JP3663983B2 - 触媒燃焼器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料改質装置などに用いられる触媒燃焼器に関し、特に短時間で活性温度まで昇温できる触媒燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電解質層を挟んで配置された一対の電極の陰極側に水素含有ガスを供給するとともに、陽極側に酸素含有ガスを供給することにより、両電極で起きる電気化学反応を利用して起電力を得る燃料電池が知られている。こうした燃料電池には、通常、酸素含有ガスとして空気が用いられ、水素含有ガスとして炭化水素（たとえば、メタノール）を水蒸気改質することにより生成される二酸化炭素と水素との混合ガスが用いられる。
【０００３】
ところで、水素含有ガスを生成するメタノールの水蒸気改質反応では、液体であるメタノールと水とをそのまま燃料改質器内へ供給するのではなく、これらを予め気化させた状態で供給する必要があるため、既述の燃料電池を有する燃料電池システム内にはメタノールおよび水を気化させるための蒸発器（熱交換器）が設けられている。
【０００４】
この種の蒸発器は、燃料電池システムを起動した際に即座に昇温できるものではなく、気化温度に達するまでにはある程度の暖機運転を必要とする。すなわち、改質器内に供給すべきメタノールガスおよび水蒸気は、システムを起動してから少しの時間をおいて生成される。したがって、燃料電池システムの起動時間の短縮化を図るために、蒸発器を急速に昇温させることが望まれている。
【０００５】
一方、燃料改質器内で進行するメタノールの水蒸気改質反応は、メタノールガスおよび水蒸気の供給を受けて、メタノールガスの分解反応（ＣＨ３ ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ２ −９０．０kJ/mol）と、一酸化炭素の変成反応（ＣＯ＋Ｈ２ Ｏ→ＣＯ２ ＋Ｈ２ ＋４０．５kJ/mol）とを同時進行させて、全体反応（ＣＨ３ ＯＨ＋Ｈ２ Ｏ→３Ｈ２ ＋ＣＯ２ −４９．５kJ/mol）としては二酸化炭素と水素との混合ガスである水素含有ガスが生成されるものであるが、この反応は全体として吸熱反応であるため、システム起動時には可能な限り急速に燃料改質器を昇温させる必要があり、またこの吸熱反応を連続して進行させるためには、燃料改質器を連続して加熱しておく必要がある。したがって、燃料電池システムを起動した時に燃料改質器を急速に昇温でき、しかも連続して燃料改質器を加熱できる装置を別途用意しておくことも望まれている。
【０００６】
上述した蒸発器や燃料改質器を急昇温できるものとして、たとえば特開平７−７８６２３号公報に開示された起動時の昇温方法が知られている。
これは、不活性ガスを燃料電池の陰極側で循環させながら起動用加熱器により間接的に加熱し、この加熱された不活性ガスの一部を燃料改質器の燃焼触媒に導いて触媒燃焼が可能な温度まで加熱し、次いで燃料改質器および燃料電池を介して燃料ガスを燃料改質器の燃焼室に供給し、かつ燃料電池を介して空気を燃料改質器の燃焼室に供給し、改質室にて改質反応が可能な温度まで燃焼室を昇温させるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報記載の技術では、不活性ガスを間接的に加熱して燃料改質器を昇温させるので、急速に改質器を昇温させることが困難であり、燃料電池システムの起動時間を短縮化するにも限界があった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、燃料電池システムに用いられる蒸発器や燃料改質器などの種々の機器を急速に昇温させることが可能で、全体としての燃料電池システムの起動時間を短縮することができる触媒燃焼器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の触媒燃焼器は、入口と出口とを有し内部流路が複数のハニカム状流路とされた燃焼触媒部と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられた加熱部とを備えた触媒燃焼器において、前記燃焼触媒部の入口側の流路を画する入口隔壁と、前記燃焼触媒部の出口側の流路を画する出口隔壁と、前記入口隔壁および出口隔壁により前記燃焼触媒部の内部に形成された少なくとも３つの流路と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられ前記入口側流路の一部を開閉する入口制御弁と、前記燃焼触媒部の出口側に設けられ前記出口側流路の一部を開閉する出口制御弁と、を備え、前記入口制御弁が第２の流路および第３の流路を閉塞するとともに、前記出口制御弁が第１の流路及び第２の流路を閉塞する始動モードを有し、前記入口隔壁および前記出口隔壁のそれぞれは、前記入口隔壁の内径よりも前記出口隔壁の内径が大きい円筒状に形成され、前記始動モードにおいて、前記入口制御弁は前記入口隔壁の外側を閉塞するとともに、前記出口制御弁は前記出口隔壁の内側を閉塞することを特徴とする（第 1 実施形態、図２および図３参照）。
【００１０】
また、上記目的を達成するために、請求項２記載の触媒燃焼器は、入口と出口とを有し内部流路が複数のハニカム状流路とされた燃焼触媒部と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられた加熱部とを備えた触媒燃焼器において、前記燃焼触媒部の入口側の流路を画する入口隔壁と、前記燃焼触媒部の出口側の流路を画する出口隔壁と、前記入口隔壁および出口隔壁により前記燃焼触媒部の内部に形成された少なくとも３つの流路と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられ前記入口側流路の一部を開閉する入口制御弁と、前記燃焼触媒部の出口側に設けられ前記出口側流路の一部を開閉する出口制御弁と、を備え、前記入口制御弁が第２の流路および第３の流路を閉塞するとともに、前記出口制御弁が第１の流路及び第２の流路を閉塞する始動モードを有し、前記入口隔壁および前記出口隔壁のそれぞれは、前記入口隔壁の内径よりも前記出口隔壁の内径が小さい円筒状に形成され、前記始動モードにおいて、前記入口制御弁は前記入口隔壁の内側を閉塞するとともに、前記出口制御弁は前記出口隔壁の外側を閉塞することを特徴とする（第２実施形態、図５および図６参照）。
【００１１】
