JPH04268108A - スタートアップ手段を内蔵した燃料電池発電システム用多段触媒燃焼器 - Google Patents
スタートアップ手段を内蔵した燃料電池発電システム用多段触媒燃焼器Info
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- JPH04268108A JPH04268108A JP3028782A JP2878291A JPH04268108A JP H04268108 A JPH04268108 A JP H04268108A JP 3028782 A JP3028782 A JP 3028782A JP 2878291 A JP2878291 A JP 2878291A JP H04268108 A JPH04268108 A JP H04268108A
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
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- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Incineration Of Waste (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池
発電システムに設けられる燃料電池アノード排ガスの燃
焼装置に関し、さらに詳しくはスタートアップ手段を内
蔵した多段触媒燃焼器に関するものである。
発電システムに設けられる燃料電池アノード排ガスの燃
焼装置に関し、さらに詳しくはスタートアップ手段を内
蔵した多段触媒燃焼器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池発電システムにお
いては、燃料電池のカソード（空気極）に二酸化炭素お
よび酸素を含んだカソードガスを供給し、一方アノード
（燃料極）には、天然ガス、石炭などの化石燃料を改質
して得られた水素および一酸化炭素などを含有する燃料
ガスを導入し、アノードで水素および一酸化炭素を供給
反応させた後、残存ガスをアノード排ガスとして排出さ
せている。このアノード排ガスは残留水素および一酸化
炭素を含有し可燃性のもので、これを酸素によって燃焼
させてその発生熱を熱交換器型リフォーマ等に供給する
とともに燃焼ガスをカソード（空気極）に供給して二酸
化炭素をリサイクルするシステムを構成している。
いては、燃料電池のカソード（空気極）に二酸化炭素お
よび酸素を含んだカソードガスを供給し、一方アノード
（燃料極）には、天然ガス、石炭などの化石燃料を改質
して得られた水素および一酸化炭素などを含有する燃料
ガスを導入し、アノードで水素および一酸化炭素を供給
反応させた後、残存ガスをアノード排ガスとして排出さ
せている。このアノード排ガスは残留水素および一酸化
炭素を含有し可燃性のもので、これを酸素によって燃焼
させてその発生熱を熱交換器型リフォーマ等に供給する
とともに燃焼ガスをカソード（空気極）に供給して二酸
化炭素をリサイクルするシステムを構成している。
【０００３】このアノード排ガスを燃焼させる燃焼装置
として、特開平２−２６２２６３号公報には、触媒燃焼
器本体の出入口間に触媒層を多段に設けると共に、アノ
ード排ガス供給管にアノード排ガスを分配して触媒層間
にそれぞれ供給する分配手段を設けることによって、空
気に対するアノード排ガスの割合が見掛上水素の爆発限
界を越えても安全に運転できるようにした装置が開示さ
れている。
として、特開平２−２６２２６３号公報には、触媒燃焼
器本体の出入口間に触媒層を多段に設けると共に、アノ
ード排ガス供給管にアノード排ガスを分配して触媒層間
にそれぞれ供給する分配手段を設けることによって、空
気に対するアノード排ガスの割合が見掛上水素の爆発限
界を越えても安全に運転できるようにした装置が開示さ
れている。
【０００４】しかし、この装置においては、アノード排
ガスの燃焼を開始させるためのスタートアップ手段は開
示されておらず、従来この種の触媒燃焼器では、別にス
タートアップ用加熱炉ないし燃焼器を設けてスタートア
ップを行っていた。
ガスの燃焼を開始させるためのスタートアップ手段は開
示されておらず、従来この種の触媒燃焼器では、別にス
タートアップ用加熱炉ないし燃焼器を設けてスタートア
ップを行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、燃料電池ア
ノード排ガスの触媒燃焼器の一装置内でスタートアップ
と定常運転の両者を行うことのできる多段触媒燃焼器を
提供することを目的とする。
ノード排ガスの触媒燃焼器の一装置内でスタートアップ
と定常運転の両者を行うことのできる多段触媒燃焼器を
提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本出願人は、先に燃料電
池アノード排ガスと酸素含有ガスとの予備燃焼室と、混
合層と触媒層とからなる接触床をそれぞれ複数段設けた
燃料電池アノード排ガスの燃焼装置を出願したが（特願
平３−１８９７５号）、この装置はその構造が簡単であ
る等からこれと同様の装置にスタートアップバーナーを
取り付け、スタートアップ時の燃焼装置としても同時に
用いることができるようにすれば、スタートアップおよ
び定常運転を一つの装置で行うことができ極めて便利で
あることに着目して、本発明は完成された。
池アノード排ガスと酸素含有ガスとの予備燃焼室と、混
合層と触媒層とからなる接触床をそれぞれ複数段設けた
燃料電池アノード排ガスの燃焼装置を出願したが（特願
