JP3250058B2 - 燃料電池用原料改質装置のメタノールバーナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池用原料改質装
置を加熱して原料ガスを生成させる際に用いる燃料電池
用原料改質装置のメタノールバーナに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃料電池用原料改質装置のメタノ
ールバーナとしては、筒状に形成されたバーナ本体の内
部に燃料としてのメタノールと空気（一次空気）とを供
給するに当たりエゼクタを用いたものがある。

【０００３】この種のメタノールバーナは、筒状バーナ
本体の側部にエゼクタのスロート部が開口され、このス
ロート部に燃料供給ノズルがバーナ本体の側方から臨ん
でいた。そして、燃料供給ノズルから予め気化されたメ
タノールがスロート部内に吹き出されることによって、
燃料供給ノズルとスロート部の開口部分との間から一次
空気がスロート部内に吸い込まれるように構成されてい
た。このメタノールと空気は筒状バーナ本体内で混合さ
れてバーナ本体から吹き出され、点火源によって点火さ
れていた。

【０００４】また、このメタノールバーナは、燃料の流
量に対する一次空気の流量の比（この比を以下において
一次空気比という）が、空気流量が少なく（一次空気比
約０．６）になるように設定されていた。これは、バー
ナ本体の温度が通常燃焼時の温度に達したときに逆火が
生じないようにするためであった。なお、この逆火と
は、燃焼速度が混合気流速を上回って火炎がバーナ本体
内に浸入する現象のことである。すなわち、一次空気比
が０．６より大きくなると燃焼速度が速くなり、逆火が
生じ易くなってしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、このように
一次空気比が小さく設定された従来のメタノールバーナ
では、バーナ本体の温度が相対的に低い点火直後に有害
物質が多く生じ易いという問題があった。なお、この有
害物質の排出量は、バーナ本体の温度が上昇するにした
がって次第に減少し、通常燃焼時の温度に達するときわ
めて少なくなることが知られている。また、一次空気比
を１．０程度まで大きくしさえすれば、前記逆火が生じ
易くなるものの、バーナ本体が低温でも有害物質の排出
量は少なくなることが知られている。

【０００６】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、逆火が生じるのを抑えつつバーナ本
体の温度が低くても有害物質の排出量を抑えることがで
きるようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る燃料電池用
原料改質装置のメタノールバーナは、点火後からバーナ
本体が通常燃焼時の温度に達するまでの間は一次空気比
を通常燃焼時より空気が多くなるように変える空気比制
御手段を備えたものである。

【０００８】

【作用】点火直後のバーナ本体が相対的に低温なときに
一次空気比が大きくなって有害物質の排出が抑制され、
バーナ本体が通常燃焼時の温度に達した後は一次空気比
が小さくなって逆火が抑制される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図９に
よって詳細に説明する。図１は本発明に係るメタノール
バーナを備えた燃料電池用原料改質装置の断面図、図２
は図１におけるII−II線断面図、図３は本発明に係るメ
タノールバーナの平面図、図４は図３におけるＡ矢視
図、図５は図３におけるV−V線断面図、図６は図３にお
けるVI−VI線断面図、図７は図３におけるVII−VII線断
面図、図８はメタノールバーナの要部を拡大して示す側
面図、図９は本発明に係るメタノールバーナの一次空気
比の変化を示すグラフである。

【００１０】これらの図において、１は燃料電池用原料
改質装置で、この原料改質装置１は、内部に内側触媒層
２、外側触媒層３、原料用気化器４、水素バーナ５、メ
タノールバーナ６およびファン７が設けられた従来周知
の構造になっている。前記内側触媒層２および外側触媒
層３は、図２に示すようにそれぞれ二重管内に触媒２
ａ，３ａを装填して円筒状に構成され、外側触媒層３の
内方に内側触媒層２を互いに離間する状態で挿入して原
料改質装置筐体１ａに支持固定されており、下端部どう
しが下部円環状空間８を介して互いに連通されている。