また、上記目的を達成するために、請求項３記載の触媒燃焼器は、入口と出口とを有し内部流路が複数のハニカム状流路とされた燃焼触媒部と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられた加熱部とを備えた触媒燃焼器において、前記燃焼触媒部の入口側の流路を画する入口隔壁と、前記燃焼触媒部の出口側の流路を画する出口隔壁と、前記入口隔壁および出口隔壁により前記燃焼触媒部の内部に形成された少なくとも３つの流路と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられ前記入口側流路の一部を開閉する入口制御弁と、前記燃焼触媒部の出口側に設けられ前記出口側流路の一部を開閉する出口制御弁と、を備え、前記入口制御弁が第２の流路および第３の流路を閉塞するとともに、前記出口制御弁が第１の流路及び第２の流路を閉塞する始動モードを有し、前記入口隔壁および前記出口隔壁のそれぞれは、前記入口隔壁の設置間隔よりも前記出口隔壁の設置間隔が広い２枚の板状に形成され、前記始動モードにおいて、前記入口制御弁は前記入口隔壁の外側を閉塞するとともに、前記出口制御弁は前記出口隔壁の内側を閉塞することを特徴とする（第３実施形態、図７及び図８参照）。
【００１２】
また、上記目的を達成するために、請求項４記載の触媒燃焼器は、入口と出口とを有し内部流路が複数のハニカム状流路とされた燃焼触媒部と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられた加熱部とを備えた触媒燃焼器において、前記燃焼触媒部の入口側の流路を画する入口隔壁と、前記燃焼触媒部の出口側の流路を画する出口隔壁と、前記入口隔壁および出口隔壁により前記燃焼触媒部の内部に形成された少なくとも３つの流路と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられ前記入口側流路の一部を開閉する入口制御弁と、前記燃焼触媒部の出口側に設けられ前記出口側流路の一部を開閉する出口制御弁と、を備え、前記入口制御弁が第２の流路および第３の流路を閉塞するとともに、前記出口制御弁が第１の流路及び第２の流路を閉塞する始動モードを有し、前記入口隔壁および前記出口隔壁のそれぞれは、前記入口隔壁の設置間隔よりも前記出口隔壁の設置間隔が狭い２枚の板状に形成され、前記始動モードにおいて、前記入口制御弁は前記入口隔壁の内側を閉塞するとともに、前記出口制御弁は前記出口隔壁の外側を閉塞することを特徴とする（第４実施形態、図９および図１０参照）。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、請求項５記載の触媒燃焼器は、入口と出口とを有し内部流路が複数のハニカム状流路とされた燃焼触媒部と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられた加熱部とを備えた触媒燃焼器において、前記燃焼触媒部の入口側の流路を画する入口隔壁と、前記燃焼触媒部の出口側の流路を画する出口隔壁と、前記入口隔壁および出口隔壁により前記燃焼触媒部の内部に形成された少なくとも３つの流路と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられ前記入口側流路の一部を開閉する入口制御弁と、前記燃焼触媒部の出口側に設けられ前記出口側流路の一部を開閉する出口制御弁と、を備え、前記入口制御弁が第２の流路および第３の流路を閉塞するとともに、前記出口制御弁が第１の流路及び第２の流路を閉塞する始動モードを有し、前記入口隔壁および前記出口隔壁のそれぞれは、互いに異なる方向に延在する１枚の板状に形成され、前記入口隔壁と前記出口隔壁とは交差しており、前記始動モードにおいて、前記入口制御弁は、前記入口隔壁により画された前記燃焼触媒部の入口側の流路のうちの片側の流路を閉塞し、前記出口制御弁は、前記出口隔壁により画された前記燃焼触媒部の出口側の流路のうちの片側の流路を閉塞することを特徴とする（第６実施形態、図１３乃至図１５参照）。
【００１５】
さらに、請求項６記載の触媒燃焼器のように、前記入口制御弁および出口制御弁が、第１の流路、第２の流路および第３の流路を開放する定常運転モードを有することが好ましい。
【００１６】
これら請求項１乃至６記載の発明では、始動モードにおいては、ハニカム状の燃焼触媒部の入口のうちの第２および第３の流路を入口制御弁により閉塞し、第１の流路のみを局所的に開放する。そして、加熱器により加熱した酸素含有ガス（空気）をこの開口された第１の流路から燃焼触媒部内に導入して、燃焼触媒部の一部（第１の流路）を加熱して活性可能な温度にまで昇温させる。
【００１７】
このとき、燃焼触媒部内の第１の流路を入口側から出口側に向けて流下した加熱ガスは、燃焼触媒部の出口側において出口隔壁及び出口制御弁により流路が制限されるため、燃焼触媒部内の第２の流路を出口側から入口側に向けて逆流する。さらに、燃焼触媒部の入口側では、入口隔壁および入口制御弁により流路が制限されるため、この加熱ガスは、燃焼触媒部内の第３の流路を入口側から出口側に向かって流下したのち排出される。
【００１８】
これにより、燃焼触媒部は短時間で全体的かつ均一に昇温することになる。加熱ガスにメタノールガスなどの燃焼用ガスを混合させたメタノール混合気を供給する際にも同様なルートで流通するので、同様に燃焼触媒部を短時間で全体的かつ均一に昇温し、さらにメタノール混合気の流路（通過長）が、燃焼触媒部の長さよりも実質的に長くなって通過触媒量を多くできるため、未燃メタノールの低減を図ることができる。
【００１９】
また、請求項１記載の発明では、入口隔壁の内径を小さくすることで第１の流路を小径の円形状としているため、燃焼触媒部を短時間で全体的かつ均一に昇温できることに加え、加熱器を小型化及び小消費電力化することができる。
【００２０】
請求項２記載の発明では、第１の流路が燃焼触媒部の外周部となり、第３の流路が燃焼触媒部の中心部となるため、従来放熱領域あった外周部を保温することができる。その結果、燃焼触媒部の中心領域からの放熱が低減されるので、燃焼触媒部をより短時間で昇温でき、全体的かつ均一に昇温することができる。
【００２１】
請求項３記載の発明では、入口隔壁および出口隔壁のそれぞれが２枚の板材で構成され、第１の流路が燃焼触媒部の中心部に開口するため、加熱器を小型化および小消費電力化できるとともに、比較的簡素な構成で燃焼触媒部を短時間で全体的かつ均一的に昇温することができる。
【００２２】
請求項４記載の発明では、入口隔壁および出口隔壁のそれぞれが２枚の板材で構成され、第１の流路が燃焼触媒部の外周部に開口するため、従来放熱部であった外周部を保温できることにより、燃焼触媒部の中心部からの放熱が低減され、その結果、より短時間で昇温させることができ、しかも比較的簡素な構成で燃焼触媒部を全体的かつ均一的に昇温することができる。
【００２４】
請求項５記載の発明では、入口隔壁および出口隔壁をそれぞれ１枚の板材で構成し、かつ取付方向を互いに異ならせることにより、第１の流路を第２の流路に通じる部位と出口に開口する部位とに分けて形成することができる。
【００２５】
したがって、加熱ガスの一部を第２の流路に循環させる一方で、加熱ガスの残部をそのまま出口に排出することで、燃焼触媒部の後流側に設置される、たとえば蒸発器等の機器を昇温させて、燃料改質システムの始動を短時間で行うことができる。
【００２６】