平３−１８９７５号）、この装置はその構造が簡単であ
る等からこれと同様の装置にスタートアップバーナーを
取り付け、スタートアップ時の燃焼装置としても同時に
用いることができるようにすれば、スタートアップおよ
び定常運転を一つの装置で行うことができ極めて便利で
あることに着目して、本発明は完成された。
【０００７】すなわち、本発明のスタートアップ手段を
内蔵した多段触媒燃焼器は、空気導入口と複数の燃料ガ
ス導入口と燃焼ガスの排出口とを備えた多段触媒燃焼器
において、該触媒燃焼器本体内に、（イ）燃料ガスと空
気との予備燃焼室、（ロ）混合層と触媒層とからなる接
触床をそれぞれ複数段設け、前記空気導入口が、最上流
側の前記予備燃焼室に通ずるように設けられ、前記複数
の燃料ガス導入口のそれぞれが、複数段設けられた前記
予備燃焼室のそれぞれに通ずるように設けられ、前記接
触床に対して前記予備燃焼室が、および前記触媒層に対
して前記混合層がそれぞれ上流側に設置され、最上流側
にスタートアップ手段が設けられてなること、を特徴と
するものである。
内蔵した多段触媒燃焼器は、空気導入口と複数の燃料ガ
ス導入口と燃焼ガスの排出口とを備えた多段触媒燃焼器
において、該触媒燃焼器本体内に、（イ）燃料ガスと空
気との予備燃焼室、（ロ）混合層と触媒層とからなる接
触床をそれぞれ複数段設け、前記空気導入口が、最上流
側の前記予備燃焼室に通ずるように設けられ、前記複数
の燃料ガス導入口のそれぞれが、複数段設けられた前記
予備燃焼室のそれぞれに通ずるように設けられ、前記接
触床に対して前記予備燃焼室が、および前記触媒層に対
して前記混合層がそれぞれ上流側に設置され、最上流側
にスタートアップ手段が設けられてなること、を特徴と
するものである。
【０００８】また本発明の好ましい態様において、前記
スタートアップ手段が、一端にスタートアップバーナー
空気導入口とスタートアップバーナー燃料ガス導入口と
を備え、他端にバーナーチップおよび燃焼・稀釈部を有
するスタートアップバーナーからなり、前記燃焼・稀釈
部が、最上流側の前記予備燃焼室に通ずる前記空気導入
口と最上流側の前記燃料ガス導入口との間に位置するよ
うに、前記スタートアップ手段が配置されてなるものと
することができる。
スタートアップ手段が、一端にスタートアップバーナー
空気導入口とスタートアップバーナー燃料ガス導入口と
を備え、他端にバーナーチップおよび燃焼・稀釈部を有
するスタートアップバーナーからなり、前記燃焼・稀釈
部が、最上流側の前記予備燃焼室に通ずる前記空気導入
口と最上流側の前記燃料ガス導入口との間に位置するよ
うに、前記スタートアップ手段が配置されてなるものと
することができる。
【０００９】
【作用】溶融炭酸塩型燃料電池発電システムにおいては
、スタートアップ時と定常運転時とでそれぞれ異なる２
種類の燃料ガスが使用されるが、本発明のスタートアッ
プ手段を内蔵した多段触媒燃焼器においてはその双方を
効率よく燃焼させることができる。まず、定常運転時に
は、アノード排ガスを燃料ガスとして使用するが、この
アノード排ガスは、たとえばＨ２ １５％（ここで「％
」は容量％を意味する。以下同じ）、ＣＯ ２％、Ｃ
Ｈ４ ０．２％、ＣＯ２ ６４％、Ｈ２ Ｏ １８．
８％の組成を有し、その発熱量は約４５０ｋｃａｌ／Ｎ
ｍ３ と低いが、燃焼しやすいＨ２ やＣＯが含有され
ており燃焼速度が大きく燃焼が容易である。一方、スタ
ートアップ時には、燃料ガスとしてたとえば天然ガスを
使用するが、この天然ガスは、たとえば、ＣＨ４ ９０
％、Ｃ２ Ｈ６ ６％、炭素数３以上の炭化水素ガス４
％の組成を有し、その発熱量は約９５００ｋｃａｌ／Ｎ
ｍ３ と高いが、燃焼速度がおそく燃焼が困難である。 このような比較的燃焼しにくいガスを効率的に燃焼させ
るためには、高活性で低温発火性の触媒を用いるのが好
ましい。
、スタートアップ時と定常運転時とでそれぞれ異なる２
種類の燃料ガスが使用されるが、本発明のスタートアッ
プ手段を内蔵した多段触媒燃焼器においてはその双方を
効率よく燃焼させることができる。まず、定常運転時に
は、アノード排ガスを燃料ガスとして使用するが、この
アノード排ガスは、たとえばＨ２ １５％（ここで「％
」は容量％を意味する。以下同じ）、ＣＯ ２％、Ｃ
Ｈ４ ０．２％、ＣＯ２ ６４％、Ｈ２ Ｏ １８．
８％の組成を有し、その発熱量は約４５０ｋｃａｌ／Ｎ
ｍ３ と低いが、燃焼しやすいＨ２ やＣＯが含有され
ており燃焼速度が大きく燃焼が容易である。一方、スタ
ートアップ時には、燃料ガスとしてたとえば天然ガスを
使用するが、この天然ガスは、たとえば、ＣＨ４ ９０
％、Ｃ２ Ｈ６ ６％、炭素数３以上の炭化水素ガス４
％の組成を有し、その発熱量は約９５００ｋｃａｌ／Ｎ
ｍ３ と高いが、燃焼速度がおそく燃焼が困難である。 このような比較的燃焼しにくいガスを効率的に燃焼させ
るためには、高活性で低温発火性の触媒を用いるのが好
ましい。
【００１０】本発明の多段触媒燃焼器における各段の触
媒層への空気および燃料ガスの供給は、空気については
全量を触媒燃焼器本体の空気導入口から供給し、一方燃
料ガスは各段の燃料ガス導入口から供給するようになっ
ており、従来この種の触媒燃焼器に用いられているよう
ないわゆる予混合部を有しない。なお、空気導入口から
供給される空気は、各段の触媒層での燃焼用ガスとして
用いられるとともに、スタートアップ時においては、高
温に加熱されたスタートアップバーナー燃焼ガスの稀釈
用ガスとしても作用する。
媒層への空気および燃料ガスの供給は、空気については
全量を触媒燃焼器本体の空気導入口から供給し、一方燃
料ガスは各段の燃料ガス導入口から供給するようになっ
ており、従来この種の触媒燃焼器に用いられているよう
