JPH11176460A - 燃料セル装置 - Google Patents

燃料セル装置

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JPH11176460A
JPH11176460A JP10203524A JP20352498A JPH11176460A JP H11176460 A JPH11176460 A JP H11176460A JP 10203524 A JP10203524 A JP 10203524A JP 20352498 A JP20352498 A JP 20352498A JP H11176460 A JPH11176460 A JP H11176460A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 改善した触媒燃焼器を備えた燃料セル装置を
提供する。 【解決手段】 燃料セル装置は陽極流出物（２０）及び
陰極流出物（２２）により点火される触媒燃焼器（２
８、５６）によって加熱される燃料改質器（２）を有す
る。燃焼器は、燃焼器の主要な触媒ベッド（７０）に接
触する前に陽極流出物及び陰極流出物を緊密に混合させ
るタービュレータ区分（Ｔ）をその入力端部（６４）に
具備する。タービュレータは乱流、及び、陽極流出物及
び陰極流出物の緊密な混合を生じさせる蛇行経路を提供
する混合媒体の少なくとも１つの多孔性ベッド（７６、
８０）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料改質器(reforme
r)を加熱するための触媒燃焼器を有する燃料セル装置に
関し、特に、入力端部にタービュレータ(turbulator)を
備えた燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｈ2−Ｏ2（空気）燃料セルは当業界で周
知であり、多くの応用に対する動力源として提案されて
きた。酸型式、アルカリ型式、溶融カーボネート型式、
固形酸化物型式等のいくつかの異なる型式のＨ2−Ｏ2燃
料セルが存在する。所謂ＰＥＭ（陽子交換膜）式の燃料
セル［ａ．ｋ．ａ．ＳＰＥ（固形ポリマー電解質）式の
燃料セル］は酸型式のものであり、大きなパワーと軽い
重量とを有し、従って、自動車（たとえば、電気車両）
の応用にとって望ましい。ＰＥＭ式の燃料セルは当業界
で周知であり、一方の面に陽極を備え反対側の面に陰極
を備えた薄い陽子伝達性の固形ポリマー膜電解質を有す
る「膜電極組立体」（ａ．ｋ．ａ．ＭＥＡ）を具備す
る。ＭＥＡ（膜電極組立体）は一対の導電性の素子間に
挟まれるが、これらの素子は、（１）陽極及び陰極のた
めの電極コレクタとして作用し、（２）それぞれの陽極
及び陰極触媒の表面にわたって燃料セルのガス状の反応
物を分配するための適当なチャンネル及び（又は）開口
を有する。複数個の個々のセルが一緒に束ねられてＰＥ
Ｍ式の燃料セルスタックを形成する。
【０００３】ＰＥＭ式の燃料セルにおいては、水素が陽
極（即ち、燃料）側の反応物となり、酸素が陰極（即
ち、オキシダント）側の反応物となる。酸素は純粋酸素
（即ち、Ｏ2） 又は空気（即ち、Ｎ2の混じったＯ2）と
することができる。固形ポリマー電解質は典型的には過
フッ化スルホン酸の如き交換樹脂から作られる。陽極／
陰極は典型的には陽子伝導性樹脂と混ぜ合わせた微細に
分割された触媒粒子（しばしばカーボン粒子に支持され
る）で作る。
【０００４】車両の応用に対しては、低分子量アルコー
ル（例えば、メタノール又はエタノール）や炭化水素
（例えば、ガソリン）の如き液体燃料を車両の燃料とし
て使用するのが望ましい。液体燃料の貯蔵が容易であ
り、液体燃料を供給するための全国的なインフラ（支援
施設）が存在するからである。しかし、このような燃料
は燃料セルに燃料補給するためにその水素成分を解放す
るように解離しなければならない。解離反応は改質器と
して知られる化学的な燃料プロセッサ内で異質に達成さ
れ、触媒全体にわたって熱エネルギを提供し、主に水素
と二酸化炭素とを含む改質ガスを発生させる。例えば、
