JP2533616B2 - 燃料電池用触媒燃焼器の燃焼制御装置 - Google Patents
燃料電池用触媒燃焼器の燃焼制御装置Info
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- JP2533616B2 JP2533616B2 JP63155582A JP15558288A JP2533616B2 JP 2533616 B2 JP2533616 B2 JP 2533616B2 JP 63155582 A JP63155582 A JP 63155582A JP 15558288 A JP15558288 A JP 15558288A JP 2533616 B2 JP2533616 B2 JP 2533616B2
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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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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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
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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
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料電池から排出される排燃料ガスを排酸
化剤ガスにより燃焼触媒層で燃焼させて高温の燃焼ガス
を得る燃料電池用触媒燃焼器の燃焼制御装置に関する。
化剤ガスにより燃焼触媒層で燃焼させて高温の燃焼ガス
を得る燃料電池用触媒燃焼器の燃焼制御装置に関する。
燃料電池は、燃料電極に水素を含有する燃料ガスを、
また酸化剤電極に酸素を含む空気のような酸化剤ガスを
供給することにより電池反応を行わせて発電するもので
あるが、この際燃料電極と酸化剤電極とから電池反応に
寄与しない未反応の水素と酸素とをそれぞれ含む排燃料
ガスと排酸化剤ガスとが排出される。この排燃料ガスを
排酸化剤ガスにより燃焼して高温の燃焼ガスを得、この
燃焼ガスは燃料ガスとして水素に富む改質ガスを製造す
る燃料改質器における改質反応時に熱を与える熱媒体と
して使用される。この場合、排燃料ガスを燃焼して高温
の燃焼ガスを得る方法として燃焼触媒層の触媒の下に燃
焼させる燃焼制御装置を備えた触媒燃焼器が知られてい
る。
また酸化剤電極に酸素を含む空気のような酸化剤ガスを
供給することにより電池反応を行わせて発電するもので
あるが、この際燃料電極と酸化剤電極とから電池反応に
寄与しない未反応の水素と酸素とをそれぞれ含む排燃料
ガスと排酸化剤ガスとが排出される。この排燃料ガスを
排酸化剤ガスにより燃焼して高温の燃焼ガスを得、この
燃焼ガスは燃料ガスとして水素に富む改質ガスを製造す
る燃料改質器における改質反応時に熱を与える熱媒体と
して使用される。この場合、排燃料ガスを燃焼して高温
の燃焼ガスを得る方法として燃焼触媒層の触媒の下に燃
焼させる燃焼制御装置を備えた触媒燃焼器が知られてい
る。
第３図は従来の燃焼制御装置を備えた触媒燃焼器の系
統図である。図において、触媒燃焼器１は燃料と酸化剤
とが導かれる第１のガス室２と、ガス室２に導かれた燃
料を酸化剤により触媒の下に燃焼させる燃焼触媒層３と
からなる第１の燃焼段４と、これに続いて燃料が燃焼さ
れるガス室５と燃焼触媒層６とからなる燃焼段７と、さ
らにこれに続いて燃料が燃焼させるガス室８と燃焼触媒
層９とからなる燃焼段10とからなっている。
統図である。図において、触媒燃焼器１は燃料と酸化剤
とが導かれる第１のガス室２と、ガス室２に導かれた燃
料を酸化剤により触媒の下に燃焼させる燃焼触媒層３と
からなる第１の燃焼段４と、これに続いて燃料が燃焼さ
れるガス室５と燃焼触媒層６とからなる燃焼段７と、さ
らにこれに続いて燃料が燃焼させるガス室８と燃焼触媒
層９とからなる燃焼段10とからなっている。
燃焼段４の燃焼触媒層３は高温耐久性は劣るが定温着
火性の良い、例えば白金系からなる触媒から形成され、
次段の燃焼段７の燃焼触媒層６と最終段の燃焼段10の燃