ないわゆる予混合部を有しない。なお、空気導入口から
供給される空気は、各段の触媒層での燃焼用ガスとして
用いられるとともに、スタートアップ時においては、高
温に加熱されたスタートアップバーナー燃焼ガスの稀釈
用ガスとしても作用する。
【００１１】本発明の多段触媒燃焼器には、最上流側に
スタートアップ手段が設けられる。これによって、一つ
の触媒燃焼器に燃料電池発電システムのためのスタート
アップと定常運転の両方の機能を併せもたせることがで
きる。さらに具体的には、このスタートアップ手段は一
端にスタートアップバーナー空気導入口とスタートアッ
プバーナー燃料ガス導入口とを備え、他端にバーナーチ
ップおよび燃焼・稀釈部を有するスタートアップバーナ
ーからなる。この燃焼・稀釈部が空気導入口と最上流側
の燃料ガス導入口との間に位置するように、スタートア
ップ手段が配置される。かかる配置とすることにより、
スタートアップバーナー燃料ガスの高温燃焼とその燃焼
ガスの稀釈がスムーズに行われて、下流側の触媒層にと
って好適な燃焼温度を与えることができる。なお、本発
明において「スタートアップ手段を内臓した」というの
は、スタートアップ手段の主要部たるスタートアップバ
ーナーの燃焼・稀釈部、バーナーチップ部分、およびバ
ーナーチップへの燃料・空気導入部分の少なくとも一部
が、触媒燃焼器本体内に設けられているという意味であ
る。
スタートアップ手段が設けられる。これによって、一つ
の触媒燃焼器に燃料電池発電システムのためのスタート
アップと定常運転の両方の機能を併せもたせることがで
きる。さらに具体的には、このスタートアップ手段は一
端にスタートアップバーナー空気導入口とスタートアッ
プバーナー燃料ガス導入口とを備え、他端にバーナーチ
ップおよび燃焼・稀釈部を有するスタートアップバーナ
ーからなる。この燃焼・稀釈部が空気導入口と最上流側
の燃料ガス導入口との間に位置するように、スタートア
ップ手段が配置される。かかる配置とすることにより、
スタートアップバーナー燃料ガスの高温燃焼とその燃焼
ガスの稀釈がスムーズに行われて、下流側の触媒層にと
って好適な燃焼温度を与えることができる。なお、本発
明において「スタートアップ手段を内臓した」というの
は、スタートアップ手段の主要部たるスタートアップバ
ーナーの燃焼・稀釈部、バーナーチップ部分、およびバ
ーナーチップへの燃料・空気導入部分の少なくとも一部
が、触媒燃焼器本体内に設けられているという意味であ
る。
【００１２】以下にスタートアップ時と定常運転時のそ
れぞれにおける本発明の多段触媒燃焼器の作用の概略を
説明する。スタートアップ時においては、スタートアッ
プ用の燃料として上記のように比較的燃焼しにくい天然
ガスを用いてこれをスタートアップバーナーによって高
温に燃焼させて、この高温の燃焼ガスを空気導入口から
の空気によって稀釈して触媒層での燃焼に好適な温度ま
で低下させる。つぎに、このようにして稀釈された過剰
の空気を含有するガスと燃料ガス導入口からの燃料ガス
（天然ガス）とが予備燃焼室で混合され、混合層と触媒
層からなる接触床を通過する間に十分混合され完全燃焼
されてつぎの予備燃焼室に導かれる。以下同様に各段の
燃料ガス導入口からの燃料ガス（天然ガス）が各段の接
触床で燃焼され燃焼ガスとなって排出口から排出され、
後続の熱交換器型リフォーマの加熱に供され、更に燃料
電池の昇温に使用される。この間に各段の触媒層は燃料
ガスの燃焼に好適な温度まで上昇される。
れぞれにおける本発明の多段触媒燃焼器の作用の概略を
説明する。スタートアップ時においては、スタートアッ
プ用の燃料として上記のように比較的燃焼しにくい天然
ガスを用いてこれをスタートアップバーナーによって高
温に燃焼させて、この高温の燃焼ガスを空気導入口から
の空気によって稀釈して触媒層での燃焼に好適な温度ま
で低下させる。つぎに、このようにして稀釈された過剰
の空気を含有するガスと燃料ガス導入口からの燃料ガス
（天然ガス）とが予備燃焼室で混合され、混合層と触媒
層からなる接触床を通過する間に十分混合され完全燃焼
されてつぎの予備燃焼室に導かれる。以下同様に各段の
燃料ガス導入口からの燃料ガス（天然ガス）が各段の接
触床で燃焼され燃焼ガスとなって排出口から排出され、
後続の熱交換器型リフォーマの加熱に供され、更に燃料
電池の昇温に使用される。この間に各段の触媒層は燃料
ガスの燃焼に好適な温度まで上昇される。
【００１３】このようにして、燃料電池発電システムの
スタートアップが完了しアノード排ガスが燃料電池より
排出されるようになると、各段へ供給する燃料ガスをア
ノード排ガスに切り替えて定常運転を行う。この定常運
転は、具体的には、空気は空気導入口から、残留水素お
よび一酸化炭素を含有するアノード排ガスは各燃料ガス
導入口からそれぞれ各段の予備燃焼室内に導入され、こ
こで混合、部分的に燃焼（燃焼の起こらない場合もある
）された後、混合層と触媒層からなる接触床を通過する
間に十分に混合され完全に燃焼されて燃焼ガスとなって
排出口から排出される。この排出口からの燃焼ガスは、
高温に加熱されているため熱交換器型リフォーマに供給
され熱源として利用される。
スタートアップが完了しアノード排ガスが燃料電池より
排出されるようになると、各段へ供給する燃料ガスをア
ノード排ガスに切り替えて定常運転を行う。この定常運
転は、具体的には、空気は空気導入口から、残留水素お
よび一酸化炭素を含有するアノード排ガスは各燃料ガス
導入口からそれぞれ各段の予備燃焼室内に導入され、こ
こで混合、部分的に燃焼（燃焼の起こらない場合もある
）された後、混合層と触媒層からなる接触床を通過する
間に十分に混合され完全に燃焼されて燃焼ガスとなって
