JPH04200736A - 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触媒層を加熱する燃焼部が
備えられ、この触媒層で原料ガスを反応させ、これで得
られる改質ガスを燃料電池へ供給するようになっている
。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、このような燃料電池用改質装置に用いられる
燃焼装置は例えば円筒状に形成され、この中央部に燃焼
空気を供給して燃料ガスを燃焼させるものがあるが、燃
焼空気が装置の中央部を吹き抜けることにより、燃焼状
態の悪化ひいては温度分布が不均一化することがあった
。

この発明はかかる点に鑑みてなされたもので、燃焼状態
が良好で、温度分布が均一な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、前記燃焼部をループ状に形成すると共に
、このループの内外両方に通ずる燃焼空気通路を設け、
さらにこの燃焼空気通路に燃焼空気を供給する空気供給
手段と前記燃焼部との間の所望の位置に、前記ループの
中央部を通過する燃焼空気を制限する制限手段を設けた
ことを特徴としている。

［作用コ この発明では、燃焼部をループ状に形成して、このルー
プの内外両方に通ずる燃焼空気通路を設け、さらにルー
プの中央部を通過する燃焼空気を制限手段で制限する。

この制限手段によって、燃焼部のループの中央部を燃料
空気が通過する吹き抜は量を減らすことができ、その分
ループの外側にも燃焼空気が導かれるので、燃焼空気の
供給がより均一化され、燃焼が安定化すると共に、温度
分布も均一となる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を添付図面に基づし１で詳細に
説明する。

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　−Ｉ１１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が配されてし八る。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。

この燃料電池用改質装置は第２図乃至第７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】３に連通されている。バイブ１９
にはスリット＋９ａ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（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、制御
装置８に駆り電圧を与えている。

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、燃焼空気
である二次空気が開口部１２ａから強制的に加熱室１６
に送られ、これらが燃焼空気を加熱室１６に供給する空
気供給手段Ａを構成している。

加Ｐ室１６には水素バーナ２６及び燃料バーナ２７から
なる燃焼部２８が配置され、この燃焼部２８はループ状
になっている。水素バーナ２６及び燃料バーナ２７は同
心円状に配置されており、これで加熱室１６に燃焼部２
８のループの内側と外側に通ずる燃焼空気通路Ｂが設け
られる。

燃料バーナ２７はその内側の対向位置には取付部２７ａ
、２７ｂが突出して形成され、また外側にも取付部２７
ｃが突出して形成されており、このそれぞれの取付部２
７ａ〜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。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
ており、これでループの中央部を通過する二次空気を制
限する制限手段Ｃを構成している。即ち、金網３３で燃
焼空気通路Ｂを構成する中央通路３４から二次空気の吹
抜は量を軽減することができ、これで二次空気を外周通
路３５にも分配でき、二次空気の供給がより均一化され
、燃焼が安定化すると共に、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草が向上する。

ざらに、金網３３で気化器３６へ伝熱するので、液化防
止効果もある。

燃料バーナ２７の内側に設けられた金網３３は燃料バー
ナ２７の内側全体に設けられているが、内側の一部に設
けてもよく、また金網３３は二重或いは三重のものでも
よい、ざらに、金網に限定されず、例えば多数の孔を有
するセラミック板で形成することもでき、この場合は燃
焼空気を通過させ、伝熱作用は少ないが遮熱作用が大き
く熱を外部に逃がし難い。

また、金網３３は燃料バーナ２７に設けられているが水
素バーナ２６が配置される位置等に配置してもよく、燃
焼空気通路Ｂに燃焼空気を供給する空気供給手段Ａと燃
焼部２８との間の所望の位置に設けることができる。

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筒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２
７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３６
ｂ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３８ａには供給バイブ３７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２ｙＭ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２７での発熱量が小さいとぎに駆動され、この
ときの温度レベルを検知すると−夕制御スイッチ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４】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６ 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ｇｆＳ２７ｄはラッパ
状にして絞り部２７ｅが形成されている。これで、気化
器３６の吐出部３６ｂと燃料バーナ２７の供給口部２７
ｄ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。

この気化器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２７は′ｉ！％５図乃至第７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４
４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ｗ４
４８を上ケース４２に支持しており、このノズル金網４
８から燃料ガスが吐出される。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とを連通する連通孔４９が形成されている。

この燃料バーナ２７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、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Ｆ坑装置では、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２７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１９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８図はこの発明の燃焼装置のざらに他の実施例の平面
図である。

この実施例では、独立した４個のバーナ７０をループ状
に配置し、これで燃焼部７１がループ状に形成されてい
る。気化器７２の連結部７２８が平面視でループ状の外
周より内側に位置するように配置され、気化器７２の吐
出部７２ｂがバーナ７０に連結され、受熱部７２ｃがバ
ーナ７０の上方に位置している。この独立した４個のバ
ーナ７０をループ状に配置して形成された燃焼部７１で
ループの内外両方に通ずる燃焼空気通路を設けており、
そのループの中央部を通過する燃焼空気を制限する金網
８０が設けられている。

なお、燃焼部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、燃焼部をループ状に形成
して、このループの内外両方に通ずる燃焼空気通路を設
け、さらにループの中央部を通過する燃焼空気を制限手
段で制限するから、この制限手段によフて燃焼部のルー
プの中央部を燃料空気が通過する吹抜は量を減らすこと
ができ、その分ループの外側にも燃焼空気が導かれるの
で、燃焼空気の供給がより均一化され、燃焼が安定化す
ると共に、温度分布も均一となる。

【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、第５図は燃料バーナと気化器の組
付ζすた状態の平面図、第６図は第５図を矢印方向から
視た側面図、第７図は纂５図の■−■断面図、第８図は
この発明の燃焼装置のさらに他の実施例の平面図である
。 図中符号Ａは空気供給手段、Ｂは燃焼空気通路、Ｃは制
限手段、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は気化器、３６ａは受熱部、３
６ｂは吐出部、３６ｃは連結部である。 特　許　出　願　人　　　ヤマハ発動機株式会社代理人
弁理士　　　鶴　若　俊　維 第５図 第６図 第７図 第８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、前記燃焼部をループ状に形
   成すると共に、このループの内外両方に通ずる燃焼空気
   通路を設け、さらにこの燃焼空気通路に燃焼空気を供給
   する空気供給手段と前記燃焼部との間の所望の位置に、
   前記ループの中央部を通過する燃焼空気を制限する制限
   手段を設けたことを特徴とする燃料電池用改質装置の燃
   焼装置。