焼触媒層９は、いずれも低温着火性は劣るが高温耐久性
の良い触媒、例えばパラジウム系からなる触媒から形成
されている。
火性の良い、例えば白金系からなる触媒から形成され、
次段の燃焼段７の燃焼触媒層６と最終段の燃焼段10の燃
焼触媒層９は、いずれも低温着火性は劣るが高温耐久性
の良い触媒、例えばパラジウム系からなる触媒から形成
されている。
11は最終の燃焼段の燃焼触媒層９で完全燃焼した高温
の燃焼ガスを導く燃焼室であり、例えば燃料改質器を構
成する炉容器内の燃焼室に相当する。
の燃焼ガスを導く燃焼室であり、例えば燃料改質器を構
成する炉容器内の燃焼室に相当する。
排燃料ガス供給系統12は図示しない燃料電池とガス室
２とを接続して設けられ、燃料電池の燃料電極から排出
される未反応水素を含む排燃料ガスをガス室２に導いて
いる。また排酸化剤ガス供給系統13は三方流量制御弁14
を備えて燃料電池とガス室２とを接続して設けられ、燃
料電池の酸化剤電極から排出される未反応酸素を含む排
酸化剤ガスをガス室２に導いている。
２とを接続して設けられ、燃料電池の燃料電極から排出
される未反応水素を含む排燃料ガスをガス室２に導いて
いる。また排酸化剤ガス供給系統13は三方流量制御弁14
を備えて燃料電池とガス室２とを接続して設けられ、燃
料電池の酸化剤電極から排出される未反応酸素を含む排
酸化剤ガスをガス室２に導いている。
燃焼室11には燃焼触媒層９からの完全燃焼ガスの温度
を検出する温度センサ15が設けられている。16は燃焼室
11の完全燃焼する燃焼ガスの温度を設定する温度設定器
である。調節器17は温度設定器16からの設定温度と温度
センサ15からの検出温度との偏差により三方流量制御弁
14の開度を調節して排酸化剤ガスの流量を制御する。
を検出する温度センサ15が設けられている。16は燃焼室
11の完全燃焼する燃焼ガスの温度を設定する温度設定器
である。調節器17は温度設定器16からの設定温度と温度
センサ15からの検出温度との偏差により三方流量制御弁
14の開度を調節して排酸化剤ガスの流量を制御する。
このような構成により燃料電池からその負荷、すなわ
ち電池出力に対応して排出される排燃料ガスは排燃料ガ
ス供給系統12を経てガス室２に、また排酸化剤ガスは排
酸化剤ガス系統13を経てガス室２に供給され、排燃料ガ
スは排酸化剤ガスにより燃料触媒層３で低温でも着火し
て燃焼し、続いて燃焼段７の第２のガス室５を経て燃焼
触媒層６で燃焼が維持され、さらに続いて燃焼段10のガ
ス室８を経て燃焼触媒層９で燃焼され、燃焼ガスは燃焼
室11に排出される。この際、温度センサ15により検出さ
れた燃焼室11の温度の出力信号と温度設定器16で設定し
た設定温度の出力信号とは調節器17に入力されてその偏
差信号により三方流量制御弁14の開度を調節し、排燃料
ガスが設定温度で完全燃焼するようにガス室２に供給す
る排酸化剤ガスの流量を制御している。このようにして
最終燃焼段の燃焼触媒層９から高温の完全燃焼ガスが燃
焼室11に排出される。なお三方流量制御弁14により制御
されて第１のガス室２に流れる流量以外の余分の排酸化
剤ガスは三方流量制御弁14の他の弁口より管路18を経て
外部に排出される。
ち電池出力に対応して排出される排燃料ガスは排燃料ガ
ス供給系統12を経てガス室２に、また排酸化剤ガスは排
酸化剤ガス系統13を経てガス室２に供給され、排燃料ガ
スは排酸化剤ガスにより燃料触媒層３で低温でも着火し
て燃焼し、続いて燃焼段７の第２のガス室５を経て燃焼
触媒層６で燃焼が維持され、さらに続いて燃焼段10のガ
ス室８を経て燃焼触媒層９で燃焼され、燃焼ガスは燃焼
室11に排出される。この際、温度センサ15により検出さ
れた燃焼室11の温度の出力信号と温度設定器16で設定し
た設定温度の出力信号とは調節器17に入力されてその偏
差信号により三方流量制御弁14の開度を調節し、排燃料
ガスが設定温度で完全燃焼するようにガス室２に供給す
る排酸化剤ガスの流量を制御している。このようにして
最終燃焼段の燃焼触媒層９から高温の完全燃焼ガスが燃
焼室11に排出される。なお三方流量制御弁14により制御
されて第１のガス室２に流れる流量以外の余分の排酸化
剤ガスは三方流量制御弁14の他の弁口より管路18を経て
外部に排出される。
ところで、前述のように、最終段の燃焼段から出る燃
焼ガスの温度があらかじめ設定された温度になるように
排酸化剤ガスの触媒燃焼器への供給流量を制御する制御
内容について、さらに詳述する。