蒸気メタノール改質プロセスにおいては、メタノールと
水（蒸気）とを反応させて、次の反応により、水素と二
酸化炭素とを発生させる。
【０００５】 ＣＨ3ＯＨ ＋ Ｈ2Ｏ → ＣＯ2 ＋ ３Ｈ2 改質反応は反応を生じさせるために外熱を必要とする吸
熱反応である。炎燃焼器又は触媒燃焼器から発生する外
熱により改質器を加熱することが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は改善した触媒
燃焼器、及びこれと燃料セル装置との組み合わせを提供
することを目的とする。燃焼器には、水素を含有した陽
極流出物及び酸素を含有した陰極流出物が燃料として供
給され、燃焼器は、その端部に、触媒ベッド全体にわた
って「高温点」即ち大きな温度差を生じさせずに触媒ベ
ッド上での水素の有効で均一な燃焼を保証するために陽
極流出物を酸素希釈陰極流出物と緊密に混合させる手段
を有する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、（イ）Ｈ2 含
有陽極流出物及びＯ2 含有陰極流出物を排出するＨ2ー
Ｏ2 燃料セルのスタックと、（ロ）アルコール及び炭化
水素からなるグループから選択された水素含有燃料を、
セルに燃料補給するためのＨ2 に変換する燃料改質器
と、（ハ）燃料改質器を加熱する燃焼器とを有する燃料
セル装置を提供する。本発明は、陽極及び陰極流出物に
より燃料補給され、その入口に、陽極流出物と陰極流出
物とを緊密に混合するためのタービュレータ区分を備え
た改善した触媒燃焼器に関する。詳細には、燃焼器は
（１）陽極及び陰極流出物を受け取り、これらの流出物
を最初におおまかに一緒に混合して燃焼可能な混合物を
形成する入力室と、（２）高温燃焼排気ガスを改質器へ
流出させる排気出口と、（３）入力室と排気出口との間
に位置し、混合物を燃焼させて高温燃焼排気ガスを発生
させる触媒ベッドと、（４）入力室と触媒ベッドとの間
に位置し、混合物が触媒ベッドに接触する前に混合物の
乱流混合を生じさせるタービュレータとを備えたハウジ
ングを有する。タービュレータは少なくとも１つの多孔
性ベッドを備え、多孔性ベッドは混合物が入力室から多
孔性ベッド内へ流入するところの前面と、多孔性ベッド
から混合物が流出するところの後面とを有する。前面と
後面との間の混合領域は混合物内の流出物を緊密に混合
させ、触媒ベッド全体にわたって一様に燃焼する均一質
の混合物を提供する。混合領域は多数の蛇行経路チャン
ネルを形成する多孔性材料を備え、反応混合物がこれら
のチャンネルを通る。好ましくは、タービュレータは入
力室と触媒ベッドとの間で（流れの方向に）直列に配置
された少なくとも２つの多孔性ベッドを有する。一層好
ましくは、多孔性ベッドは異なる孔プロフィールを有
し、第１の混合媒体ベッドを通って多くのチャンネルか
ら出るいくつかの流れの混合合流部として作用する開空
間により相互に分離されている。流れの方向における第
１の多孔性ベッドは、好ましくは、第２の多孔性ベッド
よりも微細な（即ち、一層小さな孔の）孔プロフィール
を有する。
【０００８】多孔性ベッドはセラミック又は耐火金属の
如き種々の防腐及び耐熱材料で作ることができ、多数の
蛇行経路チャンネルを提供できる限りは任意の異なる形
状とすることができる。例えば、１つの実施の形態にお
いては、多孔性ベッドは微細なスクリーンのスタックで
構成することができ、この場合、１つのスクリーンの開
口が隣接するスクリーンの開口からずれていて、多孔性
ベッドを通る所望の蛇行経路を提供する。連続気泡金属
フォーム材料も使用することができる。好ましい実施の
形態においては、多孔性ベッドはセラミックフォームで
作られる。最も好ましくは、セラミックフォームは１直
線インチ（約２５．４ｍｍ）当り約２５個の孔ないし１
直線インチ当り約８０個の孔を備えた孔プロフィールを
有する。炭化ケイ素及びイトリア・ジルコニア・アルミ
ニウム（Ｙ2Ｏ3／ＺｒＯ2／Ａｌ2Ｏ3） は７００℃程度
の温度を必要とする応用にとって有効なセラミックであ
ることが分かった。特定の燃焼器の温度及び強度要求に