【００１１】内側触媒層２は上端部が図２の中央に符号
９で示す円板状空間に連通され、この円板状空間９の中
央に開口する後述する気化器４に連通されている。外側
触媒層３は上端部が図１の上部に符号１０で示す円板状
空間に連通され、この円板状空間１０の中央に開口する
原料ガス出口管１１に連通されている。なお、この原料
ガス出口管１１が燃料電池（図示せず）の原料ガス流入
口に連通されている。

【００１２】一方、内側触媒層２の内方に形成された空
間１２は、前記円板状空間９を貫通する連通管１３を介
して内側触媒層２の上方の円板状空間１４に連通される
と共に、この円板状空間１４を介して内側触媒層２と外
側触媒層３との間の内側筒状空間１５に連通されてい
る。さらに、この内側筒状空間１５は、外側触媒層３の
下端部を貫通するように形成された連通路１６を介して
外側触媒層３と原料改質装置筐体１ａとの間の外側筒状
空間１７に連通され、この外側筒状空間１７の上部に開
口する加熱ガス出口管１８に連通されている。なお、こ
の加熱ガス出口管１８は燃料電池の空気流入口に連通さ
れている。また、外側筒状空間１７の下端部は図１中に
符号１９で示す連通路を介して気化器側空間に連通され
ている。

【００１３】前記気化器４は、管材を曲げ加工して形成
されて前記内側触媒層２および外側触媒層３の下方に配
置されたスパイラル状部分４ａと、このスパイラル状部
分４ａの中央側端部に連通された円環状の液溜まり部４
ｂと、この液溜まり部４ｂを介して前記スパイラル状部
分４ａに連通されかつスパイラル状部分４ａと同様に管
材を曲げ加工して形成されて内側触媒層２の内方空間
（前記空間１２）に上方へ延びるように配置されたコイ
ル状部分４ｃとから構成されている。そして、この気化
器４はスパイラル状部分４ａの外周側端部が不図示の原
料ポンプを介して原料タンクに連通され、コイル状部分
４ｃの上端部が前記円板状空間９に連通されている。ま
た、前記液溜まり部４ｂは内部に原料を溜めることがで
きる構造になっている。なお、前記原料タンクに溜めら
れる原料としては、例えばメタノールと水とを混合させ
た液体である。

【００１４】前記水素バーナ５およびメタノールバーナ
６は前記スパイラル状部分４ａの下方に配置されてい
る。水素バーナ５は円環状に形成された管材に透孔から
なる噴射口５ａを多数穿設して構成され、燃料電池で余
剰となった水素ガスをこの噴射口５ａから吹き出させて
燃焼させる構造になっている。

【００１５】前記メタノールバーナ６は、不図示の燃料
タンクから燃料ポンプによって圧送された液体メタノー
ルを気化させるための気化器２１と、全体が円環状に形
成されて前記水素バーナ５の内方に下方から嵌入するバ
ーナ本体２２とから構成されている。そして、気化器２
１からメタノールガスをバーナ本体２２に供給する部分
は、気化器２１から吹き出されたメタノールガスによっ
て一次空気がバーナ本体２２に吸い込まれるエゼクタ２
３として形成されている。この一次空気とは、燃料ガス
としてのメタノールガスと混合されてメタノールバーナ
６に混合気として供給される吸入空気のことである。

【００１６】前記気化器２１は、バーナ本体２２および
前記水素バーナ５の上方に配置されて燃料供給管２４か
ら液体メタノールが供給される受熱部２５と、この受熱
部２５から水素バーナ５および前記バーナ本体２２の内
方を通って下方へ延びる連結部２６と、この連結部２６
の下端部に設けられてメタノールガスをバーナ本体２２
に吐出させる吐出部２７とから形成されており、原料改
質装置筐体１ａの下部に図１に示すようブラケット２８
を介して固定されている。