排出口から排出される。この排出口からの燃焼ガスは、
高温に加熱されているため熱交換器型リフォーマに供給
され熱源として利用される。
【００１４】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の一実施例を詳
細に説明する。図１は、本発明の実施例によるスタート
アップ手段を内蔵した３段式の触媒燃焼器の断面図であ
る。この多段触媒燃焼器１の本体２には、上部に空気導
入口３、側面に３個の第１、第２および第３の燃料ガス
導入口４，５，６、下部に燃焼ガスの排出口７が設けら
れている。
細に説明する。図１は、本発明の実施例によるスタート
アップ手段を内蔵した３段式の触媒燃焼器の断面図であ
る。この多段触媒燃焼器１の本体２には、上部に空気導
入口３、側面に３個の第１、第２および第３の燃料ガス
導入口４，５，６、下部に燃焼ガスの排出口７が設けら
れている。
【００１５】また触媒燃焼器本体２の上部には、燃料電
池発電システムのスタートアップ時に使用する、一端に
スタートアップバーナー空気導入口８，９およびスター
トアップバーナー燃料導入口１０を備え、他端にバーナ
ーチップ１１および燃焼・稀釈部１２を有し、それらの
間にバーナーチップ１１に通ずる燃料・空気導入部１３
が形成されたスタートアップバーナー１４が設けられ、
そのバーナー１４の他端先端部の断面形状が略逆Ｕ字型
に形成され、その先端付近には上記空気導入口３から供
給された空気を噴出する空気噴出口１５，１６が形成さ
れている。
池発電システムのスタートアップ時に使用する、一端に
スタートアップバーナー空気導入口８，９およびスター
トアップバーナー燃料導入口１０を備え、他端にバーナ
ーチップ１１および燃焼・稀釈部１２を有し、それらの
間にバーナーチップ１１に通ずる燃料・空気導入部１３
が形成されたスタートアップバーナー１４が設けられ、
そのバーナー１４の他端先端部の断面形状が略逆Ｕ字型
に形成され、その先端付近には上記空気導入口３から供
給された空気を噴出する空気噴出口１５，１６が形成さ
れている。
【００１６】燃焼器本体２の内部には、混合層１７と触
媒層１８とからなる第１の接触床１９、同様に混合層２
０と触媒層２１とからなる第２の接触床２２および同様
に混合層２３と触媒層２４とからなる第３の接触床２５
が３段に設けられ、それぞれの上流側には第１、第２お
よび第３の予備燃焼室２６，２７，２８が形成されてい
る。
媒層１８とからなる第１の接触床１９、同様に混合層２
０と触媒層２１とからなる第２の接触床２２および同様
に混合層２３と触媒層２４とからなる第３の接触床２５
が３段に設けられ、それぞれの上流側には第１、第２お
よび第３の予備燃焼室２６，２７，２８が形成されてい
る。
【００１７】燃焼器本体の内部は耐火・断熱材２９でラ
イニングされ略筒形、好ましくは略円筒形に形成され、
その外周を別種の耐火・断熱材３０で囲って燃焼器１を
形成している。また、燃焼器本体の内部には段部３１，
３２、３３が形成されて上記第１、第２および第３の接
触床１９，２２，２５を支持している。なお、燃焼器本
体内部の最下部で高温の燃焼ガス流が直接当たる部分に
は、ハイアルミナ、アルミナジルコニア多孔体などから
なる防護板３４を設置して耐火・断熱材を保護している
。
イニングされ略筒形、好ましくは略円筒形に形成され、
その外周を別種の耐火・断熱材３０で囲って燃焼器１を
形成している。また、燃焼器本体の内部には段部３１，
３２、３３が形成されて上記第１、第２および第３の接
触床１９，２２，２５を支持している。なお、燃焼器本
体内部の最下部で高温の燃焼ガス流が直接当たる部分に
は、ハイアルミナ、アルミナジルコニア多孔体などから
なる防護板３４を設置して耐火・断熱材を保護している
。
【００１８】以下、本発明の実施例における作用を説明
する。まず、スタートアップ時において、スタートアッ
プバーナー１４の燃料ガス導入口１０から供給されたス
タートアップ用燃料ガス（天然ガス）は、スタートアッ
プバーナー空気導入口８，９から供給された空気（空気
比約１．３）によってスタートアップバーナー燃焼・稀
釈部１２で完全燃焼される。このときの燃焼温度は約１
８００℃程度である。
する。まず、スタートアップ時において、スタートアッ
プバーナー１４の燃料ガス導入口１０から供給されたス
タートアップ用燃料ガス（天然ガス）は、スタートアッ
プバーナー空気導入口８，９から供給された空気（空気
比約１．３）によってスタートアップバーナー燃焼・稀
釈部１２で完全燃焼される。このときの燃焼温度は約１
８００℃程度である。
【００１９】空気導入口３から導入された空気が、空気
噴出口１５，１６から燃焼・稀釈部１２に噴出されて、
高温に熱せられた燃焼ガスを稀釈して、下流側の第１の
触媒層１８にとって最適な約５００℃程度を与える。
噴出口１５，１６から燃焼・稀釈部１２に噴出されて、
高温に熱せられた燃焼ガスを稀釈して、下流側の第１の
触媒層１８にとって最適な約５００℃程度を与える。
【００２０】このようにして稀釈された燃焼ガスおよび
空気導入口３から供給された過剰の空気と第１の燃料ガ
ス導入口４から供給されたスタートアップ用燃料ガス（
天然ガス）とが第１の予備燃焼室２６で混合されて、混
合層１７と触媒層１８からなる第１の接触床１９を通過
する間に十分混合、完全燃焼されて第２の予備燃焼室２
７に導かれる。この第１の接触床１９での燃焼温度は５
００〜８００℃程度である。
空気導入口３から供給された過剰の空気と第１の燃料ガ
ス導入口４から供給されたスタートアップ用燃料ガス（
天然ガス）とが第１の予備燃焼室２６で混合されて、混
合層１７と触媒層１８からなる第１の接触床１９を通過