焼ガスの温度があらかじめ設定された温度になるように
排酸化剤ガスの触媒燃焼器への供給流量を制御する制御
内容について、さらに詳述する。
周知のように、燃料電池発電装置においては、定格運
転時に燃料ガスは20％程度，酸化剤ガスは50％程度のガ
スが未利用のまま残存ガスとして燃料電池から排出され
るように設計され、ガス欠が生じないようにしている。
また、燃料電池の酸化剤極の劣化防止のために、酸化剤
ガスは電池反応に必要な量よりかなり多くの量を供給
し、上記のように、残存ガスも酸化剤ガスの方が燃料ガ
スよりも多くしていることもよく知られている。
転時に燃料ガスは20％程度，酸化剤ガスは50％程度のガ
スが未利用のまま残存ガスとして燃料電池から排出され
るように設計され、ガス欠が生じないようにしている。
また、燃料電池の酸化剤極の劣化防止のために、酸化剤
ガスは電池反応に必要な量よりかなり多くの量を供給
し、上記のように、残存ガスも酸化剤ガスの方が燃料ガ
スよりも多くしていることもよく知られている。
ところで、前述の温度設定器16における設定温度は、
排燃料ガスを排酸化剤ガスで論理比よりも一定の過剰酸
素率（例えば、10％程度過剰）の状態で燃焼させた場合
の燃焼排ガスの温度（計算値）に決められる。この設定
温度は、燃料電池の設計の段階で燃焼計算から予め設定
可能である。この設定温度と温度センサ15の検出温度と
の偏差に基づいて三方制御弁14の開度が調節される。即
ち前述のように、理論比よりも過剰酸素の状態で燃焼す
ることを前提とし、設定温度より温度センサ15の検出温
度が上がった場合には、一定の過剰酸素率（例えば10
％）よりは酸素の比率が小との判断に基づき、第１のガ
ス室２への排酸化剤ガスの流量を増大するように三方制
御弁14を調節し、逆に、設定温度より温度センサ15の検
出温度が下がった場合には、排酸化剤ガスの流量を減少
するように三方制御弁14を調節する。調節器17はこのよ
うな機能を備えており、このような機能は周知の電子回
路により実現できる。
排燃料ガスを排酸化剤ガスで論理比よりも一定の過剰酸
素率（例えば、10％程度過剰）の状態で燃焼させた場合
の燃焼排ガスの温度（計算値）に決められる。この設定
温度は、燃料電池の設計の段階で燃焼計算から予め設定
可能である。この設定温度と温度センサ15の検出温度と
の偏差に基づいて三方制御弁14の開度が調節される。即
ち前述のように、理論比よりも過剰酸素の状態で燃焼す
ることを前提とし、設定温度より温度センサ15の検出温
度が上がった場合には、一定の過剰酸素率（例えば10
％）よりは酸素の比率が小との判断に基づき、第１のガ
ス室２への排酸化剤ガスの流量を増大するように三方制
御弁14を調節し、逆に、設定温度より温度センサ15の検
出温度が下がった場合には、排酸化剤ガスの流量を減少
するように三方制御弁14を調節する。調節器17はこのよ
うな機能を備えており、このような機能は周知の電子回
路により実現できる。
理論比よりも過剰酸素の状態で燃焼することを前提と
しているので、触媒燃焼器の最終段で燃料が不完全燃焼
することはない。もし、排酸化剤ガスの流量が少ない仕
様で燃料電池が設計される場合には、例えば、三方制御
弁の開度に下限値を設ければ不完全燃焼が回避できる。
しているので、触媒燃焼器の最終段で燃料が不完全燃焼
することはない。もし、排酸化剤ガスの流量が少ない仕
様で燃料電池が設計される場合には、例えば、三方制御
弁の開度に下限値を設ければ不完全燃焼が回避できる。
排燃料ガス中の水素量および排酸化剤ガス中の酸素量
は燃料電池に接続されている負荷、すなわち電池出力に
左右されるため、負荷が変動した場合、例えば負荷が増
加した場合、燃料電池で消費される水素量と酸素量が増
加するので、排燃料ガス中の水素量と排酸化剤ガス中の
酸素量が低下し、また負荷が減小した時には前述と逆の
理由で排燃料ガス中の水素量と排酸化剤ガス中の酸素量
とは増加する。したがって、負荷変動時、燃焼ガスの温
度を温度センサ15により検出して三方流量制御弁14によ
り排酸化剤ガスの流量を制御して触媒燃焼器に送り、完
全燃焼する設定温度に制御しても、負荷減小時には各燃
焼段の燃焼触媒層の温度が、定常負荷時の正常な温度よ
りずれ、過熱される燃焼触媒層が生じるという問題があ
る。
は燃料電池に接続されている負荷、すなわち電池出力に
左右されるため、負荷が変動した場合、例えば負荷が増
加した場合、燃料電池で消費される水素量と酸素量が増
加するので、排燃料ガス中の水素量と排酸化剤ガス中の