【００１７】前記受熱部２５は内部に燃料通路を有する
棒状に形成され、水素バーナ５やバーナ本体２２の燃焼
による炎から熱を受けて燃料通路中の液体メタノールを
気化させて連結部２６へ送る構造になっている。そし
て、その長手方向略中央部には気化ヒータ２９が装着さ
れている。この気化ヒータ２９は通電されることによっ
て発熱する構造で、点火初期あるいは水素バーナ５やバ
ーナ本体２２での発熱量が少ないときに通電されて受熱
部２５でのメタノールの気化を助勢するように構成され
ている。なお、この受熱部２５に連通された燃料供給管
２４は不図示の燃料ポンプを介して燃料タンクに連通さ
れている。前記吐出部２７は前記エゼクタ２３の一部を
構成する燃料供給ノズル３０が突設され、この燃料供給
ノズル３０からメタノールガスを吹き出させる構造にな
っている。

【００１８】前記バーナ本体２２は、図５に示すよう
に、断面略下向きコ字状の上ケース３１と、断面略上向
き半円状の下ケース３２と、これら上下両ケースの間に
介装された区画プレート３３等を備え、内部に上側通路
３４と下側通路３５が形成されている。このバーナ本体
２２は、図３に示すように取付けフランジ２２ａ〜２２
ｃが上ケース３１の内周部および外周部に設けられ、こ
れらの取付けフランジ２２ａ〜２２ｃを原料改質装置筐
体１ａのブラケット２８，３６に取付けることによって
原料改質装置筐体１ａに対して固定されている。

【００１９】前記上ケース３１は平面視円環状に形成さ
れ、その内部にはこの上ケース３１の上部開口３１ａか
ら上方へ突出するノズル金網３７と、このノズル金網３
７を上ケース３１に保持させる支持金網３８とが装着さ
れている。前記上部開口３１ａは、図３に示すように円
環状上ケース３１の周方向に間隔をおいて４箇所に形成
されている。また、上下通路３４，３５を仕切る区画プ
レート３３には、透孔からなる連通孔３９がバーナ本体
２２の周方向に間隔をおいて多数穿設されている。この
連通孔３９は前記上部開口３１ａの真下に配設されてい
る。

【００２０】前記下ケース３２は、図４に示すようにエ
ゼクタ２３の一部を構成するスロート部４０を一端とし
て平面視略Ｃ字状に形成されている。そして、Ｃ字状の
開放部分に前記気化器２１の吐出部２７が臨み、この吐
出部２７の燃料供給ノズル３０がスロート部４０の開口
部分に臨んでいる。すなわち、このエゼクタ２３では、
燃料供給ノズル３０からメタノールガスが図４中に破線
矢印で示すようにスロート部４０内に吹き出されること
によって、燃料供給ノズル３０とスロート部４０との間
に実線矢印で示すように一次空気が下側通路３５内に流
入することになる。

【００２１】このように下側通路３５に流入したメタノ
ールガスと一次空気は、下側通路３５内で混合されて平
面視略Ｃ字状の下側通路３５内に全域にわたって流れ、
区画プレート３３の連通孔３９を通って上側通路３５内
に流入する。そして、上ケース３１の上部開口３１ａか
らノズル金網３７を介してバーナ上に吹き出されて燃焼
される。なお、点火は水素バーナ５の上方に配設された
点火ヒータ４１を赤熱させることによって行われる。

【００２２】前記スロート部４０の開口部分の近傍に設
けられた符号４２で示すものは、本発明に係る空気比制
御手段を構成する空気流量制御板である。この空気流量
制御板４２は、形状記憶合金やバイメタル等の温度に応
じて形状が変化する材料によって形成され、スロート部
４０と対応する区画プレート３３の下面に支持固定され
ている。そして、この空気流量制御板４２は、バーナ本
体２２が予め定めた温度より低いときには図４に示すよ
うに平板状の形態となり、バーナ本体２２から伝導され
る熱により空気流量制御板４２自体の温度が上昇するす
るにしたがって一端側（スロート部４０の奥側）が徐々
に起立し、バーナ本体２２が前記設定温度に達したとき
には側面視Ｌ字状の形態となるように構成されている。
この起立した状態を図７および図８に示す。なお、上述
した予め定めた温度とは、バーナ本体２２の通常燃焼時
の温度のことである。