する間に十分混合、完全燃焼されて第２の予備燃焼室２
７に導かれる。この第１の接触床１９での燃焼温度は５
００〜８００℃程度である。
【００２１】ここで混合層１７は、耐火性で燃料ガスと
空気とを十分に混合できる構造のものであればその材質
などは特に制限されないが、たとえば、アルミナジルコ
ニアなどの、空孔率約８５％、細孔容積率約０．０３ｃ
ｃ／ｇ程度の多孔質材を用いることができ、たとえば板
状に形成される。また、触媒層１８には、比較的難燃性
の天然ガスを約５００℃程度の低温で燃焼させることの
できる高活性の低温発火触媒が用いられる。たとえば、
コージライトの担体にＰｄを高分散させて、たとえばハ
ニカム状に形成したものが用いられる。そしてこの触媒
層１８での燃焼によって、次の第２の触媒層２１にとっ
て好適な約８００℃程度を与えることができる。このよ
うに、第１段の触媒層に高活性の低温発火触媒を用いる
ことによって、第１段の予備燃焼室温度を約５００℃程
度の低いレベルにすることができるので、上記スタート
アップバーナー１４の小型化も可能となる。
空気とを十分に混合できる構造のものであればその材質
などは特に制限されないが、たとえば、アルミナジルコ
ニアなどの、空孔率約８５％、細孔容積率約０．０３ｃ
ｃ／ｇ程度の多孔質材を用いることができ、たとえば板
状に形成される。また、触媒層１８には、比較的難燃性
の天然ガスを約５００℃程度の低温で燃焼させることの
できる高活性の低温発火触媒が用いられる。たとえば、
コージライトの担体にＰｄを高分散させて、たとえばハ
ニカム状に形成したものが用いられる。そしてこの触媒
層１８での燃焼によって、次の第２の触媒層２１にとっ
て好適な約８００℃程度を与えることができる。このよ
うに、第１段の触媒層に高活性の低温発火触媒を用いる
ことによって、第１段の予備燃焼室温度を約５００℃程
度の低いレベルにすることができるので、上記スタート
アップバーナー１４の小型化も可能となる。
【００２２】次に、第２の予備燃焼室２７に導かれた燃
焼ガスには空気導入口３から供給された過剰の空気が含
有されており、この空気と第２の燃料ガス導入口５から
導かれた燃料ガス（天然ガス）とが第２の予備燃焼室２
７内で混合されたのち、第２の接触床２２を経る間に十
分混合、完全燃焼されて次の第３の予備燃焼室２８に導
かれる。この第２の接触床２２での燃焼温度は８００〜
１０００℃程度であり、最高１０５０℃程度までである
。
焼ガスには空気導入口３から供給された過剰の空気が含
有されており、この空気と第２の燃料ガス導入口５から
導かれた燃料ガス（天然ガス）とが第２の予備燃焼室２
７内で混合されたのち、第２の接触床２２を経る間に十
分混合、完全燃焼されて次の第３の予備燃焼室２８に導
かれる。この第２の接触床２２での燃焼温度は８００〜
１０００℃程度であり、最高１０５０℃程度までである
。
【００２３】この第２の接触床２２において、混合層２
０には上記第１の接触床１９において用いたものと同様
の構造および材質のものが用いるられる。また触媒層２
１は、天然ガスの燃焼に対し８００〜１０００℃程度で
活性を示し１０５０℃程度までの耐熱性を有するもの、
たとえばアルミナ・ジルコニアなどの多孔性の担体にＰ
ｄなどの金属触媒成分が粗粒の状態で担持されたものな
どが、たとえば板状に形成されて用いられる。
０には上記第１の接触床１９において用いたものと同様
の構造および材質のものが用いるられる。また触媒層２
１は、天然ガスの燃焼に対し８００〜１０００℃程度で
活性を示し１０５０℃程度までの耐熱性を有するもの、
たとえばアルミナ・ジルコニアなどの多孔性の担体にＰ
ｄなどの金属触媒成分が粗粒の状態で担持されたものな
どが、たとえば板状に形成されて用いられる。
【００２４】次に第３の予備燃焼室２８に導かれた燃焼
ガスには過剰の空気が含有されており、この空気と第３
の燃料ガス導入口６から導かれた燃料ガス（天然ガス）
とが第３の予備燃焼室２８内で混合されたのち、第３の
接触床２５を経る間に十分混合、完全燃焼されて、排出
口７を経て燃焼ガスとして排出される。この第３の接触
床２５での燃焼温度は９５０〜１１００℃程度であり、
最高１２００℃程度までである。
ガスには過剰の空気が含有されており、この空気と第３
の燃料ガス導入口６から導かれた燃料ガス（天然ガス）
とが第３の予備燃焼室２８内で混合されたのち、第３の
接触床２５を経る間に十分混合、完全燃焼されて、排出
口７を経て燃焼ガスとして排出される。この第３の接触
床２５での燃焼温度は９５０〜１１００℃程度であり、
最高１２００℃程度までである。
【００２５】この第３の接触床２５においても、混合層
２３には上記第１の接触床１９において用いたものと同
様の構造および材質のものを用いることができる。また
、触媒層２４としては、触媒活性はほとんどないが１２
００℃程度までの耐熱・耐酸化性を有する高温蓄熱性の
担体、たとえば、反応焼結型炭化ケイ素などが、たとえ
ばハニカム状に形成されて用いられる。
２３には上記第１の接触床１９において用いたものと同
様の構造および材質のものを用いることができる。また
、触媒層２４としては、触媒活性はほとんどないが１２
００℃程度までの耐熱・耐酸化性を有する高温蓄熱性の
担体、たとえば、反応焼結型炭化ケイ素などが、たとえ
ばハニカム状に形成されて用いられる。
【００２６】このようにして各段の触媒層の温度が整定
され、触媒燃焼器自体、後続の熱交換器型リフォーマお
よび燃料電池の昇温が達成（通常約４時間程度にてなさ
れる）され、燃料電池発電システムのスタートアップが
完了し、アノード排ガスが燃料電池より排出されてくる
と、燃料ガスをスタートアップ用の天然ガスからアノー