応じてとりわけ使用できる代わりの材料はアルミナ（Ａ
Ｌ2Ｏ3）、ジルコニア・アルミナ（ＺｒＯ2／ＡＬ
2Ｏ3）、 部分的に安定したジルコニア（ＺｒＯ2／Ｃａ
Ｏ／ＭｇＯ）、 部分的に安定したジルコニア・マグネ
シウム（ＺｒＯ2／ＭｇＯ）、 及び、部分的に安定した
ジルコニア・イトリア（ＺｒＯ2／Ｙ2Ｏ3） などであ
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、改質されたメタノール（Ｍ
ｅＯＨ）を燃料補給される燃料セルにつき本発明を説明
する。しかし、本明細書で具体化された原理は例えばエ
タノールやガソリンなどのような他の吸熱式に改質可能
な燃料を燃料補給される燃料セルに等しく応用できるこ
とを諒解されたい。
【００１０】図１は、メタノール流（ストリーム）６か
らのメタノールと水ストリーム８からの水とを触媒的に
反応させて、水素の豊富な改質ガスストリーム１０を形
成するための改質器２を備えた燃料セル装置の概略図で
ある。改質出力ガスストリーム１０は主にＨ2、ＣＯ2を
含むが、Ｎ2、 ＣＯ及び水をも含む。改質ストリーム１
０は、当業界で周知のように、シフト反応器１２及び優
先オキシダント反応器（ＰＲＯＸ）１４を通り、ストリ
ーム内のＣＯレベルを許容可能なレベル（即ち、２０ｐ
ｐｍ以下）に減少させる。次いで、ＣＯの減少した改質
体１０′は燃料セル１６の陽極室へ送られる。同時に、
オキシダントストリーム１８からの酸素（例えば、空
気）が燃料セル１６の陰極室へ送られる。改質ストリー
ム１０からの水素及びオキシダントストリーム１８から
の酸素は燃料セル１６内で反応し、電気を発生させる。
燃料セルの陽極室からの排気物即ち流出物２０はある程
度の未反応水素を含む。燃料セルの陰極室からの排気物
即ち流出物２２はある程度の未反応酸素を含む。オキシ
ダントストリーム１８のための空気はコンプレッサ２４
により提供され、通常の作動状態の下では、弁２６によ
り燃料セルへ導かれる。しかし、始動中は、弁２６が回
転し、改質器２を加熱するために使用される燃焼器２８
の入力端部へ空気を供給する。これについては後に詳説
する。
【００１１】改質器２は熱交換器３０と連携し、熱交換
器３０からの熱が改質器２内の触媒ベッドを加熱するよ
うになっている。これに関し、改質器に供給されるＨ2
Ｏ−ＭｅＯＨ混合物は蒸発され、好ましくは、改質器２
内の触媒ベッド及び熱交換器３０を通して数回（例え
ば、２０Ｘ）再循環／再流動せしめられて、混合物が交
換器３０から改質器２内の触媒ベッド内へ熱を運搬する
ための熱伝達媒体として機能するようにさせる。熱交換
器３０自体は触媒燃焼器２８を出た排気ガス３２により
加熱される。熱交換器３０を出たガス３４はまだ暖か
く、大気４０へ放出される前に、駆動シャフト３８を介
してコンプレッサ２４を駆動するために使用されるエキ
スパンダ３６を通る。改質器２をそれほど加熱する必要
がない場合は、分路弁４２が熱交換器３０をバイパスさ
せ、燃焼ガス３２をエキスパンダ３６へ放出させる。
【００１２】通常の作動中（即ち、装置が始動した後に
運転しているとき）、燃焼器２８には、メタノール蒸気
４４又は陽極流出物又はその両方が燃料供給され、これ
らは燃焼器２８の入力端部４６へ送られる。ＭｅＯＨ蒸
気４４は燃焼器２８の排気端部４８に設けた蒸発器から
出る。蒸発器は車両の燃料タンクから熱交換器へ供給さ
れた液体ＭｅＯＨ５０を蒸発させるために燃焼器の排気
ガスから熱を引き出す熱交換器である。蒸発器からでた
ＭｅＯＨ蒸気４４及び陽極流出物２０は燃焼器２８の入
力端部４６と排気端部４８との間に位置する燃焼器２８
の触媒区分５２内で反応せしめられる。装置がコンプレ
ッサの空気により始動状態で作動しているか又は陰極流
出物により後始動状態で作動しているかに応じて、酸素
は陰極流出物ストリーム２２又は（弁２６を介しての）
コンプレッサ２４のいずれかから燃焼器へ提供される。
陰極流出物２２が燃焼器２８において必要でない場合
は、弁５４が、エキスパンダ３６を介しての大気４０へ
の陰極流出物２２の放出を許容する。
【００１３】図２は本発明に係る好ましい燃焼器５６の