【００２３】すなわち、バーナ本体２２の温度が点火後
から通常燃焼時の温度に達するまでは、前記エゼクタ２
３によってバーナ本体２２に吸い込まれる一次空気の流
量は空気流量制御板４２が平板状態から起立状態に至る
途中であり空気流量制御板４２と燃料供給ノズル３０と
の隙間が広い関係から比較的多く、通常燃焼時の温度に
達したときには空気流量制御板４２が起立状態になり空
気流量制御板４２と燃料供給ノズル３０との隙間が狭め
られて一次空気の流量が少なくなる。なお、エゼクタ２
３での一次空気比は、空気流量制御板４２が平板状態の
ときに１．０程度になり、空気流量制御板４２が起立状
態のときに０．６程度となるように設定されている。こ
のため、バーナ本体２２の温度が低いときには一次空気
比が大きくなって有害物質が生成され難くなり、バーナ
本体２２の温度が通常燃焼時の温度に達したときには一
次空気比が小さくなって逆火が抑制される。

【００２４】上述したように点火時にエゼクタ２３での
一次空気比を１．０程度に大きくすると、有害物質は排
出され難くなる代わりに点火性が低下してしまう。本実
施例では、図３、図４、図６および図７に示すようにバ
ーナ本体２２内に符号４３〜４５で示す隔壁を設けて点
火時にはメタノールガスと空気との混合気を点火ヒータ
４１の近傍のみに吹き出させることによって点火性を高
めている。

【００２５】これらの隔壁４３〜４５は、図３に示すよ
うに上ケース３１の４つの上部開口３１ａのうち図３に
おいて最も下側の上部開口３１ａ（エゼクタ２３より混
合気流の下流側であって最もエゼクタ２３に近い連通孔
３９の真上に形成された上部開口３１ａ）を平面視にお
いて挾むような位置に配設されている。これらの隔壁４
３〜４５のうち上部開口３１ａにおけるエゼクタ２３と
は反対側の端部の近傍に配設された隔壁４３，４４は、
形状記憶合金やバイメタル等によって板状に形成され、
図６に示すように区画プレート３３の同一部位の上面と
下面とにそれぞれ固着されている。そして、これらの隔
壁４３，４４はバーナ本体２２が予め定めた温度より低
いときには図６に示すように断面Ｌ字状に起立した形態
になって上側通路３４および下側通路３５を左右に画成
し、前記設定温度に達したときには同図中に二点鎖線で
示すように平板状の形態となって前記画成状態を解除す
るように構成されている。また、上側通路３４に設けら
れた隔壁４３は、区画プレート３３に形成されたバイパ
ス用連通口３３ａを開閉する構造になっている。

【００２６】前記上部開口３１ａにおけるエゼクタ２３
側の端部の近傍に配設された隔壁４５は、図７に示すよ
うに上側通路３４を左右に画成するように形成されてお
り、区画プレート３３の上面に固着されている。なお、
この隔壁４５は前記隔壁４３，４４とは異なり温度変化
によって形状が変化することのない材料によって形成さ
れている。

【００２７】そして、点火ヒータ４１は前記上部開口３
１ａの丁度真上に先端を臨ませるようにして配置されて
いる。

【００２８】すなわち、バーナ本体２２の温度が相対的
に低くなる点火時には、エゼクタ２３からメタノールガ
スおよび一次空気が流入する下側通路３５が隔壁４４に
よって塞がれ、この下側通路３５に連通孔３９およびバ
イパス用連通口３３ａを介して連通された上側通路３４
も隔壁４３，４５によって他の部位から画成されるた
め、混合気の全量が一つの上部開口３１ａから吹き出す
ことになる。これによって点火性が高まることになる。