ド排ガスに切り替えて定常運転に移行させる。
され、触媒燃焼器自体、後続の熱交換器型リフォーマお
よび燃料電池の昇温が達成（通常約４時間程度にてなさ
れる）され、燃料電池発電システムのスタートアップが
完了し、アノード排ガスが燃料電池より排出されてくる
と、燃料ガスをスタートアップ用の天然ガスからアノー
ド排ガスに切り替えて定常運転に移行させる。
【００２７】この定常運転時において、燃料ガスとなる
アノード排ガスには燃焼しやすい水素や一酸化炭素が含
まれているため、上記のスタートアップ時に用いた高活
性低温発火触媒層１８を用いる必要がなく、アノード排
ガスの燃焼には上記した第２および第３の接触床２２，
２５が用いられる。したがって、アノード排ガスの供給
は第２および第３の燃料ガス導入口５，６を通じて行わ
れる。以下、定常運転時の作用を説明する。
アノード排ガスには燃焼しやすい水素や一酸化炭素が含
まれているため、上記のスタートアップ時に用いた高活
性低温発火触媒層１８を用いる必要がなく、アノード排
ガスの燃焼には上記した第２および第３の接触床２２，
２５が用いられる。したがって、アノード排ガスの供給
は第２および第３の燃料ガス導入口５，６を通じて行わ
れる。以下、定常運転時の作用を説明する。
【００２８】定常運転時において、予熱された空気は空
気導入口３から第１の予備燃焼室２６、第１の接触床１
９を経て第２の予備燃焼室２７内に導かれ、一方残留水
素および一酸化炭素を含む予熱されたアノード排ガスは
燃料ガス導入口５から同じく第２の予備燃焼室２７内に
導かれる。ここで両ガスは混合されるが、この時両ガス
はいずれも高温、たとえばアノード排ガスは６２５℃程
度、空気は５００℃程度に予熱されているため、水素ガ
スの発火や燃焼が起こりやすいが、該第２の予備燃焼室
２７は耐火・断熱材２９により覆われているので、発火
や燃焼が起こっても何らの危険を生ずることもない。こ
の混合および予備燃焼（場合によっては燃焼の起こらな
いこともある）されたガスは混合層２０を通過する間に
十分に混合され、この混合ガスは触媒層２１を通過する
間に残留水素および一酸化炭素が酸素により完全に燃焼
されて、第３の予備燃焼室２８に導かれる。この第２の
接触床２２での燃焼温度は８００〜１０００℃程度であ
り、最高１０５０℃程度までである。
気導入口３から第１の予備燃焼室２６、第１の接触床１
９を経て第２の予備燃焼室２７内に導かれ、一方残留水
素および一酸化炭素を含む予熱されたアノード排ガスは
燃料ガス導入口５から同じく第２の予備燃焼室２７内に
導かれる。ここで両ガスは混合されるが、この時両ガス
はいずれも高温、たとえばアノード排ガスは６２５℃程
度、空気は５００℃程度に予熱されているため、水素ガ
スの発火や燃焼が起こりやすいが、該第２の予備燃焼室
２７は耐火・断熱材２９により覆われているので、発火
や燃焼が起こっても何らの危険を生ずることもない。こ
の混合および予備燃焼（場合によっては燃焼の起こらな
いこともある）されたガスは混合層２０を通過する間に
十分に混合され、この混合ガスは触媒層２１を通過する
間に残留水素および一酸化炭素が酸素により完全に燃焼
されて、第３の予備燃焼室２８に導かれる。この第２の
接触床２２での燃焼温度は８００〜１０００℃程度であ
り、最高１０５０℃程度までである。
【００２９】ここで接触床２２に用いられる混合層２０
と触媒層２１は上記スタートアップ時に用いたものがそ
のまま用いられる。なお、触媒層２１は、水素ガスの燃
焼に対しては８００〜１０００℃程度で活性を示す。
と触媒層２１は上記スタートアップ時に用いたものがそ
のまま用いられる。なお、触媒層２１は、水素ガスの燃
焼に対しては８００〜１０００℃程度で活性を示す。
【００３０】次に、第３の予備燃焼室２８に導かれた燃
焼ガスには過剰の空気が含有されており、この空気と第
３の燃料ガス導入口６から供給されたアノード排ガスと
が第３の予備燃焼室２８内で混合、予備燃焼（場合によ
っては燃焼の起こらないこともある）したのち、第３の
接触床２５を経る間に十分混合、完全燃焼されて、排出
口７を経て燃焼ガスとして排出される。この第３の接触
床２５における燃焼温度は９５０〜１１７０℃程度であ
り、最高１２００℃程度までである。このように複数の
接触床を通じて燃焼させることによりアノード排ガスを
効率的に燃焼させることができる。
焼ガスには過剰の空気が含有されており、この空気と第
３の燃料ガス導入口６から供給されたアノード排ガスと
が第３の予備燃焼室２８内で混合、予備燃焼（場合によ
っては燃焼の起こらないこともある）したのち、第３の
接触床２５を経る間に十分混合、完全燃焼されて、排出
口７を経て燃焼ガスとして排出される。この第３の接触
床２５における燃焼温度は９５０〜１１７０℃程度であ
り、最高１２００℃程度までである。このように複数の
接触床を通じて燃焼させることによりアノード排ガスを
効率的に燃焼させることができる。
【００３１】ここで接触床２５に用いられる混合層２３
と触媒層２４は上記スタートアップ時に用いたものがそ
のまま用いられる。なお、触媒層２４は、１２００℃程
度までの耐熱・耐酸化性を有する。
と触媒層２４は上記スタートアップ時に用いたものがそ
のまま用いられる。なお、触媒層２４は、１２００℃程
度までの耐熱・耐酸化性を有する。
【００３２】排出口７からの排出ガスは、たとえば３〜
７ｋｇ／ｃｍ２ Ｇ 程度の圧力、９５０〜１２００℃
程度の高温を有し、熱交換器型リフォーマに導かれ、そ
こで必要な熱源として利用された後、燃料電池のカソー
ドに供給されて二酸化炭素のリサイクルに利用される。
７ｋｇ／ｃｍ２ Ｇ 程度の圧力、９５０〜１２００℃