上記発明においては特に限定されないが、請求項７記載の触媒燃焼器では、前記第１の流路、前記第２の流路および前記第３の流路は、その断面積が等しいか又はこの順に徐々に大きくなるように形成されていることを特徴とする（図４参照）。
【００２７】
この請求項７記載の発明では、第１の流路、第２の流路および第３の流路の断面積を同等あるいは徐々に大きくしているので、この順序でガスが流下する際に各流路の流通抵抗を同等またはそれ以下にでき、加熱空気およびメタノール混合気の流通を速やかに行うことができる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１乃至６記載の発明によれば、加熱ガスやメタノールガスなどの燃焼用ガスを混合させたメタノール混合気を供給する際に、燃焼触媒部を短時間で全体的かつ均一に昇温することができる。また、メタノール混合気の流路（通過長）が、燃焼触媒部の長さよりも実質的に長くなって通過触媒量を多くできるため、未燃メタノールの低減を図ることができる。
【００３０】
これに加えて、請求項７記載の発明によれば、各流路の流通抵抗を同等またはそれ以下にでき、加熱空気およびメタノール混合気の流通を速やかに行うことができる。
【００３１】
また、請求項１記載の発明によれば、燃焼触媒部を短時間で全体的かつ均一に昇温できることに加え、加熱器を小型化及び小消費電力化することができる。
【００３２】
請求項２記載の発明によれば、燃焼触媒部の中心領域からの放熱が低減されるので、燃焼触媒部をより短時間で昇温でき、全体的かつ均一に昇温することができる。
【００３３】
請求項３記載の発明によれば、加熱器を小型化および小消費電力化できるとともに、比較的簡素な構成で燃焼触媒部を短時間で全体的かつ均一的に昇温することができる。
【００３４】
請求項４記載の発明によれば、燃焼触媒部の中心部からの放熱が低減されるので、より短時間で昇温させることができ、しかも比較的簡素な構成で燃焼触媒部を全体的かつ均一的に昇温することができる。
【００３６】
請求項５記載の発明によれば、加熱ガスの一部を第２の流路に循環させる一方で、加熱ガスの残部をそのまま出口に排出することができるので、燃焼触媒部の後流側に設置される、たとえば蒸発器等の機器を昇温させて、燃料改質システムの始動を短時間で行うことができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
第１実施形態
まず、本発明の触媒燃焼器が適用される燃料電池システムの概要を説明する。図１は本発明の触媒燃焼器が適用される燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【００３８】
本実施形態の燃料電池システム２は、図１に示すように、電気化学反応により起電力を得る燃料電池４と、圧縮空気（酸素含有ガス）を供給するコンプレッサ６と、改質反応により水素含有ガスを生成する改質器８と、メタノールを貯留するメタノールタンク１４と、水を貯留する水タンク１５と、触媒燃焼器２０とを有する。
【００３９】
燃料電池４は、電解質４２を挟んで対電極４４，４６が設けられており、その陽極４６側には配管１０を介してコンプレッサ６からの圧縮空気が供給され、陰極４４側には配管１２を介して改質器８からの水素含有ガスが供給される。
【００４０】
コンプレッサ６は、外気等を取り入れてこれを２ｋｇ／ｃｍ２ 程度まで圧縮して燃料電池４に供給するが、その型式は特に限定されない。なお、燃料電池４に供給される空気は８０〜８５°Ｃの温度が好ましいが、コンプレッサ６で圧縮された空気は約１７０°Ｃとなっているので、これを上記温度範囲まで冷却するためにコンプレッサ６と燃料電池４との間の配管１０中に図示省略するインタークーラを設けることが好ましい。インタークーラとしては、水冷式や空冷式などが例示される。
【００４１】
改質器８は、たとえばメタノール（改質原料）と水蒸気と空気（酸素含有ガス）とを混合して、メタノールの水蒸気改質反応と酸化反応とによって水素リッチガスとするものであるが、本実施形態では水蒸気反応（吸熱反応）で必要とされる熱量を、酸化反応（発熱反応）により生じた熱量で賄うことで、別途の加熱器を省略あるいは小能力化できる、いわゆるオートサーマル型改質器が採用されている。ただし、水蒸気改質反応のみによって水素リッチガスを生成する水蒸気改質型改質器であっても良い。
【００４２】
改質原料としてのメタノールは、メタノールタンク１４に収容され、メタノールポンプ１６によって、後述する触媒燃焼器２０の下流側に接続された熱交換部２６へ送られ、ここで気化される。また、水蒸気は、水タンク１５に収納された水が、水ポンプ１７によって熱交換部２６に送られ、ここで気化されて水蒸気とされる。これらメタノールガスと水蒸気との混合燃料ガスは、改質器８の入口８２に送られ、空気はコンプレッサ６から配管１１を介して供給される。なお、図中の符号「８４」は改質器８の出口である。
【００４３】
改質器８におけるメタノールの水蒸気改質反応においては、メタノールおよび水蒸気の供給を受けて、下記式に示すメタノールの分解反応と一酸化炭素の変成反応とを同時進行させて水素と二酸化炭素とを含有する改質ガスを生成する。
【００４４】
【化１】
分解反応：ＣＨ３ ＯＨ →ＣＯ ＋２Ｈ２ −９０．０（kJ/mol）
変成反応：ＣＯ ＋Ｈ２ Ｏ→ＣＯ２ ＋ Ｈ２ ＋４０．５（kJ/mol）
全体反応：ＣＨ３ ＯＨ＋Ｈ２ Ｏ→ＣＯ２ ＋３Ｈ２ −４９．５（kJ/mol）
一方、メタノールの酸化反応では、メタノールおよび空気の供給を受けて下記式に示す酸化反応により水素と二酸化炭素を含有する改質ガスを生成する。
【００４５】
【化２】
酸化反応：ＣＨ３ ＯＨ＋１／２Ｏ２ →２Ｈ２ ＋ＣＯ２ ＋１８９．５（kJ/mol）
なお、改質器８から燃料電池４の陰極４４側へ供給される水素含有ガス中に一酸化炭素が含まれていると燃料電池４が被毒するため、改質器８と燃料電池４との間の配管１２中に、図示省略してある一酸化炭素の含有量を低減させる一酸化炭素低減装置を設けておくことが好ましい。この一酸化炭素低減装置は、改質器８で得られた改質ガス中の未反応の一酸化炭素と水とを、同じ変成反応（ＣＯ＋Ｈ２ Ｏ→ＣＯ２ ＋Ｈ２ ）により水素と二酸化炭素とに変成して水素含有量の多い水素含有ガスを生成するシフト器や、さらにこのシフト器を通過した改質ガスに含まれた一酸化炭素を選択酸化して（ＣＯ＋１／２Ｏ２ →ＣＯ２ ）、二酸化炭素とする選択酸化器などが含まれる。
【００４６】
次に、本発明の触媒燃焼器の構成を説明する。
第１実施形態
図２および図３は本発明の触媒燃焼器の第１実施形態を示す断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。なお、図２は始動モードの状態を示し、図３は定常運転モードを示す。また、図４は燃焼触媒部の第１乃至第３の流路の断面積の関係の一例を示す斜視図である。
【００４７】
