JPH04200738A - 燃料電池用改質装置の燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ この発明は、燃料電池に改質ガスを供給する燃料電池用
改質装置の燃焼装置に関する。

［従来の技術］ 燃料電池を搭載した電気自動車には例えば燃料電池用改
質装置を備え、燃料電池によって発生する電気を駆動源
として走行するものがある。

この燃料電池は水素を空気（酸素）と反応させて水と電
気を発生するようにしたものであり、また燃料電池用改
質装置はこの燃料電池の発電に必要な水素を生成するた
めのものであり、原料ガスを加熱された触媒層に通すこ
とによって水素ガス主体の改質ガスに変える。

この燃料電池用改質装置には燃料ガスを燃焼する燃焼装
置を備えており、気化器で燃料を気化させ、この気化さ
れた燃料ガスを燃焼部へ吐出して空気と混合して噴出し
燃焼させている。この燃焼部は、例えば燃料ガスと空気
との混合を十分行なわせるために、直線状に延ばして距
離を確保したものやさらに複数段となるように仕切板を
設けたものがある。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、燃焼部を直線状に延ばし距離を確保するもの
では、燃料ガスと空気とを十分に混合させるには大型と
なってしまい、またそのことによって燃焼部の各部にお
ける混合に濃淡が生じる。

また、複数段となるように仕切板を設けたものでは、流
れが折返しとなるため通気抵抗が大きくなり、例えば部
分的によどみが発生し、この場合も均一な混合は期待で
きない。

この発明はかかる点に鑑みてなされたもので、装置を大
型化することなく、燃料ガスと空気との十分で均一な混
合を可能とする燃料電池用改質装置の燃焼装置を提供す
ることを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 前記課題を解決するために、この発明は、触媒層を加熱
する燃焼部と、この燃焼部に燃料を気化して供給する気
化器とを備え、前記触媒層で原料ガスを反応させて得ら
れる改質ガスを燃料電池へ供給する燃料電池用改質装置
において、前記燃焼部を全周連続のループ状に形成する
と共に、前記気化器から気化された燃料ガスの前記燃焼
部への吐出方向をループの略円周方向としたことを特徴
としている。

［作用］ この発明では、気化器で気化された燃料ガスが、気化器
から全周連続のループ状に形成された燃焼部へ吐出され
、この吐出方向はループの略円周方向となっている。こ
のため、燃料ガスに円周方向の流れが生じ、しかもルー
プ状で全周連続状態となり、空気と混合される長さが無
限大となり、十分で均一な混合状態となる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説
明する。

ｓ１図はこの発明の燃焼装置を備える燃料電池用改質装
置を搭載した電気自動車の平面図、第２図はこの発明の
燃焼装置を備える燃料電池用改質装置の平面図、′＠３
図は第２図のｍ　−ＩＩＩ断面図、第４図はこの発明の
燃焼装置の平面図、第５図は燃料バーナと気化器の組付
けた状態の平面図、第６図は第５図を矢印方向から視た
側面図、第７図は第５図の■−■断面図、第８図は燃料
バーナの展開図である。

電気自動車１の車体前後方向略中央部の左右には燃料電
池装置２及び３個の蓄電池３がそれぞれ配置されている
。燃料電池装置２の後方には原料タンク４及び燃料タン
ク５が配されている。燃料電池装置２から導出する排気
管６．７は車体後方へ延出して車体の後部に開口してい
る。車体後部の略中夫には制御装置８が配置されている
。

燃料電池装置２の燃料電池９は車体の幅方向中央寄りで
あフて、且つその長手方向が車体の前後方向に一致する
ように配置され、さらに車体の幅方向外側には燃料電池
用改質装置１０が配置されている。

この燃料電池用改質装置は第２図乃至第８図に示すよう
に構成されている。

燃料電池用改質装置１０は筒状の上ハウジング１１を有
しており、この上ハウジング１１の下部には下ハウジン
グ１２が締付固定されている。上ハウジング１１の内部
には２枚の平行な板材がスパイラル状に巻かれて形成さ
れた触媒層１３が設けられ、また触媒層１３と平行に隣
接してスパイラル状の加熱層１４が形成されている。

この触媒層１３と加熱層１４との中心部に上下に貫通す
る加熱ガス通路１５が設けられ、下ハウジング１２によ
って形成された加熱室１６と連通している。また、上ハ
ウジング１１の下方にはスパイラル状の加熱部１７が配
置され、この加熱部１７は加熱ガス通路１５の中に貫通
して上方へ延びている。加熱部１７には供給ポンプ３１
の駆動で原料タンク４から原料が供給され、この加熱部
１７で加熱されて気化し原料ガスになる。加熱部１７に
は連結バイブ１８を介してバイブ１９が連結され、この
バイブ１９は触媒層１３に連通されている。バイブ１９
にはスリット１９ａが形成されており、このスリット１
９ａが気化された原料ガスの触媒層１３への開口となっ
ている。