側断面図である。燃焼器５６は絶縁材料の２つの層６
０、６２でライニングされた円筒状の金属ハウジング５
８を有する。好ましい絶縁材料層６０は３Ｍ社によりＩ
ＮＴＥＲＡＭマット材料（商品名）として提供されてい
るセラミック材料の０．１８０インチ（約４．５７ｍ
ｍ）厚の層で構成される。燃焼器５６は燃焼器の燃料及
びオキシダントを受け取る入力端部６４と、排気端部６
６とを有し、燃焼器の高温排気ガスはこの排気端部６６
を通って燃焼器５６から図１の改質器２と連携する熱交
換器３０へ排出される。排気端部６６は図１の熱交換器
３０の入力部に装着されるようになったフランジ６８を
具備する。主要な触媒ベッド７０は、燃料／オキシダン
ト反応物を燃焼させるため入力端部６４と排気端部６６
との間に位置し、好ましくは、この触媒ベッドは、入口
面７２において１インチ（約２５．４ｍｍ）当り約４０
０個のセルを備えた、触媒で被覆された押出しセラミッ
ク単一体型式のベッドを含む。このようなベッドは自動
車の触媒コンバータに普通に使用される。ベッド７０
は、必要ならば、各々異なる孔プロフィールを備えた互
いに分離された２又はそれ以上の区分／ステージに分割
することができる。好ましい触媒はプラチナを含むが、
燃焼器の性能要求に応じて、他の貴金属又はその組み合
わせを使用することもできる。１インチ（約２５．４ｍ
ｍ）当り約１０個の孔を持つ孔プロフィールを有し約
０．７９インチ（約２０ｍｍ）の厚さを有する触媒で被
覆されたセラミックのライトオフ(light-off) フォーム
７４が単一性の触媒ベッド７０の前面即ち入口面７２に
設けられる。ライトオフフォーム７４は炭化ケイ素のフ
ォーム基体上のプラチナで構成することができ、触媒ベ
ッド７０へ入る前に反応物をライトオフ（着火）する機
能を有し、また、反応物を混合し乱流酸化反応を促進さ
せる蛇行経路を提供する。
【００１４】タービュレータ区分Ｔはライトオフフォー
ム７４の前方に位置し、ライトオフ触媒７４の上流側の
混合媒体の少なくとも１つの多孔性ベッドを有し、当該
多孔性ベッドは、乱流、及び、ライトオフ触媒７４に接
触する前の燃焼器燃料と空気との緊密な混合を促進させ
る蛇行経路を提供する。好ましくは、タービュレータ区
分Ｔは少なくとも２つの混合媒体ベッド７６、８０で構
成され、混合媒体ベッド間の開いた室８２は第１の混合
媒体ベッド８０を出て第２の混合媒体ベッド７６へ入る
前の混合物を均質化する均質化領域として作用する。混
合媒体ベッド７６、８０は反応物がベッドへ流入すると
ころの前面７７、８１と、反応物がベッド７６、８０か
ら流出するところの後面７９、８３とをそれぞれ有す
る。好ましい混合媒体は１直線インチ当り約２５個の孔
ないし１直線インチ当り約８０個の孔を備えた孔プロフ
ィールを有するセラミックフォームで形成されるが、他
の材料及び孔プロフィールを使用することもできる。ベ
ッド７６のための好ましい混合媒体は１直線インチ当り
約２５個の孔を備えた孔プロフィールを有し、約１イン
チ（約２５．４ｍｍ）の厚さを有する炭化ケイ素のフォ
ームで形成される。代わりの混合媒体ベッドは耐火金属
フォーム、流通コンテナ内に保持されたセラミックペレ
ット、或いは、微細な（例えば、約０．００１ないし約
０．０１０インチ（約０．０２５ｍｍないし約０．２５
ｍｍ）の開口を有するような）金属又はセラミックスク
リーンのスタックで形成され、スタックの場合は、１つ
のスクリーンの開口は隣接するスクリーンの開口からず
れていて所望の蛇行経路を提供する。混合媒体ベッド７
６はまた、ライトオフ触媒７４において発生する炎が燃
焼器５６の入力端部６４へ逆伝播するのを阻止する炎抑
制器として、及び、触媒ベッド７０の前面７２を横切っ
て均一に反応混合物を分配する手段として機能すること
ができる。
【００１５】混合媒体７６の上流側に設けた電気加熱素
子７８は、燃焼器５６の初期始動中、燃焼器５６に入る
液体燃料を蒸発させ、触媒ベッド７０へ入るガスを加熱
する役目を果たす。加熱素子７８は触媒で被覆されてい
てもされていなくてもよく、電気リード線１０４、１０