【００２９】次に、上述したように構成された燃料電池
用原料改質装置１の動作を説明する。この原料改質装置
１で燃料電池用原料ガスを生成するに当たっては先ずメ
タノールバーナ６を点火させる。メタノールバーナ６を
点火させるには、気化器２１に燃料としての液体メタノ
ールを圧送すると共に気化ヒータ２９に通電してメタノ
ールガスを生成させ、このメタノールガスを燃料供給ノ
ズル３０からバーナ本体２１のスロート部４０内に吹き
出させる。このようにするとエゼクタ２３によって一次
空気がスロート部４０内に同時に吸い込まれることにな
る。また、上述した燃料供給操作と並行して点火ヒータ
４１にも通電してこれを赤熱させておくと共に、ファン
７を回転駆動させて外気をメタノールバーナ６の下方か
ら上方へ向けて吹き込ませる。

【００３０】また、このときにはバーナ本体２２の温度
が相対的に低く空気流量制御板４２が図４に示したよう
に平板状になっている関係から、一次空気比は通常燃焼
時より大きくなる。そして、エゼクタ２３からバーナ本
体２２内に流入されたメタノールガスと一次空気は、下
側通路３５内で混合され、バーナ本体２２の温度が低い
ことに起因して起立状態になっている隔壁４３，４４
と、隔壁４５とによって他の部位から画成された空間を
通ってバーナ本体２２の上部に吹き出される。このとき
に混合気が吹き出るのは、図３における最も下側に形成
された上部開口３１ａからのみである。

【００３１】そして、点火ヒータ４１に混合気が触れる
ことによってメタノールバーナ６が点火する。点火後、
バーナ本体２２の温度が上昇して隔壁４３，４４が図６
中に二点鎖線で示したように平板状になると、混合気は
バーナ本体２２の全域に流れて４箇所の上部開口３１ａ
の全てからバーナ上方へ吹き出し、バーナ本体２２の略
全周で燃焼が行われるようになる。この点火直後では、
空気流量制御部材４１が一次空気の流量がメタノールガ
スの流量より多くなるように一次空気比が通常燃焼時よ
り大きくなっているから、燃焼ガス中には有害物質が少
なくなっている。このようにメタノールバーナ６が点火
した後は、点火ヒータ４１への通電を絶ってメタノール
バーナ６から吹き出る炎を利用して気化器２１を加熱さ
せて液体メタノールを気化させるようにする。

【００３２】メタノールバーナ６で生じる燃焼ガスは、
図１中に実線矢印で示すようにその大部分がファン７か
ら圧送される二次空気（外気）によって上方へ流され、
気化器４の隙間部分→空間１２→連通管１３内→円板状
空間１４→内側筒状空間１５→連通路１６→外側筒状空
間１７という経路を辿って加熱ガス出口管１８に流れ、
この加熱ガス出口管１８から原料改質装置１外へ排出さ
れる。すなわち、気化器４や内側触媒層２、外側触媒層
３等を加熱した後に原料改質装置筐体１ａ外に排出され
る。

【００３３】一方、上述したようにメタノールバーナ６
が点火したときには、気化器４に液体原料が供給され
る。気化器４に供給された液体原料はスパイラル状部分
４ａから液溜まり部４ｂを通ってコイル状部分４ｃに流
されると共に、前記燃焼ガスによって加熱されて気化さ
れる。この原料の流れを図１中に破線矢印によって示
す。そして、気化器４によって気化された原料ガスは、
気化器４→円板状空間９→内側触媒層２→下部円環状空
間８→外側触媒層３→円板状空間１０という経路を辿っ
て原料ガス出口管１１に流れ、この原料ガス出口管１１
から原料改質装置１外へ排出される。なお、気化器４に
液溜まり部４ｂが設けられていると、コイル状部分４ｃ
内に残存する液体原料がこの液溜まり部４ｂに流下して
溜まるので、突沸現象によって液体原料が内側触媒層２
に流れ込むのを防ぐことができる。