触媒燃焼器２０は、図１に示すコンプレッサ６および配管１３を通じて導入される空気を加熱するための、たとえば電気ヒータなどにより構成される加熱部２２と、この加熱部２２の下流側に接続されたミキサー２８と、このミキサー２８の下流側に接続された燃焼触媒部２４とを有している。
【００４８】
加熱器２２には、上述したコンプレッサ６からの空気の他に、図１に示すメタノールタンク１４からのメタノールが、配管３５およびメタノール気化器３２を介して燃焼用燃料として供給される。
【００４９】
また、ミキサー２８には、図１に示すように燃料電池４から排出される酸化排ガスおよび水素含有排ガスが、配管３１，３３を介して導入されて混合されたのち、燃焼触媒部２４にて燃焼される。
【００５０】
本実施形態の燃焼触媒部２４は、いわゆるハニカム型燃焼触媒器であって、全体が円筒状に形成され、入口２４１および出口２４２との間のセルが多数のハニカム状流路とされている。このハニカム状流路の内面に触媒が塗布されている。
【００５１】
図２に示すように、特に本実施形態の燃焼触媒部２４の入口２４１側には、燃焼触媒部２４本体と同心円状の入口隔壁２４３が取り付けられ、出口２４２側には、同じく燃焼触媒部２４本体と同心円状であって入口隔壁２４３の内径よりも大きい内径の出口隔壁２４４が取り付けられている。これら、入口隔壁２４３および出口隔壁２４４は、触媒燃焼器２０を通過するガスの流通抵抗とならない程度の薄板で構成することが望ましい。
【００５２】
さらに本実施形態では、入口隔壁２４３により画された外側の流路を開閉するための入口制御弁２４５と、出口隔壁２４４により画された内側の流路を開閉するための出口制御弁２４６とが設けられている。これら入口制御弁２４５および出口制御弁２４６は、それぞれアクチュエータ２４７により開閉動作されるようになっている。なお、図２は入口制御弁２４５および出口制御弁２４６が閉じた状態を示し、図３は両制御弁２４５，２４６が開いた状態を示す。
【００５３】
ちなみに、上述した第１乃至第３の流路Ｓ１〜Ｓ３は、図４に示すように、それぞれの断面積が等しいか、あるいはこの順序で大きくなるように形成されている。
【００５４】
次に作用を説明する。
図１に示す改質器８の始動時においては、図２に示すように入口制御弁２４および出口制御弁２４６の何れも閉とし、入口隔壁２４５の外側を閉塞するとともに、出口隔壁２４４の内側を閉塞する。
【００５５】
この状態で加熱器２２により加熱された空気を導入すると、この空気は、入口隔壁２４５の内側から燃焼触媒部２４内のハニカム状セルに導入され、下流へと流れる。この流路を第１の流路Ｓ１と称する。
【００５６】
燃焼触媒部２４の出口２４２では、出口隔壁２４４の内側が出口制御弁２４６で閉塞されているので、第１の流路Ｓ１を流れてきた空気は、出口隔壁２４４の内側と第１の流路Ｓ１の外側のセルとで画されるハニカム状セルを通って、燃焼触媒部２４の下流から上流側へ逆流する。この流路を第２の流路Ｓ２と称する。
【００５７】
さらに燃焼触媒部２４の入口２４１では、入口制御弁２４５により入口隔壁２４３の外側が閉塞されているため、第２の流路Ｓ２を逆流してきた空気は、入口隔壁２４３の外側と第２の流路Ｓ２の外側のセルとで構成されるハニカム状セルを上流から下流へ通過したのち排出される。この流路を第３の流路Ｓ３と称する。
【００５８】
なお、こうした加熱空気により、少なくとも燃焼触媒部２４の第１の流路Ｓ１が活性可能な温度まで昇温した時点で、メタノール混合気を同様の順路で流通させ、これにより、メタノール混合気を燃焼させて燃焼触媒部２４全体を昇温する。
【００５９】
このように、本実施形態では、始動時において、加熱器２２により加熱された空気を第１の流路Ｓ１にのみ導入し、この第１の流路Ｓ１のセルを加熱して活性可能な温度まで昇温させるので、流通させる空気量を低減することができ、加熱器２２の小型化および小消費電力化を図ることができる。さらに、加熱空気は、第１の流路Ｓ１→第２の流路Ｓ２→第３の流路Ｓ３というように、燃焼触媒部２４の内部を循環するので、燃焼触媒部２４の昇温に際し加熱空気の熱量を有効に活用することができる。
【００６０】
また、その後にメタノール混合気を流通させる際には、少なくとも第１の流路Ｓ１のセルは活性可能な温度にまで昇温しているので、メタノールは燃焼し、これにより発生する熱によって下流のセルや周囲のセルを急速に昇温することができる。しかも、メタノール混合気も燃焼触媒部２４を第１の流路Ｓ１→第２の流路Ｓ２→第３の流路Ｓ３というように循環するので、たとえば第１の流路Ｓ１で燃焼しなかった未燃メタノールも、第２の流路Ｓ２または第３の流路Ｓ３で燃焼させることができ、未燃メタノールの排出量を低減することができる。
【００６１】
また、第１の流路Ｓ１から第３の流路Ｓ３までガスが流下する際に、本実施形態ではこれらの流路Ｓ１〜Ｓ３の流路断面積が図４に示す関係とされているので、流路に沿った流通抵抗が増加することがなく、円滑に流通することになる。
【００６２】
こうして始動状態が終了すると、図３に示すように入口制御弁２４および出口制御弁２４６の何れも開とし、入口隔壁２４５の外側を開放するとともに、出口隔壁２４４の内側も開放する。これにより、加熱器２２により加熱されたメタノール混合ガスは、第１乃至第３の流路Ｓ１〜Ｓ３の全てのハニカム状セルに導入され、そのまま出口へと流れる。
【００６３】
このように、入口隔壁２４３および出口隔壁２４４はガスの流れと平行になり、しかも、入口制御弁２４５および出口制御弁２４６は板状であるため、改質器８の始動が終了して定常運転に移行した後においても、入口制御弁２４５および出口制御弁２４６を開にしてガスの流れと平行にすることにより、燃焼触媒部２４は入口２４１の全面が開口され、燃料電池４からのアノード排ガスやカソード排ガスを有効に燃焼させることができる。
【００６４】
第２実施形態
図５および図６は本発明の触媒燃焼器の第２実施形態を示す断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。なお、図５は始動モードの状態を示し、図６は定常運転モードを示す。
【００６５】
本実施形態では、上述した第１実施形態と同様に、燃焼触媒部２４の入口２４１側には、燃焼触媒部２４本体と同心円状の入口隔壁２４３が取り付けられ、出口２４２側には、同じく燃焼触媒部２４本体と同心円状の出口隔壁２４４が取り付けられているが、出口隔壁２４４の内径が入口隔壁２４３の内径よりも小さくされている。また、入口隔壁２４３により画された内側の流路を開閉するための入口制御弁２４５と、出口隔壁２４４により画された外側の流路を開閉するための出口制御弁２４６とが設けられている。
【００６６】
本実施形態でも、改質器８の始動時においては、図５に示すように入口制御弁２４および出口制御弁２４６の何れも閉とし、入口隔壁２４５の内側を閉塞するとともに、出口隔壁２４４の外側を閉塞する。
【００６７】
この状態で加熱器２２により加熱された空気を導入すると、この空気は、入口隔壁２４５の外側から燃焼触媒部２４内のハニカム状セルに導入され、下流へと流れる。この流路が第１の流路Ｓ１となる。