４′を介して電気を供給される電気接点８５、８５′
（図４）により付勢される。始動後、電気加熱素子７８
はもはや必要でない。その理由は、燃料が燃焼器５６の
排気端部６６から出る排気ガスにより蒸発されるからで
ある。これについては後に詳説する。好ましい電気加熱
素子７８は例えばＩＣエンジン排気ガスを処理するため
に使用される触媒コンバータの触媒をライトオフするの
に使用されるもののように商業的に入手できる触媒で被
覆されていない押出し成形の金属単一体抵抗素子を有す
る。
【００１６】タービュレータ区分Ｔの別の混合媒体ベッ
ド８０は電気加熱素子７８の上流側に位置する。混合媒
体８０は貫通蛇行経路を提供し、電気加熱素子７８に接
触する前の反応物を混合するための乱流を生じさせる。
加熱素子７８は混合媒体ベッド７６、８０間に位置する
均質化空間８２内に位置し、第２ステージの混合媒体７
６へ入る前に第１ステージの混合媒体８０から出た反応
物の混合を促進する役目を果たす。好ましくは、第１ス
テージの混合媒体は第２ステージの混合媒体７６より小
さな孔寸法を有する。タービュレータの適当な第１ステ
ージ混合媒体は１直線インチ当り約８０個の孔を備えた
孔プロフィールを有し、約０．３７５インチ（約９．５
３ｍｍ）の厚さを有するイトリア・ジリコニア・アルミ
ナでできたセラミックフォームで形成される。混合媒体
８０は更に、電気加熱素子７８又は下流側の触媒ベッド
により点火された燃料に起因する炎が混合媒体８０を通
過する前に反応物を混合させる混合室８４内へ逆伝播す
るのを抑制する炎捕獲器として作用する。
【００１７】燃料セル１６の陽極側から出たＨ2 含有陽
極流出物２０（図１）は混合媒体８０を収容したシェル
（殻体）９４を取り巻く環状プレナム８６を介して燃焼
器５６の入力端部６４へ入り、多孔性の金属ディスク８
８を通って混合室９２内に至る。ディスクは（例えば、
水で）冷却されていてもいなくてもよく、炎がプレナム
８６へ入るのを阻止する炎捕獲器としての機能を果たし
ながら、そこを通るＨ2 を拡散させる役目を果たす。好
ましくは、炎捕獲器８８は約４０ミクロンの孔寸法を有
し約０．０７８インチ（約１．９８ｍｍ）の厚さを有す
る焼結金属ディスクで構成される。燃料セル１６の陰極
側を出たＯ2 含有陰極流出物２２（図１）は導管９０を
介して燃焼器５６の入力端部６４へ入り、シェル９４に
より中央に形成された環状室９２内に渦を形成する。室
９２内では、渦となった陰極流出物が摘出され、炎捕獲
器８８を通る陽極流出物とある程度混合される。絶縁材
料６０、６２と同様の適当な絶縁材料９６は混合媒体８
０を収容したシェル９４内に位置する。シェル９４の前
縁９５とハウジング５８の端壁１００との間の狭い（即
ち、約３．０ｍｍの）環状ギャップ９８は、混合媒体８
０への玄関である入力室９７内へ移動する前に陰極流出
物と陽極流出物とのある程度の混合が室９２内で生じる
のを保証する。
【００１８】燃焼器５６の排気端部６６は、図示の実施
の形態では金属チューブのコイル１１０（図６）ででき
た熱交換器１０８を収容する室１０６を有する。熱交換
器１０８は燃焼器５６へ燃料補給される液体燃料を蒸発
させるために使用される。詳細には、通常の後始動状態
の下で、空気又は陰極流出物２２（図１）をコイル１１
０の入口端部１１４へ導入することができ、普通の自動
車の燃料インジェクタを介して入力端部１１４内へ散布
された液体燃料と混合される。空気伝達性の微粒化燃料
は加熱されたコイルのチューブ１１０の数個の巻き部分
を通り、そこで蒸発し、陰極流出物供給導管９０内に位
置した出口１１８で熱交換器１０８から出る。この蒸発
した燃料は燃料セル装置の遷移及び定常状態での要求を
満たす必要があるような燃焼器５６のための燃料として
陽極流出物２０（図１）を増補する。蒸発器のコイル１
１０は燃焼器の最小排気流量にて最大流量の燃料を蒸発
させるような寸法を有し、その全作動範囲にわたってＭ
ｅＯＨ／空気混合物の自動点火温度を越える温度で作動
するように構成される。しかし、コイル１１０を通って
流れる混合物の速度が入口ストリームの組成により変化