【００３４】すなわち、原料ガスが内側触媒層２と外側
触媒層３を通ることによって改質されて水素主体の改質
ガスが得られる。この改質ガス（原料ガス）が原料ガス
出口管１１から燃料電池に送られ、酸素と反応すること
になる。なお、燃料電池で余剰となった改質ガスは水素
バーナ５へ戻されて燃焼される。

【００３５】しかる後、バーナ本体２２が通常燃焼時の
温度に達すると（バーナ本体２２の暖機が終了する
と）、空気流量制御部材４２が図７および図８に示すよ
うに起立状態となり、エゼクタ２３からバーナ本体２２
内に吸い込まれる一次空気が減少して図９に示すように
一次空気比が小さくなる。このようになると、一次空気
比が通常燃焼時に適した値になるため、燃焼速度が抑制
されて逆火が起こることはない。しかも、バーナ本体２
２の温度が相対的に高いため、一次空気比を小さくして
も燃焼ガス中の有害物質はきわめて少なくなる。

【００３６】したがって、上述したように構成されたメ
タノールバーナ６では、点火直後のバーナ本体２２が相
対的に低温なときに一次空気比が大きくなって有害物質
の排出が抑制され、バーナ本体２２が通常燃焼時の温度
に達した後は一次空気比が小さくなって逆火が抑制され
る。

【００３７】また、本実施例で示したように一次空気比
を変える空気流量制御部材４２を形状記憶合金等の温度
変化に応じて形状が変わる材料によって形成すると、駆
動装置や温度検出センサ等を使用せずに済むので、構造
が簡単であり、しかも、信頼性が高くなる。隔壁４３，
４４も空気流量制御部材４２と同等の材料で形成したの
で、この部分でも同等の効果が得られる。

【００３８】なお、前記実施例では一次空気比を変える
に当たり空気流量制御部材４２によってエゼクタ２３の
開口部分の面積を変える構成を採ったが、図１０および
図１１に示すようにメタノールガスの流量を変えたり、
燃料供給ノズル３０とスロート部４０との距離を変えた
りしても同様の効果が得られる。

【００３９】図１０はメタノールガスの流量を変えて一
次空気比を変える他の実施例を示す断面図、図１１は燃
料供給ノズルとスロート部の距離を変えて一次空気比を
変える他の実施例を示す図である。これらの図において
前記図１ないし図８で説明したものと同一もしくは同等
部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略す
る。図１０において符号５１は流量制御用ニードルで、
このニードル５１は、気化器２１の吐出部２７に燃料供
給ノズル３０の開口３０ａに接離するよう進退自在に支
持されている。また、このニードル５１は先端針部を開
口３０ａに出し入れさせることによって実質的なノズル
径Ｄを変化させることができるように構成されている。
５２はこのニードル５１を駆動するための駆動装置で、
ステッピングモータ５３の回転をラックアンドピニオン
式伝動手段５４を介して平行移動に変えてニードル５１
に伝える構造になっている。

【００４０】図１０に示した構成を採る場合、バーナ本
体の暖機が終了するまではニードル５１を同図において
左側へ移動させて実質的なノズル径Ｄを小さくする。す
なわち、メタノールガスの流量を減少させて一次空気比
を大きくすることができる。そして、バーナ本体の暖機
が終了した後は、ノズル５１を図において右側へ移動さ
せてメタノールガスの流量を増大させ、一次空気比を小
さくする。

【００４１】したがって、この例ではノズル５１、駆動
装置５２によって本発明に係る空気比制御手段が構成さ
れることになり、前記実施例と同等の効果が得られる。

【００４２】図１１に示した気化器２１は、燃料供給ノ
ズル３０とスロート部４０との間隔Ｌを変えることがで
きるように、バーナ本体２２に対して移動自在に構成さ
れている。すなわち、バーナ本体２２の暖機が終了する
までは、同図中に実線で示すように燃料供給ノズル３０
をスロート部４０から離間させてスロート部４０に吸い
込まれる一次空気を増やし、一次空気比を大きくする。
バーナ本体２２の暖機が終了した後は、同図中に二点鎖
線で示すように、燃料供給ノズル３０をスロート部４０
に臨ませて一次空気の流量を減少させて一次空気比を小
さくする。

