JPH04209701A - 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］ 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本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（！ｌ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
ことにょ９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焼装置が備えられ、気化
された燃料ガスを燃焼部で空気と混合して燃焼させてい
る。

［発明が解決しようとする１１１１１ このような燃料電池用改質装置に備えられる燃焼装置で
は、燃焼部の温度管理や査の有無の確認等が必要であり
０、例えば一般の燃焼装置に用いられている熱電対（特
開昭６１−２４６５１０号）やフレームロッド（特開昭
８２−２！５８９１４号）等を用いることが考えられる
。

ところで、熱電対やフレームロッド等は、温度によって
いずれも熱起電力を発生するものであり、例えばモータ
駆動の移動体等に電源として前記のような燃料電池シス
テムを搭載した場合、熱電対やフレームロッド等からの
検出信号がシステムのノイズレベルと近いため、判別が
むずかしく正確な温度管理や炎の有無の確認等が検知で
きず、システムの誤動作の一原因となっている。

この発明はかかる点に鑑みてなされたもので、ノイズが
発生する環境下においても、正確な温度管理や炎の有無
の確認等を可能とする燃料電池用改質装置の燃焼装置を
８！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、前記燃焼部の温度により電気抵抗値が変
化する温度検出手段を備えることを特徴としている。

［作用］ この発明では、気化された燃料ガスと空気とを混合して
燃焼させ、この燃焼温度を温度で電気抵抗値が変化する
温度検出手段で検知する０ｇ４えばモータ駆動の移動体
等に電源として燃料電池システムを搭載した場合でも、
ノイズに対して検出信号のレベルを大きく設定すること
ができ、従ってノイズの影響を受けることがなく、正確
な温度管理や炎の有無の確認等が可能である。

［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。

′！Ｊ１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　−ＩＩＩ断面図、第４図はこの
発明の燃焼装置の平面図、３４５図は燃料バーナと気化
器とを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′ｓ５図の■−■断面図、
３＠８図は温度検出手段の断面図である。

電気自動車１の単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
あって、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。

この燃料電池用改頁装置は第２１！ｌ乃至Ｎ７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１９ｍが形成されており、このスリット１
９ｍ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２ｏ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頁ガス出口
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（酸素）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５ｗＪ
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１２ａ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から強制的に加熱室１６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２フ
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〜２フＣ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２６ａ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にも分配でか、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Ｍ４３３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箇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３６ａ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３６ｍには供給バイブ３フが接続さ
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３６ｍ
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２ｔｉ１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は駆動初期成いは水素バーナ２６及び燃
料バーナ２フ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ので、耐熱性の低い安価なスイッチ
を用いることができる。

気化器３６の吐出部３６ｂは燃料バーナ２フの供給口部
２フｄ内に挿入され、この供給口部２７ｄはラッパ状に
して絞り部２フｅが形成されている。これで、気化器３
６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幹、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。

この気化器３６及び燃料バーナ２７は１ピースのブラケ
ット２９に固定されており、これで吐出部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２フは′！Ｊ５図乃至′ｔＳ７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、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網４７が設け
られ、この支持金網４７でノズル金網４８を上ケース４
２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４フａ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
２７の製造が容易になる。

気化器３６の吐出部３６ｂから燃料ガスが、燃料バーナ
２フの供給口部２フｄ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４
４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２フのノズル金網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。

この燃料バーナ２フ及び水素バーナ２６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が設けられている。この温度検出セン
サ５１には例えば白金抵抗測温体、サーミスタ等を用い
ることができ、これで燃焼の温度により電気抵抗値が変
化する温度検出手段を構成しており、燃料バーナ２フ及
び水素バーナ２６の炎の有無の検知のみではなく、燃焼
温度のレベルまで検出し、この温度情報で装置の制御を
行なうようになっている。

′！Ｊ８図に温度検出手段の断面図を示しており、この
実施例では温度検出センサ５１に白金抵抗測温体５１０
を用いている。この白金抵抗測温体５１０はガイシ５１
１を介して耐熱リード線５１２に接続され、これらはス
テンレスで形成された保護管５１３で覆われている。保
護管５１３の耐熱リード線５１２を覆う部分がカシメら
れ、このカシメ部５１３ａによって抜は止めがなされ、
さらに取付部材５１４が溶接されている。また、保護管
５１３の白金抵抗測温体５１０を覆う部分５１３ｂは、
白金抵抗測温体５１０との間に所定のクリアランス５１
５を保つようになっており、このクリアランス５１５で
白金抵抗測温体５１０が燃焼部２８の高温から保護され
る。この白金抵抗測温体５１０の抵抗レベルは０℃で１
００Ω、６００℃で３００Ω程度であり、検出信号レベ
ルが数１００ｍＶとなり、ノイズレベルの数ｍＶとの判
別を可能としている。

この燃料電池用改頁装置の燃焼装置では、気化器３６の
受熱部３６ｍ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３６ｍで燃料が水素バーナ２６及び燃料バーナ２７か
らなる燃焼部２８の加熱によつ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１フ及び触媒層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ｌフには供給ポンプ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１９から触媒層１３へ供給される。この触媒層１
３で１ｕｌｌガスが反応して改頁ガスが得られ、この改
頁ガスは改頁ガス出口部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。

［発明の効果〕 前記したように、この発明は、気化された燃料ガスと空
気とを混合して燃焼させ、この燃焼温度を温度で電気抵
抗値が変化する温度検出手段で検知するから、例えばモ
ータ駆動の穆動体等に電源として燃料電池システムを搭
載した場合でも、ノイズに対して検出信号のレベルを大
きく設定することがでか、従ってノイズの影響を受ける
ことがなく、正確な温度管理や炎の有無の確認等が可能
である。

これにより、燃焼装置の誤動作を防止でき信頼性が向上
すると共に、特別なノイズ防止機器が不要であり、装置
のコストダウンが可能である。

【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、′！Ｊ
３図は第２図のｍ　−ｍ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とを組付
けた状態の平面図、。 ３４６図は′！Ｊ５図を矢印方向から視た側面図、ｓ７
図はＮ５図の■−■断面図、′！Ｊ８図は温度検出手段
の断面図である。 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、１フは加熱部、３６は気化器、３６ａは受熱部、３
６ｂは吐出部、３６Ｃは連結部、５１０は白金抵抗測温
体、５１２は耐熱リード線である。 １１！５　　図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 触媒層を加熱する燃焼部を備え、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、前記燃焼部の温度により電
   気抵抗値が変化する温度検出手段を備えることを特徴と
   する燃料電池用改質装置の燃焼装置。