酸素量が低下し、また負荷が減小した時には前述と逆の
理由で排燃料ガス中の水素量と排酸化剤ガス中の酸素量
とは増加する。したがって、負荷変動時、燃焼ガスの温
度を温度センサ15により検出して三方流量制御弁14によ
り排酸化剤ガスの流量を制御して触媒燃焼器に送り、完
全燃焼する設定温度に制御しても、負荷減小時には各燃
焼段の燃焼触媒層の温度が、定常負荷時の正常な温度よ
りずれ、過熱される燃焼触媒層が生じるという問題があ
る。
第４図は燃料電池からの排燃料ガスと排酸化剤ガスを
触媒燃焼器１に送って各燃焼段の燃焼触媒層3,6,9で排
燃料ガスを燃焼した時の各燃焼段のガス室と燃焼触媒層
との温度分布を示すグラフであり、縦軸にガス室と燃焼
触媒層の位置を示し、横軸にガス室，燃焼触媒層の温度
をとって示している。図において破線30は燃料電池の負
荷が安定している時、また負荷が急増した場合の温度分
布、一方実線31は負荷が急減した時の温度分布であり、
t1,t2,t3,t4はそれぞれガス室2,ガス室5,ガス室8,燃焼
室11の温度を示している、図から負荷急減時ガス室５の
温度t2が実線のように上昇している、すなわち負荷急減
時には排燃料ガス量が急増するために燃焼触媒層３の温
度が上昇していることが理解される。
触媒燃焼器１に送って各燃焼段の燃焼触媒層3,6,9で排
燃料ガスを燃焼した時の各燃焼段のガス室と燃焼触媒層
との温度分布を示すグラフであり、縦軸にガス室と燃焼
触媒層の位置を示し、横軸にガス室，燃焼触媒層の温度
をとって示している。図において破線30は燃料電池の負
荷が安定している時、また負荷が急増した場合の温度分
布、一方実線31は負荷が急減した時の温度分布であり、
t1,t2,t3,t4はそれぞれガス室2,ガス室5,ガス室8,燃焼
室11の温度を示している、図から負荷急減時ガス室５の
温度t2が実線のように上昇している、すなわち負荷急減
時には排燃料ガス量が急増するために燃焼触媒層３の温
度が上昇していることが理解される。
ところで燃焼触媒層３は着火性は良いが高温耐久性が
劣るので、上記のように負荷の急減時における温度上昇
は燃焼触媒層３を劣化させるという問題がある。
劣るので、上記のように負荷の急減時における温度上昇
は燃焼触媒層３を劣化させるという問題がある。
本発明の目的は、燃料電池からの排燃料ガスと排酸化
剤ガスを複数段の燃焼触媒層で燃焼させる際、燃料電池
の負荷変動時、特に負荷の急減時燃焼触媒層を過熱しな
い燃料電池用触媒燃焼器の燃焼制御装置を提供すること
である。
剤ガスを複数段の燃焼触媒層で燃焼させる際、燃料電池
の負荷変動時、特に負荷の急減時燃焼触媒層を過熱しな
い燃料電池用触媒燃焼器の燃焼制御装置を提供すること
である。
上記課題を解決するために、本発明によれば画成され
たガス室と、このガス室に導かれる燃料と酸化剤とによ
り燃焼が行われる燃焼触媒層とからなる燃焼段を複数段
直列に取付けてなる触媒燃焼器であって、燃料電池から
排出される排燃料ガスを排燃料ガスの供給系統を経てガ
ス室に導き、一方排酸化剤ガスを排酸化剤ガスの供給系
統を経て触媒燃焼器の端部にある第１の燃焼段の第１の
ガス室に導いて各燃焼段に導き、排燃料ガスを燃焼触媒
層で燃焼させ、最終段の燃焼段から出る燃焼ガスの温度
があらかじめ設定された温度になるように排酸化剤ガス
の触媒燃焼器への供給流量を制御する燃料電池用触媒燃
焼器の燃焼制御装置において、前記排燃料ガスの供給系
統を燃料電池から第１の燃焼段の第１のガス室に接続す
る主供給系統と第１の燃焼段に続く第２の燃焼段の第２
のガス室に接続する副供給系統とで構成し、主供給系統
に排燃料ガスの流量を制御する排燃料ガス流量制御弁を
設け、さらに第２のガス室にこのガス室のガス温度を検
出する温度センサを設け、このセンサの検出温度が第１
の燃焼段の燃焼触媒層での排燃料ガスの燃焼によりこの
燃焼触媒層を過熱しないあらかじめ設定された温度にな
るように排燃料ガス流量制御弁の開度を制御する制御手
段を設けるものとする。
たガス室と、このガス室に導かれる燃料と酸化剤とによ
り燃焼が行われる燃焼触媒層とからなる燃焼段を複数段
直列に取付けてなる触媒燃焼器であって、燃料電池から
排出される排燃料ガスを排燃料ガスの供給系統を経てガ
ス室に導き、一方排酸化剤ガスを排酸化剤ガスの供給系
統を経て触媒燃焼器の端部にある第１の燃焼段の第１の
ガス室に導いて各燃焼段に導き、排燃料ガスを燃焼触媒
層で燃焼させ、最終段の燃焼段から出る燃焼ガスの温度