程度の高温を有し、熱交換器型リフォーマに導かれ、そ
こで必要な熱源として利用された後、燃料電池のカソー
ドに供給されて二酸化炭素のリサイクルに利用される。
【００３３】本装置は、その内部が略筒形、好ましくは
略円筒形に形成され構造が簡単なため、起動、停止の操
作の繰り返しの多い場合においても熱衝撃によく耐え耐
久性に優れ、また触媒の交換等の保守も容易に行うこと
ができる。
略円筒形に形成され構造が簡単なため、起動、停止の操
作の繰り返しの多い場合においても熱衝撃によく耐え耐
久性に優れ、また触媒の交換等の保守も容易に行うこと
ができる。
【００３４】図１においては３段式のものを示したが、
２段式または４段式以上のものとすることもできる。２
段式とする場合には、上記した３段式のものにおいて、
スタートアップ用の第１の接触床１９あるいは第２の接
触床２２を取り外した構造のものとすることができる。
２段式または４段式以上のものとすることもできる。２
段式とする場合には、上記した３段式のものにおいて、
スタートアップ用の第１の接触床１９あるいは第２の接
触床２２を取り外した構造のものとすることができる。
【００３５】２段式において、スタートアップ用の第１
の接触床１９を設けないで用いる場合には、スタートア
ップ時に上流側の接触床での燃焼が良好に行われるよう
にスタートアップバーナー燃焼ガスの稀釈後の温度が８
００℃程度となるようにコントロールする必要がある。 この場合には、上記した３段式のものにおける稀釈後の
温度（約５００℃程度）に比べて高温に保持する必要が
あるため、スタートアップバーナーはより容量の大きい
、したがって、より大型のものにする必要がある。なお
、この場合の各段の接触床での燃料ガスの燃焼温度は、
スタートアップ時において上流側接触床で８００〜１０
００℃程度、下流側接触床で９５０〜１１００℃程度で
あり、定常運転時において上流側接触床で８００〜１０
００℃程度、下流側接触床で９５０〜１１７０℃程度で
ある。これらの燃焼温度は、上記した３段式の触媒燃焼
器において説明した第２の接触床２２および第３の接触
床２５での燃焼温度と同じである。
の接触床１９を設けないで用いる場合には、スタートア
ップ時に上流側の接触床での燃焼が良好に行われるよう
にスタートアップバーナー燃焼ガスの稀釈後の温度が８
００℃程度となるようにコントロールする必要がある。 この場合には、上記した３段式のものにおける稀釈後の
温度（約５００℃程度）に比べて高温に保持する必要が
あるため、スタートアップバーナーはより容量の大きい
、したがって、より大型のものにする必要がある。なお
、この場合の各段の接触床での燃料ガスの燃焼温度は、
スタートアップ時において上流側接触床で８００〜１０
００℃程度、下流側接触床で９５０〜１１００℃程度で
あり、定常運転時において上流側接触床で８００〜１０
００℃程度、下流側接触床で９５０〜１１７０℃程度で
ある。これらの燃焼温度は、上記した３段式の触媒燃焼
器において説明した第２の接触床２２および第３の接触
床２５での燃焼温度と同じである。
【００３６】
【発明の効果】本発明のスタートアップ手段を内蔵した
多段触媒燃焼器によれば、触媒燃焼器本体内にスタート
アップ手段が内蔵されているので、一装置でスタートア
ップと定常運転の両者をスムーズに切り替えることがで
きるとともに、独立したスタートアップ用加熱炉ないし
燃焼器が不要となり機器コストの低減が図られ、かつ設
置面積も少なくて済む。特にスタートアップ用の第１段
触媒として高活性低温発火触媒を用いるときは、第１段
の予備燃焼室温度を約５００℃程度という低いレベルに
することができるので、スタートアップバーナーの小型
化が可能となる。
多段触媒燃焼器によれば、触媒燃焼器本体内にスタート
アップ手段が内蔵されているので、一装置でスタートア
ップと定常運転の両者をスムーズに切り替えることがで
きるとともに、独立したスタートアップ用加熱炉ないし
燃焼器が不要となり機器コストの低減が図られ、かつ設
置面積も少なくて済む。特にスタートアップ用の第１段
触媒として高活性低温発火触媒を用いるときは、第１段
の予備燃焼室温度を約５００℃程度という低いレベルに
することができるので、スタートアップバーナーの小型
化が可能となる。
【００３７】また、アノード排ガスと空気との予備燃焼
室と、接触床とを燃焼器本体内に設けかつこれを複数段
に設けたので、極めて安全に運転することができるとと
もにアノード排ガスの効率的でＮＯｘ発生量の低い（最
高１０ｐｐｍ）燃焼を行うことができる。さらに、燃焼
器本体の内部構造を略筒形に形成するときは、上記効果
に加えてさらに耐久性に優れかつ保守も容易なものとす
ることができる。
室と、接触床とを燃焼器本体内に設けかつこれを複数段
に設けたので、極めて安全に運転することができるとと
もにアノード排ガスの効率的でＮＯｘ発生量の低い（最
高１０ｐｐｍ）燃焼を行うことができる。さらに、燃焼
器本体の内部構造を略筒形に形成するときは、上記効果
に加えてさらに耐久性に優れかつ保守も容易なものとす
ることができる。
【図１】本発明の実施例によるスタートアップ手段を内
蔵した３段式の触媒燃焼器の断面図。
蔵した３段式の触媒燃焼器の断面図。
１ 多段触媒燃焼器
２ 燃焼器本体
３ 空気導入口
４ 第１の燃料ガス導入口
５ 第２の燃料ガス導入口
６ 第３の燃料ガス導入口
７ 燃焼ガスの排出口
８ スタートアップバーナー空気導入口９ スター
トアップバーナー空気導入口１０ スタートアップバ
ーナー燃料ガス導入口１１ バーナーチップ １２ 燃焼・稀釈部 １３ バーナーチップへ通ずる燃料・空気導入部１４