する混合物の最悪時の炎速度を大幅に越えることを保証
することにより、蒸発器内での自動点火が回避される。
大気圧での化学量論的混合物に対しては、この速度は毎
秒０．４８メートルとなる。触媒ベッド７０から出た高
温燃焼ガスは熱交換器のコイル１１０と接触し、内部即
ちコイル状のチューブ１１０を通って流れる流体を加熱
する。室１０６に連結されたパイプ１１２は改質器を加
熱する必要のない室１０６からの過剰な高温燃焼排気ガ
スをわきへ逸らせることができる。便宜的には、このよ
うにわきへ逸らされた過剰なガスは弁４２（図１）を介
してエキスパンダ３６へ分路することができる。
【００１９】本発明の燃料セル装置は次のように作動す
る。装置が冷たい状態から始動されるときの作動の開始
時に、（１）コンプレッサ２４（図１）が外部の源（例
えば、バッテリー）により付勢された電気モータによっ
て駆動され、必要な装置の空気を提供し；（２）空気が
管状熱交換器１１０の入力端部１１４並びに導管チュー
ブ９０内へ導入され；（３）液体燃料（例えば、ＭｅＯ
Ｈ）が燃料インジェクタ１１６を介して管状熱交換器１
１０の入力端部１１４内へ注入され、そこを流れる空気
と混合されて微細な液滴を形成し；（４）空気／ＭｅＯ
Ｈ液滴混合物が出口１１８において（この時点で冷えて
いる）コイル１１０から出て、導管９０内へ導入された
コンプレッサからの空気と混合され、次いで、燃焼器５
６の入力端部６４内の環状室９２内へ導入され；（５）
混合物がタービュレータ区分の第１の混合媒体ベッド８
０を通過し；（６）混合媒体ベッド８０を出た混合物が
均質化室８２内の加熱素子７８により加熱されて液滴を
蒸発させると共に混合物を加熱し；（７）次いで、予熱
された蒸気状の混合物が混合媒体ベッド７６へ入って、
ライトオフ触媒ベッド７４に接触する前に更なる緊密な
混合が行われ；（８）混合媒体ベッド７６を出たとき
に、混合物は、主要な触媒ベッド７０又は燃料の実質的
に完全な燃焼を行う燃焼器５６の反応区域に入る直前に
ライトオフ触媒ベッド７４上で酸化し始め；（９）触媒
ベッド７０から出た高温排気ガスが改質器２（図１）と
連携する熱交換器３０へ運ばれる。改質器の温度が改質
プロセスを行いこれを維持するのに十分な値まで上昇す
ると、（１）弁２６が回転して燃料セル１６（図１）の
陰極側へ空気を導き；（２）ＭｅＯＨ及び水が改質器２
へ送られて、改質反応を開始させ；（３）改質器２を出
た改質物が燃料セル１６の陽極側へ送られ；（４）燃料
セル１６からの陽極流出物２０が燃焼器５６のプレナム
８６内へ導かれ；（５）燃料セル１６からの陰極流出物
２２が燃焼器５６の環状室９２内へ導かれ；（６）空気
が管状の熱交換器１１０の入口１１４内へ導入され；
（７）液体メタノールがインジェクタ１１６により入口
１１４内へ散布され；（８）メタノール／空気混合物が
加熱された管状熱交換器１１０を通って循環して、Ｍｅ
ＯＨを蒸発させ；（９）空気／ＭｅＯＨ(v) 混合物が出
口１１８において熱交換器から出て、陰極流出物２２と
一緒に室９２内へ送られ、そこで、陰極流出物はプレナ
ム８６から炎捕獲器８８を通ってきた陽極流出物と混合
され；（１０）混合体が燃焼器のタービュレータ区分内
を通り、始動モードに関連して上記説明したように触媒
ベッド７０上で燃焼が行われる。通常の（即ち、後始動
の）作動状態中は、加熱素子７８は使用されず、熱交換
器のコイル１１０のみがＭｅＯＨを蒸発させ、ＭｅＯＨ
／空気混合物を予備加熱する。一定条件の下では、燃焼
器５６は、熱交換器１１０からの付加的なＭｅＯＨ燃料
を必要とせずに、陽極流出物及び陰極流出物のみで単独
に作動できる。このような状態の下では、インジェクタ
１１６を通るＭｅＯＨの注入は続行しない。他の条件
（例えば、増大するパワーの要求がある状態）の下で
は、インジェクタ１１６を介して燃焼器へ補助の燃料を
供給する。スタック燃料効率が増大し、陽極流出物２０
のＨ2 量及び陰極流出物２２のＯ2 量が減少するような
場合は、将来的に、一層多量の補助燃料が必要になるか
もしれない。
【００２０】以上、主として特定の実施の形態につき本