【００４３】したがって、この例では移動自在に構成さ
れた気化器２１によって本発明に係る空気比制御手段が
構成され、前記実施例と同等の効果が得られる。

【００４４】また、上述した各実施例では一次空気をバ
ーナ本体に導入するに当たりエゼクタを用いたが、送風
ファンを用いることもできる。この送風ファンを用いた
メタノールバーナを図１２および図１３によって説明す
る。図１２は送風ファンによって一次空気が供給される
メタノールバーナの他の実施例を示す断面図、図１３は
送風ファンを用いたメタノールバーナの一次空気比の変
化を示すグラフである。

【００４５】図１２において、６１はバーナ本体で、こ
のバーナ本体６１は有底円筒状に形成されて下部に側方
から一次空気とメタノールとの混合気が導入され、上部
燃焼部６２で燃焼が行われる構造になっている。６３は
前記バーナ本体６１に一次空気を供給する送風ファン
で、混合気導入管６４を介してバーナ本体６１に連通さ
れている。６５は液体メタノールを混合気導入管６４内
に吹き出させる燃料供給ノズル、６６は燃料タンク６７
から液体メタノールを前記燃料供給ノズル６５へ圧送す
るための燃料ポンプである。

【００４６】６８は前記バーナ本体６１から生じる炎を
検出するための炎検出装置である。この炎検出装置６８
はフレームアイ、フレームロッド、測温抵抗体等によっ
て構成されており、後述する制御装置に接続されてい
る。６９はバーナ本体６１の温度を検出する温度センサ
で、この温度センサ６９は例えばサーミスタによって構
成され、後述する制御装置に接続されている。

【００４７】７０は制御装置で、この制御装置７０は、
送風ファン６３および燃料ポンプ６６のＯＮ，ＯＦＦを
切り換えて点・消火を自動で行うと共に、点火時、バー
ナ本体６１の暖機終了時等に前記送風ファン６３の回転
数を変えるように構成されている。

【００４８】このように構成されたメタノールバーナで
は、送風ファン６３および燃料ポンプ６６を始動させる
ことによって一次空気とメタノールとの混合気がバーナ
本体６１内に供給され、不図示の点火源によって点火さ
れて上部燃焼部６２で燃焼が行われる。点火時には、図
１３に示すように、通常燃焼時と略同等の一次空気比と
なるように一次空気が供給される。この一次空気の流量
は、制御装置７０が送風ファン６３の回転数を制御する
ことによって設定量に制御される。すなわち、一次空気
比を小さく設定することで点火性を高めることができ
る。

【００４９】点火して炎検出装置６８から制御装置７０
に炎検出信号が入力されると、制御装置７０が送風ファ
ン６３をその回転数が通常燃焼時より高回転になるよう
に制御する。これによって点火後の一次空気比が通常燃
焼時より大きくなり、バーナ本体６１が相対的に低温で
も燃焼ガス中の有害物質を減らすことができる。そし
て、温度センサ６９によって検出されたバーナ本体６１
の温度が通常燃焼時の温度に達したとき（バーナ本体６
１の暖機が終了したとき）に、制御装置７０が送風ファ
ン６３をその回転数が通常燃焼時の回転数になるように
制御する。なお、燃料ポンプ６６のメタノール吐出量は
点火時から通常燃焼時の全域にわたって一定とされる。

【００５０】したがって、送風ファン６３が本発明に係
る空気比制御手段を構成するため、このように構成して
も上述した実施例と同等の効果が得られる。

【００５１】なお、送風ファンや燃料ポンプを用いる場
合には、図１４に示すように一次空気比および燃料供給
量を制御することもできる。図１４は送風ファンや燃料
ポンプを用いる場合の他の制御例を示すグラフである。
同図に示すように、送風ファンの回転数を点火後からバ
ーナ本体の暖機が終了するまで高回転としてそのときの
一次空気比を大きく設定し、暖機終了後に送風ファンの
回転数を減少させて一次空気比を小さく設定する。これ
と共に、燃料ポンプでの燃料供給量を点火時から炎が検
出されるまでは通常燃焼時の供給量より少なく設定し、
炎確認後は通常燃焼時の供給量まで増やす。このように
しても同等の効果が得られる。