があらかじめ設定された温度になるように排酸化剤ガス
の触媒燃焼器への供給流量を制御する燃料電池用触媒燃
焼器の燃焼制御装置において、前記排燃料ガスの供給系
統を燃料電池から第１の燃焼段の第１のガス室に接続す
る主供給系統と第１の燃焼段に続く第２の燃焼段の第２
のガス室に接続する副供給系統とで構成し、主供給系統
に排燃料ガスの流量を制御する排燃料ガス流量制御弁を
設け、さらに第２のガス室にこのガス室のガス温度を検
出する温度センサを設け、このセンサの検出温度が第１
の燃焼段の燃焼触媒層での排燃料ガスの燃焼によりこの
燃焼触媒層を過熱しないあらかじめ設定された温度にな
るように排燃料ガス流量制御弁の開度を制御する制御手
段を設けるものとする。
燃料電池から排出される排燃料ガスはその一部が排燃
料ガス流量制御弁を備えた主供給系統により第１の燃焼
段の第１のガス室に、またその残りが副供給系統により
第２の燃焼段の第２のガス室に導かれてその全量が触媒
燃焼器に流入して燃焼する。この際燃焼に与る触媒燃焼
器に流入する排酸化剤ガスの流量は排燃料ガスが触媒燃
焼器にて完全燃焼してこの触媒燃焼器から出る燃焼ガス
温度が設定温度になるように制御される。この制御方法
の詳細は、従来の技術の項で説明したとおりであり、説
明を省略する。この場合、第１のガス室に導かれる排燃
料ガスは、第１の燃焼段の燃焼触媒層で燃料電池からの
前記流量制御されて流入する排酸化剤ガスにより燃焼す
る際生じる燃焼ガスの温度、すなわち第２のガス室に設
けられた温度センサによる検出温度が第１の燃焼段の燃
焼触媒層を燃焼により過熱しないあらかじめ設定された
温度になるように、制御手段により制御される排燃料ガ
ス流量制御弁の開度によりその流量が制御されて燃焼す
る。この場合、排酸化剤ガスは排燃料ガス全体量に対し
理論比よりも過剰な量が供給されるので、第１の燃焼段
においても十分過剰な酸化剤ガス状態で燃焼する。従っ
て、排燃料ガス流量制御弁の調節のみで、第１の燃焼段
の燃焼触媒層が過熱しないように制御可能である。そし
て第２のガス室に流入する排燃料ガスは第２の燃焼段以
降の燃焼触媒層で前記流量制御された排酸化剤ガスによ
り完全燃焼して触媒燃焼器から高温の燃焼ガスが送出さ
れる。
料ガス流量制御弁を備えた主供給系統により第１の燃焼
段の第１のガス室に、またその残りが副供給系統により
第２の燃焼段の第２のガス室に導かれてその全量が触媒
燃焼器に流入して燃焼する。この際燃焼に与る触媒燃焼
器に流入する排酸化剤ガスの流量は排燃料ガスが触媒燃
焼器にて完全燃焼してこの触媒燃焼器から出る燃焼ガス
温度が設定温度になるように制御される。この制御方法
の詳細は、従来の技術の項で説明したとおりであり、説
明を省略する。この場合、第１のガス室に導かれる排燃
料ガスは、第１の燃焼段の燃焼触媒層で燃料電池からの
前記流量制御されて流入する排酸化剤ガスにより燃焼す
る際生じる燃焼ガスの温度、すなわち第２のガス室に設
けられた温度センサによる検出温度が第１の燃焼段の燃
焼触媒層を燃焼により過熱しないあらかじめ設定された
温度になるように、制御手段により制御される排燃料ガ
ス流量制御弁の開度によりその流量が制御されて燃焼す
る。この場合、排酸化剤ガスは排燃料ガス全体量に対し
理論比よりも過剰な量が供給されるので、第１の燃焼段
においても十分過剰な酸化剤ガス状態で燃焼する。従っ
て、排燃料ガス流量制御弁の調節のみで、第１の燃焼段
の燃焼触媒層が過熱しないように制御可能である。そし
て第２のガス室に流入する排燃料ガスは第２の燃焼段以
降の燃焼触媒層で前記流量制御された排酸化剤ガスによ
り完全燃焼して触媒燃焼器から高温の燃焼ガスが送出さ
れる。
以下図面に基づいて本発明の実施例について説明す
る。第１図は本発明の実施例による燃焼制御装置を備え
た燃料電池用触媒燃焼器の系統図である。なお、第１図
において第３図の従来例と同一部品には同じ符号を付
し、その説明を省略する。図において従来例と異なるの
は燃料電池からの排燃料ガスの供給系統12を第１の燃焼
段４の第１のガス室２に接続する主供給系統22とこの主
供給系統22から分岐して第２の燃焼段７の第２のガス室
５に接続する副供給系統23とで構成し、さらに主供給系
統21には排燃料ガスの流量を制御する排燃料ガス流量制
御弁24を、また第２のガス室５にこのガス室内のガス温
度を検出する温度センサ25を設け、さらに第２の燃焼段
４の燃焼触媒層３で排燃料ガスが燃焼触媒層３を過熱し
ないように燃焼する温度をあらかじめ設定する温度設定