【００６８】
燃焼触媒部２４の出口２４２では、出口隔壁２４４の外側が出口制御弁２４６で閉塞されているので、第１の流路Ｓ１を流れてきた空気は、出口隔壁２４４の外側と第１の流路Ｓ１の内側のセルとで画されるハニカム状セルを通って、燃焼触媒部２４の下流から上流側へ逆流する。この流路が第２の流路Ｓ２となる。
【００６９】
さらに燃焼触媒部２４の入口２４１では、入口制御弁２４５により入口隔壁２４３の内側が閉塞されているため、第２の流路Ｓ２を逆流してきた空気は、入口隔壁２４３の内側と第２の流路Ｓ２の内側のセルとで構成されるハニカム状セルを上流から下流へ通過したのち排出される。この流路が第３の流路Ｓ３となる。
【００７０】
なお、本実施形態でも、こうした加熱空気により、少なくとも燃焼触媒部２４の第１の流路Ｓ１が活性可能な温度まで昇温した時点で、メタノール混合気を同様の順路で流通させ、これにより、メタノール混合気を燃焼させて燃焼触媒部２４全体を昇温する。
【００７１】
特に本実施形態では、上述した第１実施形態の作用効果に加えて、入口隔壁２４３の内側を閉塞し、かつ出口隔壁２４４の外側を閉塞することにより、第１の流路Ｓ１が燃焼触媒部２４の外周部に形成されるので、燃焼触媒部２４は外周部から昇温され、その結果、中心部の放熱が低減することとなって、より短時間で全体的かつ均一的に昇温させることができる。
【００７２】
第３実施形態
図７および図８は本発明の触媒燃焼器の第３実施形態を示す断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。なお、図７は始動モードの状態を示し、図８は定常運転モードを示す。
【００７３】
本実施形態では、上述した第１実施形態と同様に、燃焼触媒部２４の入口２４１側には入口隔壁２４３が取り付けられ、出口２４２側には出口隔壁２４４が取り付けられているが、両隔壁２４３，２４４ともにそれぞれ２枚の板材で構成され、出口隔壁２４４の設置幅が入口隔壁２４３の設置幅よりも大きくされている。なお、入口隔壁２４３の板材の延在方向と出口隔壁２４４の板材の延在方向とは同一方向とされている。
【００７４】
また、入口隔壁２４３により画された外側の流路を開閉するための入口制御弁２４５と、出口隔壁２４４により画された内側の流路を開閉するための出口制御弁２４６とが設けられている。
【００７５】
本実施形態でも、改質器８の始動時においては、図７に示すように入口制御弁２４および出口制御弁２４６の何れも閉とし、入口隔壁２４５の外側を閉塞するとともに、出口隔壁２４４の内側を閉塞する。
【００７６】
この状態で加熱器２２により加熱された空気を導入すると、この空気は、入口隔壁２４５の内側から燃焼触媒部２４内のハニカム状セルに導入され、下流へと流れる。この流路が第１の流路Ｓ１となる。
【００７７】
燃焼触媒部２４の出口２４２では、出口隔壁２４４の内側が出口制御弁２４６で閉塞されているので、第１の流路Ｓ１を流れてきた空気は、出口隔壁２４４の内側と第１の流路Ｓ１の外側のセルとで画されるハニカム状セルを通って、燃焼触媒部２４の下流から上流側へ逆流する。この流路が第２の流路Ｓ２となる。
【００７８】
さらに燃焼触媒部２４の入口２４１では、入口制御弁２４５により入口隔壁２４３の外側が閉塞されているため、第２の流路Ｓ２を逆流してきた空気は、入口隔壁２４３の外側と第２の流路Ｓ２の外側のセルとで構成されるハニカム状セルを上流から下流へ通過したのち排出される。この流路が第３の流路Ｓ３となる。
【００７９】
なお、こうした加熱空気により、少なくとも燃焼触媒部２４の第１の流路Ｓ１が活性可能な温度まで昇温した時点で、メタノール混合気を同様の順路で流通させ、これにより、メタノール混合気を燃焼させて燃焼触媒部２４全体を昇温する。
【００８０】
特に本実施形態では、上述した第１実施形態の作用効果に加えて、同じ方向に設けられ、かつ設置幅が入口隔壁２４３よりも出口隔壁２４４を広く設定して第１乃至第３の流路Ｓ１〜Ｓ３を形成しているので、簡易な構成で燃焼触媒部２４の中心部を昇温することができ、燃焼触媒部２４を短時間で全体的かつ均一的に昇温することができる。
【００８１】
第４実施形態
図９および図１０は本発明の触媒燃焼器の第４実施形態を示す断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。なお、図９は始動モードの状態を示し、図１０は定常運転モードを示す。
【００８２】
本実施形態では、上述した第３実施形態と同様に、燃焼触媒部２４の入口２４１側には、２枚の板材からなる入口隔壁２４３が取り付けられ、出口２４２側には、同じく２枚の板材からなる出口隔壁２４４が取り付けられているが、出口隔壁２４４の設置幅が入口隔壁２４３の設置幅よりも小さくされている。また、入口隔壁２４３により画された内側の流路を開閉するための入口制御弁２４５と、出口隔壁２４４により画された外側の流路を開閉するための出口制御弁２４６とが設けられている。
【００８３】
本実施形態でも、改質器８の始動時においては、図９に示すように入口制御弁２４および出口制御弁２４６の何れも閉とし、入口隔壁２４５の内側を閉塞するとともに、出口隔壁２４４の外側を閉塞する。
【００８４】
この状態で加熱器２２により加熱された空気を導入すると、この空気は、入口隔壁２４５の外側から燃焼触媒部２４内のハニカム状セルに導入され、下流へと流れる。この流路が第１の流路Ｓ１となる。
【００８５】
燃焼触媒部２４の出口２４２では、出口隔壁２４４の外側が出口制御弁２４６で閉塞されているので、第１の流路Ｓ１を流れてきた空気は、出口隔壁２４４の外側と第１の流路Ｓ１の内側のセルとで画されるハニカム状セルを通って、燃焼触媒部２４の下流から上流側へ逆流する。この流路が第２の流路Ｓ２となる。
【００８６】
さらに燃焼触媒部２４の入口２４１では、入口制御弁２４５により入口隔壁２４３の内側が閉塞されているため、第２の流路Ｓ２を逆流してきた空気は、入口隔壁２４３の内側と第２の流路Ｓ２の内側のセルとで構成されるハニカム状セルを上流から下流へ通過したのち排出される。この流路が第３の流路Ｓ３となる。
【００８７】
なお、本実施形態でも、こうした加熱空気により、少なくとも燃焼触媒部２４の第１の流路Ｓ１が活性可能な温度まで昇温した時点で、メタノール混合気を同様の順路で流通させ、これにより、メタノール混合気を燃焼させて燃焼触媒部２４全体を昇温する。
【００８８】
特に本実施形態では、上述した第３実施形態の作用効果に加えて、入口隔壁２４３の内側を閉塞し、かつ出口隔壁２４４の外側を閉塞することにより、第１の流路Ｓ１が燃焼触媒部２４の外周部に形成されるので、燃焼触媒部２４は外周部から昇温され、その結果、中心部の放熱が低減することとなって、より短時間で全体的かつ均一的に昇温させることができる。
【００８９】
第５実施形態
図１１および図１２は本発明の触媒燃焼器の第５実施形態を示す断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。なお、図１１は始動モードの状態を示し、図１２は定常運転モードを示す。