【００５２】さらに、図１〜図９で示したメタノールバ
ーナでは点火性を高めるためにバーナ本体内に設けられ
る隔壁として温度変化によって形状が変わる構造のもの
を用いたが、図１５に示すように蝶形弁によって構成し
てもよい。図１５は点火性を高めるために用いる可動隔
壁の他の例を示す断面図で、同図において前記図６で説
明したものと同一もしくは同等部材については、同一符
号を付し詳細な説明は省略する。図１５において７１は
可動隔壁で、この可動隔壁７１は、バーナ本体２２に回
動自在に支持されて上側通路３４および下側通路３５を
開閉する蝶形弁として構成されている。７２は弁軸とな
る隔壁支持軸である。

【００５３】この可動隔壁７１は点火時には同図に示す
ように全閉状態とされ、炎が確認された後は二点鎖線で
示すように全開状態とされる。このように構成しても前
記実施例と同等の効果が得られる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る燃料電
池用原料改質装置のメタノールバーナは、点火後からバ
ーナ本体が通常燃焼時の温度に達するまでの間は一次空
気比を通常燃焼時より空気が多くなるように変える空気
比制御手段を備えたため、点火直後のバーナ本体が相対
的に低温なときに一次空気比が大きくなって有害物質の
排出が抑制され、バーナ本体が通常燃焼時の温度に達し
た後は一次空気比が小さくなって逆火が抑制される。

【００５５】したがって、逆火が生じるのを抑えつつバ
ーナ本体の温度が低くても有害物質の排出量を抑えるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るメタノールバーナを備えた燃料電
池用原料改質装置の断面図である。

【図２】図１におけるII−II線断面図である。

【図３】本発明に係るメタノールバーナの平面図であ
る。

【図４】図３におけるＡ矢視図である。

【図５】図３におけるV−V線断面図である。

【図６】図３におけるVI−VI線断面図である。

【図７】図３におけるVII−VII線断面図である。

【図８】メタノールバーナの要部を拡大して示す側面図
である。

【図９】本発明に係るメタノールバーナの一次空気比の
変化を示すグラフである。

【図１０】メタノールガスの流量を変えて一次空気比を
変える他の実施例を示す断面図である。

【図１１】燃料供給ノズルとスロート部の距離を変えて
一次空気比を変える他の実施例を示す図である。

【図１２】送風ファンによって一次空気が供給されるメ
タノールバーナの他の実施例を示す断面図である。

【図１３】送風ファンを用いたメタノールバーナの一次
空気比の変化を示すグラフである。

【図１４】送風ファンや燃料ポンプを用いる場合の他の
制御例を示すグラフである。

【図１５】点火性を高めるために用いる可動隔壁の他の
例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 原料改質装置 ６ メタノールバーナ ２１ 気化器 ２２ バーナ本体 ２３ エゼクタ ３０ 燃料供給ノズル ４０ スロート部 ４２ 空気流量制御部材 ５１ ノズル ５２ 駆動装置 ６１ バーナ本体 ６３ 送風ファン ６６ 燃料ポンプ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 8/04 - 8/06 F23D 11/02 F23N 1/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料ガスと吸入空気との混合気を燃焼さ
   せるバーナ本体を備え、燃料電池用原料改質装置を加熱
   する燃料電池用原料改質装置のメタノールバーナにおい
   て、点火後からバーナ本体が通常燃焼時の温度に達する
   までの間は通常燃焼時より前記吸入空気と燃料ガスとの
   流量の比を空気が多くなるように変える空気比制御手段
   を備えたことを特徴とする燃料電池用原料改質装置のメ
   タノールバーナ。