JPH04200737A - 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頁ガスに変える。

この燃料電池用改質装置には、触媒層を加熱する燃焼部
と、この燃焼部に燃料を気化して供給する気化器とが備
えられ、原料ガスを触媒層で反応させて得られる改頁ガ
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ｉ！！！！！］ところで、こ
のような燃料電池用改質装置の燃焼装置において、例え
ばメタノールを燃料とする場合等があるが、メタノール
は灯油等に比べ発熱量が半分であるため、多くの燃料を
気化させるためには多くの熱量が必要となる。しかし、
気化器の受熱部を大型化することは、燃焼部の多くの炎
を遮ることになり、燃焼装置としての効率を損ねる不具
合がある。

この発明はかかる点に鑑みてなされたもので、燃焼効率
を損ねることなく、多くの燃料気化量を確保することが
でき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。

［ｉＪ題を解決するための手段］ 前記ｉａａ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、原料ガスを前記触媒層で反応させて得
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、
前記気化器は前記燃焼部の上方に位置する受熱部と、前
記燃焼部と略同レベルに位置する吐出部と、この両者の
間をつなぐ連結部とより構成され、この連結部を前記燃
焼部のループの外周より内側に位置するように配置した
ことを特徴としている。

［作用］ この発明では、燃焼部がループ状に形成され、気化器の
連結部がこのループの外周より内側に位置している。こ
れで、燃焼部の内側が高温雰囲気になり、気化器の受熱
部具外の連結部においても、多くの熱を受けて燃料を気
化させることができ、燃焼部での燃焼効率が向上する。

［実施例コ 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。

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（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１２８にはファン２５がｔＪ）Ｈ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】６に送られる
。

加熱室】６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は供給パイプ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２６８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３６ａ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やそのリート線
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。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２７は第５図乃至第７図に示すように、上ゲ
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。この上ゲース４２の内側にはさらに支持金網４
７が設けられ、この支持金網４７でノズル金網４８を上
ゲース４２に支持しており、このノズル金網４８から燃
料ガスが吐出される。区画プレート４４のノズル金網４
８の位置に対応して下側通路４６と上側通路４５とを連
通する連通孔４９が形成されており、この連通孔４９は
最下流側の間隔を長くして燃料ガスが下側通路４６から
上側通路４５に供給されるようになっている。

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。

燃料電池用改頁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３
６′ａ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、連結パイプ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木と電気を発生し
、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。

このように、加熱部１７及び触媒層１３を加熱する水素
バーナ２６及び燃料バーナ２７の燃焼部２８はループ状
に形成されており、これで燃焼部２８の内側を高温雰囲
気にすることがで診る。そして、気化器３６の受熱部３
６ａは燃焼部２８の上方に位置し燃焼による炎から熱を
受けて燃料を気化させる。この気化された燃料ガスは連
結部３６ｃを通って吐出部３６ｂから燃料バーナ２７に
吐出されるが、この連結部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しており、気化器３
６の受熱部３６ａ以外の連結部３６Ｃにおいても、多く
の熱を受けることができ燃料が効果的に気化される。

また、気化器３６の連結部３６ｃを平面視で燃料バーナ
２７のループの外周より内側に位置させることで、燃料
バーナ２７の外側に気化器３６が突出することがなくな
り、装置がコンパクトになる。

さらに、気化器３６が高温部に位置するため、伝導及び
輻射による伝熱効果により、気化能力が高い、このため
、気化器３６をコンパクトにでき、さらに気化器３６全
体が周囲から加熱されるので保温効果があり、燃料が凝
縮しない。

また、気化器３６は第１図に示すように、その長手方向
が車両前後方向に配置されており、走行時の傾斜による
影響を少なくしている。

さらに、気化器３６の受熱部３６ａに例えばフィンを設
けてもよく、このフィンを設けることで受熱部３６ｇの
表面積を多くすることができ、その結果加熱効果を向上
させることができる。

また、燃料バーナ２７は気化器３６の受熱部３６ａが配
置される位置で燃料ガスの噴出口を増加させ、これによ
り火炎を強力にすることで、気化器３６側の受熱量を大
きくすると共に、燃焼バーナ２フ側としての炎をバラン
スさせて出力量を均等にさせることができる。

第８図はこの発明の燃焼装置の他の実施例の平面図、第
９図は第８刃のＩＸ−ＩＸ断面図である。

この実施例では、気化器３６の受熱部３６ａを略半分に
短縮し、水素バーナ２６及び燃料バーナ２７のｌａ１所
に橋渡したもので、連結部３６ｃに気化ヒータ４０を設
けている。気化器３６の受熱部３６ａを略半分に短縮す
ることで、水素バーナ２６及び燃料バーナ２７の炎を遮
断する部分を少なくしている。

第１０図はこの発明の燃焼装置のざらに他の実施例の平
面図、第１１図は第１０図の側面図である。

この実施例では、燃焼部６０がループ部の一部を切欠い
たＣ型に形成されており、気化器６１の連結部６１ａが
平面視でループの外周より内側に位置するように配置さ
れ、この切欠き部に気化器６１の連結部６１ａが位置し
、吐出部６１ｂから燃焼部６０へ燃料ガスが供給され、
受熱部６１ｃは燃焼部６０の上方に位置している。

第１２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。

この実施例では、独立した４個のバーナ７ｏ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７２ａ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７ｏの上方に位置している。

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
すると共に、気化器の連結部をループの外周より内側に
位置するように配置しており、燃焼部をループ状に形成
することで、燃焼部の内側を高温雰囲気にすることがで
き、しかも気化器の連結部が燃焼部のループの外周より
内側に位置している。従って、気化器の受熱部具外の連
結部においても、多くの熱を受けて燃料を気化させるこ
とができ、燃焼効率を損ねることなく多くの燃料気化量
を確保することが可能になる。

【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頁装
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ｍ　−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け
た状態の平面図、第６図はＮ５図を矢印方向から視た側
面図、第７図は第５図の■−■断面図、′ｔ％８図はこ
の発明の燃焼装置の他の実施例の平面図、第９図はｉｓ
図のＩＸ−ＥＸ断面図、第１０図はこの発明の燃焼装置
のさらに他の実施例の平面図、ｙ、ｓ１図は第１０図の
側面図、１＠１２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は燃料電池用改頁装置、１６は加熱
室、１７は加Ｉｌ！１１部、３６゜６１．７１は気化器
、３６ａ、６１ｃ、７１ｃは受熱部、３６ｂ、６１ｂ、
７１ｂは吐出部、３６ｃ、６１ａ、７＋ａは連結部、６
０．７０は燃焼部である。 第２図 第４図 １１５　　図 第６図 第７図 第１０図 ７−’　　６１ｅ１ １ｂ 第１１図 第１２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、前記燃焼部をループ状に形成す
   ると共に、前記気化器は前記燃焼部の上方に位置する受
   熱部と、前記燃焼部と略同レベルに位置する吐出部と、
   この両者の間をつなぐ連結部とより構成され、この連結
   部を前記燃焼部のループの外周より内側に位置するよう
   に配置したことを特徴とする燃料電池用改質装置の燃焼
   装置。