触媒層１３の上部には触媒充填口部２０が設けられ、ま
た改質ガス出口部２１が設けられており、原料ガスを触
媒層１３で反応させて得られる改質ガスが改質ガス出口
部２１から燃料電池９へ送られる。この燃料電池９で水
素を空気（ｍ素）と反応させて水と電気を発生し、モー
タ等の負荷２２を駆動すると共に、蓄電池３へ充電する
。蓄電池３は負荷２２に駆動電圧を与えると共に、制御
装置８に駆動電圧を与えている。

上ハウジング１１の上部には触媒層１３に対応する部分
にセンサ取付部２３が設けられ、このセンサ取付部２３
に温度センサ２４が取付けられ、この温度センサ２４で
触媒層１３の温度を検出して制御装置８へ送り、制御情
報としている・下ハウジング１２の下部には開口部１２
ａが形成されており、この開口部１２ａにはファン２５
が接続されている。このファン２５は制御装置８で駆動
され、二次空気が開口部１２ａから強制的に加熱Ｎ１６
に送られる。

加熱室１６には水素バーナ２６及び燃料バーナ２７で構
成される燃焼部２８が配置され、この水素バーナ２６及
び燃料バーナ２７はそれぞれループ状になっている。水
素バーナ２６及び燃料バーナ２７は同心円状に配置され
、燃料バーナ２７はその内側の対向位置には取付部２７
ａ、２７ｂが突出して形成され、また外側にも取付部２
７ｃが突出して形成されており、このそれぞれの取付部
２７ａ〜２７ｃが下ハウジング１２に固定されたブラケ
ット２９に固定されている。この燃料バーナ２７の上方
位置で、その外周に嵌合して水素バーナ２６が取付けら
れている。

水素バーナ２６は供給バイブ９０を介して燃料電池９に
接続されており、燃料電池９から余剰の水素が供給され
る。この水素バーナ２６の上部内側には噴射孔２６ｇが
形成されており、この噴射孔２６ａから水素を噴射して
燃焼する。

燃料バーナ２７の内側には金網３３が設けられ、この金
網３３は仕切り板を兼ねたポーラスな伝熱促進体となっ
ている。即ち、金網３３で二次空気を中央通路３４から
外周通路３５にも分配でき、燃焼効率が向上すると共に
、中央の吹抜けがなくなり、温度分布がよくなる。また
、金網３３が伝熱促進体となっており、輻射熱を受けと
り、外部へ熱を逃がさないため熱効率が向上する。さら
に、金網３３で気化器３６へ伝熱するので、液化防止効
果もある。

この気化器３６は、水素バーナ２６及び燃料バーナ２７
の上部に位置しこの２（１１所に橋渡され燃焼による炎
から熱を受は燃料を気化させる受熱部３８ａと、燃料バ
ーナ２７と略同レベルに位置し気化した燃料ガスを燃料
バーナ２７へ吐出させる吐出部３６ｂと、この両者の間
をつなぐ連結部３６ｃとにより構成されている。この気
化器３６の連結部３６ｃは平面視で燃料バーナ２７のル
ープの外周より内側に位置するように配置され、その吐
出部３６ｂが下ハウジング１２に固定されたブラケット
２９に取付けられている。

気化器３６の受熱部３６ａには供給バイブ３）が接続さ
れ、供給ポンプ３８の駆動で燃料タンク５から燃料例え
ばメタノールが供給される。気化器３６の受熱部３６ａ
の中央部３６ｇには気化ヒータ４０が設けられ、この気
化ヒータ４０で中央部３６ｇが加熱される。この受熱部
３６ａは水素バーナ２６及び燃料バーナ２７の上部に位
置して２箇所に橋渡されており、これで通路が長くなり
、燃焼部２８からの熱を受けて燃料を効果的に気化させ
ることができる。

気化ヒータ４０駆動初期成いは水素バーナ２６及び燃料
バーナ２７での発熱量が小さいときに駆動され、このと
きの温度レベルを検知するヒータ制御スイッチ４１が設
けられている。ヒータ制御スイッチ４１はバイメタルが
用いられ、気化器ヒータ４０と直列接続で蓄電池３と連
結され、このヒータ制御スイッチ４１やそのリード線は
２次空気の中央通路３４中に配置され、この部分は気化
器３６の周辺で、しかも最低温部であり、直接炎にさら
されることもない。