【００９０】
本実施形態では、上述した第１乃至第４実施形態と同様に、燃焼触媒部２４の入口２４１側には入口隔壁２４３が取り付けられ、出口２４２側には出口隔壁２４４が取り付けられているが、両隔壁２４３，２４４ともにそれぞれ１枚の板材で構成され、かつ燃焼触媒部２４の中心から互いに対称なオフセット位置に取り付けられている。なお、入口隔壁２４３の板材の延在方向と出口隔壁２４４の板材の延在方向とは同一方向とされている。
【００９１】
また、入口隔壁２４３により画された流路のうちの断面積が大きい方の流路を開閉するための入口制御弁２４５と、出口隔壁２４４により画された流路のうちの断面積が大きい方の流路を開閉するための出口制御弁２４６とが設けられている。
【００９２】
本実施形態でも、改質器８の始動時においては、図１１に示すように入口制御弁２４および出口制御弁２４６の何れも閉とし、入口隔壁２４５の大断面積の流路（図１１（Ａ）において下側）を閉塞するとともに、出口隔壁２４４の大断面積の流路（図１１（Ａ）において上側）を閉塞する。
【００９３】
この状態で加熱器２２により加熱された空気を導入すると、この空気は、図１１（Ａ）において入口隔壁２４５の下側から燃焼触媒部２４内のハニカム状セルに導入され、下流へと流れる。この流路が第１の流路Ｓ１となる。
【００９４】
燃焼触媒部２４の出口２４２では、出口隔壁２４４の下側が出口制御弁２４６で閉塞されているので、第１の流路Ｓ１を流れてきた空気は、出口隔壁２４４の下側と第１の流路Ｓ１の上側のセルとで画されるハニカム状セルを通って、燃焼触媒部２４の下流から上流側へ逆流する。この流路が第２の流路Ｓ２となる。
【００９５】
さらに燃焼触媒部２４の入口２４１では、入口制御弁２４５により入口隔壁２４３の上側が閉塞されているため、第２の流路Ｓ２を逆流してきた空気は、入口隔壁２４３の上側と第２の流路Ｓ２の上側のセルとで構成されるハニカム状セルを上流から下流へ通過したのち排出される。この流路が第３の流路Ｓ３となる。なお、ここでいう「上下」は、あくまで図１１（Ａ）における方向を意味する。
【００９６】
本実施形態でも、こうした加熱空気により、少なくとも燃焼触媒部２４の第１の流路Ｓ１が活性可能な温度まで昇温した時点で、メタノール混合気を同様の順路で流通させ、これにより、メタノール混合気を燃焼させて燃焼触媒部２４全体を昇温する。
【００９７】
特に本実施形態では、上述した第１乃至第４実施形態の作用効果に加えて、同じ方向に設けられ、互いに対称にオフセットされた位置に入口隔壁２４３および出口隔壁２４４が設置されているので、入口制御弁２４５および出口制御弁２４６を同一形状で形成することができ部品点数を減少させることができる。
【００９８】
第６実施形態
図１３および図１４は本発明の触媒燃焼器の第６実施形態を示す断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。なお、図１３は始動モードの状態を示し、図１４は定常運転モードを示す。また、図１５はガスの流れを説明するための燃焼触媒部の透視図である。
【００９９】
本実施形態では、上述した第５実施形態と同様に、燃焼触媒部２４の入口２４１側には１枚の板材からなる入口隔壁２４３が取り付けられ、出口２４２側には１枚の板材からなる出口隔壁２４４が取り付けられているが、両隔壁２４３，２４４ともに燃焼触媒部２４の中心位置に取り付けられ、かつ入口隔壁２４３の板材の延在方向と出口隔壁２４４の板材の延在方向とが略直交方向とされている。
【０１００】
また、入口隔壁２４３により画された流路のうちの一方の流路を開閉するための入口制御弁２４５と、出口隔壁２４４により画された流路のうちの一方の流路を開閉するための出口制御弁２４６とが設けられている。
【０１０１】
本実施形態でも、改質器８の始動時においては、図１３に示すように入口制御弁２４および出口制御弁２４６の何れも閉とし、入口隔壁２４５の一方の流路（図１５において奥側）を閉塞するとともに、出口隔壁２４４の一方の流路（図１５において上側）を閉塞する。
【０１０２】
この状態で加熱器２２により加熱された空気を導入すると、この空気は、図１５において入口隔壁２４５の手前側の上下から燃焼触媒部２４内のハニカム状セルに導入され、下流へと流れる。この流路が第１の流路Ｓ１となる。
【０１０３】
燃焼触媒部２４の出口２４２では、出口隔壁２４４の上側が出口制御弁２４６で閉塞されているので、第１の流路Ｓ１を流れてきた空気のうちの上側の第１の流路Ｓ１１を流れてきた空気は、出口隔壁２４４の上側と第１の流路Ｓ１の奥側のセルとで画されるハニカム状セルを通って、燃焼触媒部２４の下流から上流側へ逆流する。この流路が第２の流路Ｓ２となる。一方、第１の流路Ｓ１を流れてきた空気のうちの下側の第１の流路Ｓ１２を流れてきた空気は、そのまま排気される。
【０１０４】
さらに燃焼触媒部２４の入口２４１では、入口制御弁２４５により入口隔壁２４３の奥側が閉塞されているため、第２の流路Ｓ２を逆流してきた空気は、入口隔壁２４３の奥側と第２の流路Ｓ２の下側セルとで構成されるハニカム状セルを上流から下流へ通過したのち排出される。この流路が第３の流路Ｓ３となる。なお、ここでいう「上下」および「奥、手前」は、あくまで図１５における方向を意味する。
【０１０５】
本実施形態でも、こうした加熱空気により、少なくとも燃焼触媒部２４の第１の流路Ｓ１が活性可能な温度まで昇温した時点で、メタノール混合気を同様の順路で流通させ、これにより、メタノール混合気を燃焼させて燃焼触媒部２４全体を昇温する。
【０１０６】
特に本実施形態では、上述した第１乃至第４実施形態の作用効果に加えて、 第１の流路Ｓ１のうちの流路Ｓ１２を流下した高温ガスが、そのまま排出されるので、触媒燃焼器２０の下流側に接続された蒸発部２６（図１参照）も短時間に昇温させることができ、改質器の始動時間をより短縮化できる。
【０１０７】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の触媒燃焼器が適用される燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第１実施形態（始動モード）を示す断面図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図２（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第１実施形態（定常運転モード）を示す断面図、（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図３（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の燃焼触媒部の第１乃至第３の流路の断面積の関係の一例を示す斜視図である。