発明を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限
定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料セル装置の概略図である。
【図２】本発明に係る燃焼器の断面側面図である。
【図３】図２の３−３線における断面図である。
【図４】図２の４−４線における断面図である。
【図５】図２の５−５線における断面図である。
【図６】図２の熱交換器の斜視図である。
【符号の説明】
２ 改質器 １６ 燃料セル ２０ 陽極流出物 ２２ 陰極流出物 ２８、５６ 燃焼器 ５８ ハウジング ６４ 入力端部 ６６ 排気端部 ７０ 触媒ベッド ７６、８０ 混合媒体ベッド ７７、８１ 前面 ７９、８３ 後面 ８２ 均質化空間 ９７ 入力室 Ｔ タービュレータ区分

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （イ）Ｈ2 含有陽極流出物及びＯ2 含有
    陰極流出物を排出するＨ2／Ｏ2燃料セルのスタックと、
    （ロ）アルコール及び炭化水素からなるグループから選
    択された水素含有燃料を、上記セルへ燃料補給するため
    のＨ2 に変換する燃料改質器と、（ハ）上記燃料改質器
    を加熱する燃焼器とを主として有する燃料セル装置にお
    いて、 上記燃焼器が上記陽極流出物及び陰極流出物により燃料
    補給され、当該陽極流出物及び陰極流出物を一緒に受け
    取り、これらを混合させて燃焼可能な混合物を形成する
    入力室と、上記改質器へ高温燃焼排気ガスを流出させる
    排気出口と、上記入力室と上記排気出口との間に位置
    し、上記混合物を燃焼させて上記燃焼排気ガスを発生さ
    せる触媒ベッドと、当該入力室と上記触媒ベッドとの間
    に位置し、当該混合物が当該触媒ベッドに接触する前に
    該混合物の乱流混合を生じさせるタービュレータとを備
    えたハウジングを有し；上記タービュレータが少なくと
    も１つの多孔性ベッドを備え、上記多孔性ベッドが上記
    混合物を上記入力室から当該多孔性ベッド内へ流入させ
    るところの前面と、該多孔性ベッドから当該混合物を流
    出させるところの後面と、上記前面と上記後面との間に
    位置し、上記混合物内の上記流出物を緊密に混合させ、
    当該混合物を通過させる多数の蛇行経路チャンネルを形
    成する混合領域とを有することを特徴とする燃料セル装
    置。
  2. 【請求項２】 上記タービュレータが上記室と上記触媒
    ベッドとの間で直列に配置された第１及び第２の上記多
    孔性ベッドを有することを特徴とする請求項１に記載の
    装置。
  3. 【請求項３】 上記多孔性ベッドが異なる孔プロフィー
    ルを有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 流れの方向において、上記第１の多孔性
    ベッドが上記第２の多孔性ベッドよりも微細な孔プロフ
    ィールを有することを特徴とする請求項３に記載の装
    置。
  5. 【請求項５】 上記多孔性ベッドが開空間により互いに
    分離されていることを特徴とする請求項２に記載の装
    置。
  6. 【請求項６】 上記多孔性ベッドがスクリーンのスタッ
    クを有し、１つのスクリーンの開口が隣接するスクリー
    ンの開口からずれていて、当該多孔性ベッドを通る上記
    蛇行経路を提供することを特徴とする請求項１に記載の
    装置。
  7. 【請求項７】 上記多孔性ベッドがセラミック及び耐火
    金属からなるグループから選択された材料で作られるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の装置。
  8. 【請求項８】 上記材料が連続気泡フォームであること
    を特徴とする請求項１に記載の装置。
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