気化器３６の吐出部３６ｂは燃料バーナ２７の供給口部
２７ｄ内に挿入され、この供給口部２７ｄはラッパ状に
して絞り部２７ｅが形成されている。気化器３６から気
化された燃料ガスの燃料バーナ２７への吐出方向はルー
プの略円周方向となっており、これで燃料ガスに円周方
向の流れが生じる。この気化器３６の吐出部３６ｂと燃
料バーナ２７の供給口部２７ｄとの間には所定の隙間が
形成され、気化器３６で気化した燃料ガスを供給すると
き、供給口部２７ｄ側が負圧になり、隙間から一次空気
が吸入されて混合される。

気化器３６及び燃料バーナ２フは１ピースのブラケット
２９にそれぞれ固定されており、こｔで吐出部３６ｂと
供給口部２７ｄとの間の隙間精度が確保され、その結果
１次空気の吸入量の精度確保が容易である。

燃料バーナ２７は第５図乃至第８図に示すように、上ケ
ース４２と下ケース４３とを間に区画プレート４４を介
在して接合してフランジ部を溶接して連結され、上側通
路４５と下側通路４６が形成されている。

この上ケース４２の内側にはさらに支持金ｌＩ４４７が
設けられ、この支持金網４７でノズル金網４８を上ケー
ス４２に支持しており、このノズル金網４８から燃料ガ
スが噴出される。支持金網４フはその両端部４７ａを区
画プレート４４に当接して設けられ、この両端部を区画
プレート４４に当接することで位置決めがされ、燃料バ
ーナ２フの製造が容易になる。区画プレート４４のノズ
ル金網４８の位置に対応して下側通路４６と上側通路４
５とを連通ずる連通孔４９が形成されている。

このように、気化！Ｉ３６で気化された燃料ガスが、気
化器３６の吐出部３６ｂから全周連続のループ状に形成
された燃料バーナ２７へ吐出され、この吐出方向はルー
プの略円周方向となっているため、燃料ガスに円周方向
のスムーズな流れが生じ、空気抵抗が小さい、しかも、
ループ状で全周連続状態となっており、空気と混合され
る長さが無限大となり、ミキシング効果があり、十分で
均一な混合状態となる。

しかも、気化器３６の吐出部３６ｂから燃料ガスが、燃
料バーナ２７の供給口部２７ｄより区画プレート４４で
区画された下側通路４６に供給され、区画プレート４４
の連通孔４９から上側通路４５に流れ込むため、区画プ
レート４４により燃料ガスの動圧が減衰されて静圧とな
り、燃料バーナ２７のノズル金網４８に均一に作用する
ので炎が均一で安定したものとなる。

また、燃料バーナ２７の吐出部では支持金網４７とノズ
ル金網４８との二重構造になっているため、燃料ガスの
動圧がさらに減衰されて静圧となり、炎が均一で安定し
良好な燃焼となるにの燃料バーナ２７及び水素バーナ２
６の上方位置には点火装置５０が設けられ、さらに燃焼
温度を検出する温度検出センサ５１が設けられ、この温
度検出センサ５１からの温度情報で装置の制御を行なう
ようになっている。

この燃料電池用改質装置の燃焼装置では、気化器３６の
受熱部３６ａには供給ポンプ３８の駆動で、燃料タンク
５の燃料が供給バイブ３７を介して供給され、この受熱
部３６ａで燃料が水素バーナ２６及び燃料バーナ２フか
らなる燃焼部２８の加熱によって気化されて燃料ガスに
なる。その燃料ガスは気化器３６の連結部３６ｃから吐
出部３６ｂへ流れて、燃料バーナ２７へ吐出されて一次
空気と混合されて燃焼する。

一方、水素バーナ２６には燃料電池９から余剰の水素が
供給バイブ９０から供給されて燃焼される。このように
水素バーナ２６及び燃料バーナ２７の燃焼によって、加
熱部１７及び触媒層１３が加熱され、この燃焼によって
加熱室１６で生成された加熱ガスは加熱ガス通路１５を
経て加熱層１４に入り、その中心部から外側に向けてス
パイラル状に流されながら触媒層１３を加熱し、最後に
外周の排出部５２から大気へ排出される。

この加熱部１７には供給ポンプ３１の駆動によって原料
タンク４から原料が供給され、この原料は加熱部１７で
気化されて原料ガスとなって、連結バイブ１８を介して
バイブ！９から触媒層１３へ供給される。この触媒層１
３で原料ガスが反応して改質ガスが得られ、この改質ガ
スは改質ガス出口部２１から燃料電池９へ送られ、この
燃料電池９で水素を空気と反応させて水と電気を発生し
、モータ等の負荷２２を駆動すると共に、蓄電池３へ充
電する。

第９図は燃料バーナの他の実施例の断面図である。

この実施例は、燃料バーナ２７のノズル金網４８を下部
の区画プレート４４に当接するまで延ばしており、他は
前記実施例と同様に構成されている、このように、燃料
バーナ２７のノズル金網４８を下部まで延ばすことで、
ノズル金網４８が伝熱体となり、火炎部の熱を逃がすこ
とができ、簡単な構造で効果的な炎の逆流防止が可能に
なる。