器27を設け、この温度設定器27からの出力信号と温度セ
ンサ25からの検出温度信号とが入力され、この偏差信号
により排燃料ガス流量制御弁24の開度を制御して第２の
ガス室の燃焼ガス温度が温度設定器27の設定温度になる
ように制御する調節器28を設けたことである。
る。第１図は本発明の実施例による燃焼制御装置を備え
た燃料電池用触媒燃焼器の系統図である。なお、第１図
において第３図の従来例と同一部品には同じ符号を付
し、その説明を省略する。図において従来例と異なるの
は燃料電池からの排燃料ガスの供給系統12を第１の燃焼
段４の第１のガス室２に接続する主供給系統22とこの主
供給系統22から分岐して第２の燃焼段７の第２のガス室
５に接続する副供給系統23とで構成し、さらに主供給系
統21には排燃料ガスの流量を制御する排燃料ガス流量制
御弁24を、また第２のガス室５にこのガス室内のガス温
度を検出する温度センサ25を設け、さらに第２の燃焼段
４の燃焼触媒層３で排燃料ガスが燃焼触媒層３を過熱し
ないように燃焼する温度をあらかじめ設定する温度設定
器27を設け、この温度設定器27からの出力信号と温度セ
ンサ25からの検出温度信号とが入力され、この偏差信号
により排燃料ガス流量制御弁24の開度を制御して第２の
ガス室の燃焼ガス温度が温度設定器27の設定温度になる
ように制御する調節器28を設けたことである。
このような構成により燃料電池からその電池出力に見
合う排燃料ガスはその全量の一部が主供給系統22を経て
ガス室２に流入し、残りは副供給系統23を経てガス室５
に流入する。一方排酸化剤ガスは前述のように温度セン
サ15,温度設定器16,調節器17を介して排燃料ガスが燃焼
触媒層で燃焼して燃焼触媒層９から排出される完全燃焼
する燃焼ガスの温度があらかじめ設定された温度に制御
されるようにその流量が制御されてガス室２に流入す
る。このように流入する排燃料ガスと排酸化剤ガスとに
より触媒燃焼器で下記のように燃焼が行われる。
合う排燃料ガスはその全量の一部が主供給系統22を経て
ガス室２に流入し、残りは副供給系統23を経てガス室５
に流入する。一方排酸化剤ガスは前述のように温度セン
サ15,温度設定器16,調節器17を介して排燃料ガスが燃焼
触媒層で燃焼して燃焼触媒層９から排出される完全燃焼
する燃焼ガスの温度があらかじめ設定された温度に制御
されるようにその流量が制御されてガス室２に流入す
る。このように流入する排燃料ガスと排酸化剤ガスとに
より触媒燃焼器で下記のように燃焼が行われる。
ガス室２に流入した排燃料ガスは、上記の流量制御さ
れた排酸化剤ガスにより燃焼触媒層３で過剰空気燃焼す
る燃焼ガス温度が温度設定器27で設定された燃焼触媒層
３を過熱しない温度になるように、調節器28からの温度
センサ25の検出温度と温度設定器27の設定温度との偏差
信号により制御される排燃料ガス流量制御弁24の開度に
よりその流量が制御されて燃焼する。その燃焼は燃焼ガ
スが燃焼触媒層３を過熱しない低い温度で行われるた
め、非常に大きな空気過剰率の下で行われる過剰空気燃
焼となるが、触媒を使用しての燃焼であるため失火する
ようなことはない。
れた排酸化剤ガスにより燃焼触媒層３で過剰空気燃焼す
る燃焼ガス温度が温度設定器27で設定された燃焼触媒層
３を過熱しない温度になるように、調節器28からの温度
センサ25の検出温度と温度設定器27の設定温度との偏差
信号により制御される排燃料ガス流量制御弁24の開度に
よりその流量が制御されて燃焼する。その燃焼は燃焼ガ
スが燃焼触媒層３を過熱しない低い温度で行われるた
め、非常に大きな空気過剰率の下で行われる過剰空気燃
焼となるが、触媒を使用しての燃焼であるため失火する
ようなことはない。
ガス室５に流入した排燃料ガスは燃焼触媒層6,9で温
度設定器16で完全燃焼するあらかじめ設定された温度に
なるように前記流量制御された排酸化剤ガスにより完全
燃焼し、燃焼触媒層９から高温の燃焼ガスが排出されて
燃焼室11に供給される。
度設定器16で完全燃焼するあらかじめ設定された温度に
なるように前記流量制御された排酸化剤ガスにより完全
燃焼し、燃焼触媒層９から高温の燃焼ガスが排出されて
燃焼室11に供給される。
このような燃焼制御方法により燃料電池の負荷が急減
した場合の触媒燃焼器１のガス室2,5,8,燃焼触媒層3,6,
9および燃焼室11の温度は、第４図と同じ要領で示した
第２図の実線32で示す温度分布となり、燃料電池の負荷
が急減してもガス室５の温度は設定温度に制御されるの