【図５】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第２実施形態（始動モード）を示す断面図、（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図５（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図６】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第２実施形態（定常運転モード）を示す断面図、（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図６（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図７】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第３実施形態（始動モード）を示す断面図、（Ｂ）は図７（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図７（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図８】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第３実施形態（定常運転モード）を示す断面図、（Ｂ）は図８（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図８（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図９】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第４実施形態（始動モード）を示す断面図、（Ｂ）は図９（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図９（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１０】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第４実施形態（定常運転モード）を示す断面図、（Ｂ）は図１０（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図１０（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１１】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第５実施形態（始動モード）を示す断面図、（Ｂ）は図１１（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図１１（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１２】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第５実施形態（定常運転モード）を示す断面図、（Ｂ）は図１２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図１２（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１３】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第６実施形態（始動モード）を示す断面図、（Ｂ）は図１３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図１３（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１４】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第６実施形態（定常運転モード）を示す断面図、（Ｂ）は図１４（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図１４（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１５】本発明の第６実施形態のガスの流れを説明するための燃焼触媒部の透視図である。
【符号の説明】
２０…触媒燃焼器
２２…加熱部
２４…燃焼触媒部
２４１…入口
２４２…出口
２４３…入口隔壁
２４４…出口隔壁
２４５…入口制御弁
２４６…出口制御弁
Ｓ１…第１の流路
Ｓ２…第２の流路
Ｓ３…第３の流路
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料改質装置などに用いられる触媒燃焼器に関し、特に短時間で活性温度まで昇温できる触媒燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電解質層を挟んで配置された一対の電極の陰極側に水素含有ガスを供給するとともに、陽極側に酸素含有ガスを供給することにより、両電極で起きる電気化学反応を利用して起電力を得る燃料電池が知られている。こうした燃料電池には、通常、酸素含有ガスとして空気が用いられ、水素含有ガスとして炭化水素（たとえば、メタノール）を水蒸気改質することにより生成される二酸化炭素と水素との混合ガスが用いられる。
【０００３】
ところで、水素含有ガスを生成するメタノールの水蒸気改質反応では、液体であるメタノールと水とをそのまま燃料改質器内へ供給するのではなく、これらを予め気化させた状態で供給する必要があるため、既述の燃料電池を有する燃料電池システム内にはメタノールおよび水を気化させるための蒸発器（熱交換器）が設けられている。
【０００４】
この種の蒸発器は、燃料電池システムを起動した際に即座に昇温できるものではなく、気化温度に達するまでにはある程度の暖機運転を必要とする。すなわち、改質器内に供給すべきメタノールガスおよび水蒸気は、システムを起動してから少しの時間をおいて生成される。したがって、燃料電池システムの起動時間の短縮化を図るために、蒸発器を急速に昇温させることが望まれている。
【０００５】
一方、燃料改質器内で進行するメタノールの水蒸気改質反応は、メタノールガスおよび水蒸気の供給を受けて、メタノールガスの分解反応（ＣＨ３ ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ２ −９０．０kJ/mol）と、一酸化炭素の変成反応（ＣＯ＋Ｈ２ Ｏ→ＣＯ２ ＋Ｈ２ ＋４０．５kJ/mol）とを同時進行させて、全体反応（ＣＨ３ ＯＨ＋Ｈ２ Ｏ→３Ｈ２ ＋ＣＯ２ −４９．５kJ/mol）としては二酸化炭素と水素との混合ガスである水素含有ガスが生成されるものであるが、この反応は全体として吸熱反応であるため、システム起動時には可能な限り急速に燃料改質器を昇温させる必要があり、またこの吸熱反応を連続して進行させるためには、燃料改質器を連続して加熱しておく必要がある。したがって、燃料電池システムを起動した時に燃料改質器を急速に昇温でき、しかも連続して燃料改質器を加熱できる装置を別途用意しておくことも望まれている。