スタートアップバーナー １５ 空気噴出口 １６ 空気噴出口 １７ 混合層 １８ 触媒層 １９ 第１の接触床 ２０ 混合層 ２１ 触媒層 ２２ 第２の接触床 ２３ 混合層 ２４ 触媒層 ２５ 第３の接触床 ２６ 第１の予備燃焼室 ２７ 第２の予備燃焼室 ２８ 第３の予備燃焼室 ２９ 耐火・断熱材
トアップバーナー空気導入口１０ スタートアップバ
ーナー燃料ガス導入口１１ バーナーチップ １２ 燃焼・稀釈部 １３ バーナーチップへ通ずる燃料・空気導入部１４
スタートアップバーナー １５ 空気噴出口 １６ 空気噴出口 １７ 混合層 １８ 触媒層 １９ 第１の接触床 ２０ 混合層 ２１ 触媒層 ２２ 第２の接触床 ２３ 混合層 ２４ 触媒層 ２５ 第３の接触床 ２６ 第１の予備燃焼室 ２７ 第２の予備燃焼室 ２８ 第３の予備燃焼室 ２９ 耐火・断熱材
Claims (2)
- 【請求項１】空気導入口と複数の燃料ガス導入口と燃焼
ガスの排出口とを備えた多段触媒燃焼器において、該触
媒燃焼器本体内に、（イ）燃料ガスと空気との予備燃焼
室、（ロ）混合層と触媒層とからなる接触床をそれぞれ
複数段設け、前記空気導入口が、最上流側の前記予備燃
焼室に通ずるように設けられ、前記複数の燃料ガス導入
口のそれぞれが、複数段設けられた前記予備燃焼室のそ
れぞれに通ずるように設けられ、前記接触床に対して前
記予備燃焼室が、および前記触媒層に対して前記混合層
がそれぞれ上流側に設置され、最上流側にスタートアッ
プ手段が設けられてなることを特徴とする、スタートア
ップ手段を内蔵した多段触媒燃焼器。 - 【請求項２】前記スタートアップ手段が、一端にスター
トアップバーナー空気導入口とスタートアップバーナー
燃料ガス導入口とを備え、他端にバーナーチップおよび
燃焼・稀釈部を有するスタートアップバーナーからなり
、前記燃焼・稀釈部が、最上流側の前記予備燃焼室に通
ずる前記空気導入口と最上流側の前記燃料ガス導入口と
の間に位置するように、前記スタートアップ手段を配置
することを特徴とする、請求項１に記載の多段触媒燃焼
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3028782A JP2501669B2 (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | スタ―トアップ手段を内蔵した燃料電池発電システム用多段触媒燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3028782A JP2501669B2 (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | スタ―トアップ手段を内蔵した燃料電池発電システム用多段触媒燃焼器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04268108A true JPH04268108A (ja) | 1992-09-24 |
| JP2501669B2 JP2501669B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=12257988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3028782A Expired - Fee Related JP2501669B2 (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | スタ―トアップ手段を内蔵した燃料電池発電システム用多段触媒燃焼器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2501669B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100667051B1 (ko) * | 2005-06-23 | 2007-01-11 | 한국에너지기술연구원 | 2단 촉매연소 장치, 복합발전 시스템 및 그 방법 |
| CN1330036C (zh) * | 2001-12-27 | 2007-08-01 | 日产自动车株式会社 | 燃料电池车辆的废气净化方法和燃料电池车辆的废气净化系统 |
| JP2013235767A (ja) * | 2012-05-10 | 2013-11-21 | Miura Co Ltd | 燃料電池システム |
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| JPS59107478U (ja) * | 1983-01-07 | 1984-07-19 | 株式会社東芝 | 燃料電池用燃焼器 |
| JPS6065472A (ja) * | 1983-09-20 | 1985-04-15 | Babcock Hitachi Kk | 燃料電池装置 |
| JPH02262263A (ja) * | 1989-03-31 | 1990-10-25 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 多段燃焼式触媒燃焼器 |
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1991
- 1991-02-22 JP JP3028782A patent/JP2501669B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2501669B2 (ja) | 1996-05-29 |
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