で、燃焼触媒層３は従来のように高温にならない。した
がって低温着火性がよいが、高温耐久性の劣る燃焼触媒
層３の劣化が少なくなり、寿命が長くなる。
した場合の触媒燃焼器１のガス室2,5,8,燃焼触媒層3,6,
9および燃焼室11の温度は、第４図と同じ要領で示した
第２図の実線32で示す温度分布となり、燃料電池の負荷
が急減してもガス室５の温度は設定温度に制御されるの
で、燃焼触媒層３は従来のように高温にならない。した
がって低温着火性がよいが、高温耐久性の劣る燃焼触媒
層３の劣化が少なくなり、寿命が長くなる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば燃料
電池からの排燃料ガスをその一部は流量制御弁を備えた
主供給系統により第１の燃焼段の第１のガス室へ、残り
は副供給系統により第２の燃焼段の第２のガス室へ導
き、第１のガス室へ流入する排燃料ガスの流量を第１の
燃焼段の燃焼触媒層での過剰空気燃焼による燃焼ガスの
温度が第１の燃焼段の燃焼触媒層を過熱しないあらかじ
め設定された温度になるように制御したことにより、触
媒燃焼器から高温の燃焼ガスが得られるとともに燃料電
池の負荷の急減があった場合でも第１の燃焼段の燃焼触
媒層は高温にならないので、複数段の燃焼段からなる燃
焼触媒層の特定の燃焼触媒層の以上な温度上昇がなくな
り、このため燃焼触媒層の劣化が少なくなり、寿命が長
くなるという効果がある。
電池からの排燃料ガスをその一部は流量制御弁を備えた
主供給系統により第１の燃焼段の第１のガス室へ、残り
は副供給系統により第２の燃焼段の第２のガス室へ導
き、第１のガス室へ流入する排燃料ガスの流量を第１の
燃焼段の燃焼触媒層での過剰空気燃焼による燃焼ガスの
温度が第１の燃焼段の燃焼触媒層を過熱しないあらかじ
め設定された温度になるように制御したことにより、触
媒燃焼器から高温の燃焼ガスが得られるとともに燃料電
池の負荷の急減があった場合でも第１の燃焼段の燃焼触
媒層は高温にならないので、複数段の燃焼段からなる燃
焼触媒層の特定の燃焼触媒層の以上な温度上昇がなくな
り、このため燃焼触媒層の劣化が少なくなり、寿命が長
くなるという効果がある。
第１図は本発明の実施例による燃焼制御装置を備えた燃
料電池用触媒燃焼器の系統図、第２図は第１図の触媒燃
焼器の燃焼時の温度分布を示すグラフの説明図、第３図
は従来の燃焼制御装置を備えた燃料電池用触媒燃焼器の
系統図、第４図は第３図の触媒燃焼器の燃焼時の温度分
布を示すグラフの説明図である。 1:触媒燃焼器、2:第１のガス室、3,6,9:燃焼触媒層、4:
第１の燃焼段、5:第２のガス室、7:第２の燃焼段、8:ガ
ス室、10:燃焼段、11:燃焼室、12:排燃料ガス供給系
統、13:排酸化剤ガス供給系統、22:主供給系統、23:副
供給系統、24:排燃料ガス流量制御弁、25:温度センサ、
27:温度設定器、28:調節器。
料電池用触媒燃焼器の系統図、第２図は第１図の触媒燃
焼器の燃焼時の温度分布を示すグラフの説明図、第３図
は従来の燃焼制御装置を備えた燃料電池用触媒燃焼器の
系統図、第４図は第３図の触媒燃焼器の燃焼時の温度分
布を示すグラフの説明図である。 1:触媒燃焼器、2:第１のガス室、3,6,9:燃焼触媒層、4:
第１の燃焼段、5:第２のガス室、7:第２の燃焼段、8:ガ
ス室、10:燃焼段、11:燃焼室、12:排燃料ガス供給系
統、13:排酸化剤ガス供給系統、22:主供給系統、23:副
供給系統、24:排燃料ガス流量制御弁、25:温度センサ、
27:温度設定器、28:調節器。
Claims (1)
- 【請求項１】画成されたガス室と、このガス室に導かれ
る燃料と酸化剤とにより燃焼が行われる燃焼触媒層とか
らなる燃焼段を複数段直列に取付けてなる触媒燃焼器で
あって、燃料電池から排出される排燃料ガスを排燃料ガ
スの供給系統を経てガス室に導き、一方排酸化剤ガスを
排酸化剤ガスの供給系統を経て触媒燃焼器の端部にある
第１の燃焼段の第１のガス室に導いて各燃焼段に導き、
排燃料ガスを燃焼触媒層で燃焼させ、最終段の燃焼段か
ら出る燃焼ガスの温度があらかじめ設定された温度にな
るように排酸化剤ガスの触媒燃焼器への供給流量を制御
する燃料電池用触媒燃焼器の燃焼制御装置において、前
記排燃料ガス供給系統を燃料電池から第１のガス室に接
続する主供給系統と第１の燃焼段に続く第２の燃焼段の
第２のガス室に接続する副供給系統とで構成し、主供給
系統に排燃料ガスの流量を制御する排燃料ガス流量制御
