴を除去して電気加熱触媒２０の酸化燃焼を正常に行わせることができるのは勿論のこと、多孔板４０に電極２４を貫通させたので、この多孔板４０と電気加熱触媒２０との間の間隔Ｓを小さくできるようになり、ひいては、混合器１０の第１，第２混合板１１，１２を全体的に電気加熱触媒２０側に寄せることができるため、水素燃焼器の全体長を短くして装置全体を小型化することができる。
【００４１】
勿論、この場合にあっても多孔板４０を電気加熱触媒２０の近傍に配置したことにより、多孔板４０を電気加熱触媒２０の輻射熱で加熱して、これに付着した水滴を蒸発させることができる。
【００４２】
また、多孔板４０に貫通した電極２４の貫通部分上流側に遮蔽板４３を設けて、電極２４を伝って下流方向に移動する水滴を止めることができるので、多孔板４０の貫通孔４２内周と電極２４と間の隙間から水滴が電気加熱触媒に供給されてしまうのを防止することができる。
【００４３】
ところで、本発明の水素燃焼器は前記第１，第２実施形態に例をとって説明したが、これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種実施形態を採ることができ、例えば、水滴除去部材としては多孔板４０に代えて金網等を用いることもできる。勿論、水滴除去部材は触媒の輻射熱に十分に耐え得る材質で形成することはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における水素燃焼器の電気加熱触媒およびその上流部分を示す斜視図。
【図２】本発明の第１実施形態における水素燃焼器の電気加熱触媒およびその上流部分を示す断面図。
【図３】本発明の第１実施形態における電気加熱触媒の斜視図。
【図４】本発明の第２実施形態における水素燃焼器の電気加熱触媒およびその上流部分を示す断面図。
【図５】本発明の第２実施形態における水滴除去部材の斜視図。
【符号の説明】
１０混合器
２０電気加熱触媒（水素燃焼触媒）
２４一方の電極
４０多孔板（水滴除去部材）
４３遮蔽板

Claims

供給された空気と水素ガスの混合ガスを水素燃焼触媒（２０）に供給して酸化反応熱を発生させるようにした水素燃焼器において、
混合ガスの流れ方向に対して前記水素燃焼触媒（２０）の上流側で、この水素燃焼触媒（２０）の燃焼輻射熱が大きく及ぶ範囲内に、混合ガス中に混入した水滴を取り除く水滴除去部材（４０）を設け、この水滴除去部材（４０）を通過した混合ガスを水素燃焼触媒（２０）に供給することを特徴とする水素燃焼器。
供給された空気と水素ガスの混合ガスを電気加熱触媒（２０）に供給して酸化反応熱を発生させるとともに、この電気加熱触媒（２０）の中心部に配置した一方の電極（２４）を混合ガスの流れ方向に対して上流側に延設した水素燃焼器において、
混合ガスの流れ方向に対して前記電気加熱触媒（２０）の上流側に、混合ガス中に混入した水滴を取り除く水滴除去部材（４０）を設けるとともに、この水滴除去部材（４０）に前記電極（２４）を貫通させて、水滴除去部材（４０）を電気加熱触媒（２０）の近傍に配置し、この水滴除去部材（４０）を通過した混合ガスを電気加熱触媒（２０）に供給することを特徴とする水素燃焼器。
水滴除去部材（４０）に貫通した電極（２４）の貫通部分上流側に、電極（２４）を伝って下流方向に移動する水滴を止める遮蔽板（４３）を設けたことを特徴とする請求項２に記載の水素燃焼器。