また、支持金網４７及びノズル金網４８は、それぞれそ
の両端部４７ａ、４８ａを区画プレート４４に当接して
設けられ、この両端部４７ａ、４８ａを区画プレート４
４に当接することで位置決めがされ、これで燃料バーナ
２７の製造が容易になる。

第１０図乃至第１２図は燃料バーナの区画プレートの他
の実施例の平面図である６ ′ｆＳｘｏ図の区画プレート６０は燃料ガスの流れる方
向に沿って幅が広くなるスリット６０ａが形成され、第
１１図の区画プレート６１は同径の連通孔６１ａが燃料
ガスの流れる方向に沿って間隔が狭くなるように形成さ
れ、また第１２図の区画プレート６２は燃料ガスの流れ
る方向に沿って径が大きくなる連通孔６２ａが等間隔に
形成されており、いずれも燃料ガスが燃料バーナの下側
通路から均等に上側通路へ流れる。

第１３図乃至ｉ１５図はこの発明の燃焼装置の他の実施
例の概略図であり、第１３図では燃料バーナ７０と気化
器７１の吐出部７１ａとが同一レベルで、吐出部７１ａ
が燃料バーナ７０の内側の供給口部７０ａから燃料ガス
を流入させるように配置されている。第１４図では燃料
バーナ７２と気化器７３の吐出部７３ａとが同様に同一
レベルに配置されているが、吐出部７３ａは燃料バーナ
７２の外側に配置され、燃料バーナ７２の外側の供給口
部７２ａから燃料ガスを流入させる。第１５図では燃料
バーナ７４に区画プレートが設けられておらず、供給口
部７４ａが下側に形成され、この供給口部７４ａに配置
された気化器７５の吐出部７５ａから燃料ガスが流入さ
れるようになフている。このいずれの実施例の場合でも
、気化器７１，７３．７５の突出部７１ａ、７３ａ。

７５ａからの燃料ガスの吐出方向は、燃料バーナ７０．
７２．７４の円周方向となっている。

このように燃料バーナと気化器との配置は、燃料燃焼装
置が備えられる装置の配置スペースを考慮して行なわれ
る。

なお、燃料バーナは前記のようなループ状の他に、例え
ば楕円状または四角形状等のループ状に形成することが
できる。

［発明の効果］ 前記したように、この発明は、燃焼部を全周連続のルー
プ状に形成すると共に、気化器から気化された燃料ガス
の燃焼部への吐出方向をループの略円周方向としたから
、気化器で気化された燃料ガスが燃焼部で円周方向のス
ムーズな流れが生じて空気抵抗が小さく、しかもループ
状で全周連続状態となっているため、空気と混合される
長さが無限大となり、ミキシング効果があり、装置を大
型化することなく十分で均一な混合が可能で、良好な燃
焼となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の燃焼装置を備える燃料電池用改質装
置を搭載した電気自動車の平面図、第２図はこの発明の
燃焼装置を備える燃料電池用改質装置の平面図、第３図
は第２図のＩＩＩ　−ＩＩ＋断面図、第４図はこの発明
の燃焼装置の平面図、′！Ｊ５図は燃料バーナと気化器
の組付けた状態の平面図、第６図は第５図を矢印方向か
ら視た側面図、ｙｇ７図は第５図の■−■断面図、第８
図は燃料バーナの展開図、第９図は燃料バーナの他の実
施例の断面図、第１０図乃至第１２図は燃料バーナの区
画プレートの他の実施例の平面図、第１３図乃至′ｆＳ
１５図はこの発明の燃焼装置の他の実施例の概略図であ
る。 図中符号１は電気自動車、２は燃料電池装置、３は蓄電
池、４は原料タンク、５は燃料タンク、８は制御装置、
９は燃料電池、１０は燃料電池用改質装置、１６は加熱
室、１７は加熱部、３６゜７＋、７３．７５は気化器、
３６ａは受熱部、３６ｂ、７１ａ、７３ａ、７５ａは吐
出部、３６ｃは連結部である。 第　２　図 第４図 ｉ１！５　　図 ＄６図 第７図 ｂ 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 触媒層を加熱する燃焼部と、この燃焼部に燃料を気化し
   て供給する気化器とを備え、前記触媒層で原料ガスを反
   応させて得られる改質ガスを燃料電池へ供給する燃料電
   池用改質装置において、前記燃焼部を全周連続のループ
   状に形成すると共に、前記気化器から気化された燃料ガ
   スの前記燃焼部への吐出方向をループの略円周方向とし
   たことを特徴とする燃料電池用改質装置の燃焼装置。