弁を設け、さらに第２のガス室にこのガス室のガス温度
を検出する温度センサを設け、このセンサの検出温度が
第１の燃焼段の燃焼触媒層での排燃料ガスの燃焼により
この燃焼触媒層を過熱しないあらかじめ設定された温度
になるように排燃料ガス流量制御弁の開度を制御する制
御手段を設けたことを特徴とする燃料電池用触媒燃焼器
の燃焼制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63155582A JP2533616B2 (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | 燃料電池用触媒燃焼器の燃焼制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63155582A JP2533616B2 (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | 燃料電池用触媒燃焼器の燃焼制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH025367A JPH025367A (ja) | 1990-01-10 |
| JP2533616B2 true JP2533616B2 (ja) | 1996-09-11 |
Family
ID=15609194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63155582A Expired - Fee Related JP2533616B2 (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | 燃料電池用触媒燃焼器の燃焼制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2533616B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6981865B2 (en) | 2000-02-18 | 2006-01-03 | Nissan Motor Co., Ltd. | Catalyst combustion system, fuel reforming system, and fuel cell system |
| WO2023200126A1 (ko) * | 2022-04-12 | 2023-10-19 | 주식회사 에코마스터 | 연료전지 시스템 off-gas 촉매연소기 및 이를 포함하는 연료전지 장치 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2192534C (en) * | 1996-12-10 | 2002-01-29 | Danilo Klvana | Process and apparatus for gas phase exothermic reactions |
| JP2006164786A (ja) * | 2004-12-08 | 2006-06-22 | Nissan Motor Co Ltd | 触媒燃焼器の異常検出装置 |
| JP5928206B2 (ja) * | 2012-07-11 | 2016-06-01 | 三浦工業株式会社 | 燃料電池システム |
-
1988
- 1988-06-23 JP JP63155582A patent/JP2533616B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6981865B2 (en) | 2000-02-18 | 2006-01-03 | Nissan Motor Co., Ltd. | Catalyst combustion system, fuel reforming system, and fuel cell system |
| WO2023200126A1 (ko) * | 2022-04-12 | 2023-10-19 | 주식회사 에코마스터 | 연료전지 시스템 off-gas 촉매연소기 및 이를 포함하는 연료전지 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH025367A (ja) | 1990-01-10 |
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