【０００６】
上述した蒸発器や燃料改質器を急昇温できるものとして、たとえば特開平７−７８６２３号公報に開示された起動時の昇温方法が知られている。
これは、不活性ガスを燃料電池の陰極側で循環させながら起動用加熱器により間接的に加熱し、この加熱された不活性ガスの一部を燃料改質器の燃焼触媒に導いて触媒燃焼が可能な温度まで加熱し、次いで燃料改質器および燃料電池を介して燃料ガスを燃料改質器の燃焼室に供給し、かつ燃料電池を介して空気を燃料改質器の燃焼室に供給し、改質室にて改質反応が可能な温度まで燃焼室を昇温させるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報記載の技術では、不活性ガスを間接的に加熱して燃料改質器を昇温させるので、急速に改質器を昇温させることが困難であり、燃料電池システムの起動時間を短縮化するにも限界があった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、燃料電池システムに用いられる蒸発器や燃料改質器などの種々の機器を急速に昇温させることが可能で、全体としての燃料電池システムの起動時間を短縮することができる触媒燃焼器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の触媒燃焼器は、入口と出口とを有し内部流路が複数のハニカム状流路とされた燃焼触媒部と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられた加熱部とを備えた触媒燃焼器において、前記燃焼触媒部の入口側の流路を画する入口隔壁と、前記燃焼触媒部の出口側の流路を画する出口隔壁と、前記入口隔壁および出口隔壁により前記燃焼触媒部の内部に形成された少なくとも３つの流路と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられ前記入口側流路の一部を開閉する入口制御弁と、前記燃焼触媒部の出口側に設けられ前記出口側流路の一部を開閉する出口制御弁と、を備え、前記入口制御弁が第２の流路および第３の流路を閉塞するとともに、前記出口制御弁が第１の流路及び第２の流路を閉塞する始動モードを有し、前記入口隔壁および前記出口隔壁のそれぞれは、前記入口隔壁の内径よりも前記出口隔壁の内径が大きい円筒状に形成され、前記始動モードにおいて、前記入口制御弁は前記入口隔壁の外側を閉塞するとともに、前記出口制御弁は前記出口隔壁の内側を閉塞することを特徴とする（第 1 実施形態、図２および図３参照）。
【００１０】
また、上記目的を達成するために、請求項２記載の触媒燃焼器は、入口と出口とを有し内部流路が複数のハニカム状流路とされた燃焼触媒部と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられた加熱部とを備えた触媒燃焼器において、前記燃焼触媒部の入口側の流路を画する入口隔壁と、前記燃焼触媒部の出口側の流路を画する出口隔壁と、前記入口隔壁および出口隔壁により前記燃焼触媒部の内部に形成された少なくとも３つの流路と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられ前記入口側流路の一部を開閉する入口制御弁と、前記燃焼触媒部の出口側に設けられ前記出口側流路の一部を開閉する出口制御弁と、を備え、前記入口制御弁が第２の流路および第３の流路を閉塞するとともに、前記出口制御弁が第１の流路及び第２の流路を閉塞する始動モードを有し、前記入口隔壁および前記出口隔壁のそれぞれは、前記入口隔壁の内径よりも前記出口隔壁の内径が小さい円筒状に形成され、前記始動モードにおいて、前記入口制御弁は前記入口隔壁の内側を閉塞するとともに、前記出口制御弁は前記出口隔壁の外側を閉塞することを特徴とする（第２実施形態、図５および図６参照）。
【００１１】
また、上記目的を達成するために、請求項３記載の触媒燃焼器は、入口と出口とを有し内部流路が複数のハニカム状流路とされた燃焼触媒部と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられた加熱部とを備えた触媒燃焼器において、前記燃焼触媒部の入口側の流路を画する入口隔壁と、前記燃焼触媒部の出口側の流路を画する出口隔壁と、前記入口隔壁および出口隔壁により前記燃焼触媒部の内部に形成された少なくとも３つの流路と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられ前記入口側流路の一部を開閉する入口制御弁と、前記燃焼触媒部の出口側に設けられ前記出口側流路の一部を開閉する出口制御弁と、を備え、前記入口制御弁が第２の流路および第３の流路を閉塞するとともに、前記出口制御弁が第１の流路及び第２の流路を閉塞する始動モードを有し、前記入口隔壁および前記出口隔壁のそれぞれは、前記入口隔壁の設置間隔よりも前記出口隔壁の設置間隔が広い２枚の板状に形成され、前記始動モードにおいて、前記入口制御弁は前記入口隔壁の外側を閉塞するとともに、前記出口制御弁は前記出口隔壁の内側を閉塞することを特徴とする（第３実施形態、図７及び図８参照）。
【００１２】
また、上記目的を達成するために、請求項４記載の触媒燃焼器は、入口と出口とを有し内部流路が複数のハニカム状流路とされた燃焼触媒部と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられた加熱部とを備えた触媒燃焼器において、前記燃焼触媒部の入口側の流路を画する入口隔壁と、前記燃焼触媒部の出口側の流路を画する出口隔壁と、前記入口隔壁および出口隔壁により前記燃焼触媒部の内部に形成された少なくとも３つの流路と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられ前記入口側流路の一部を開閉する入口制御弁と、前記燃焼触媒部の出口側に設けられ前記出口側流路の一部を開閉する出口制御弁と、を備え、前記入口制御弁が第２の流路および第３の流路を閉塞するとともに、前記出口制御弁が第１の流路及び第２の流路を閉塞する始動モードを有し、前記入口隔壁および前記出口隔壁のそれぞれは、前記入口隔壁の設置間隔よりも前記出口隔壁の設置間隔が狭い２枚の板状に形成され、前記始動モードにおいて、前記入口制御弁は前記入口隔壁の内側を閉塞するとともに、前記出口制御弁は前記出口隔壁の外側を閉塞することを特徴とする（第４実施形態、図９および図１０参照）。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、請求項５記載の触媒燃焼器は、入口と出口とを有し内部流路が複数のハニカム状流路とされた燃焼触媒部と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられた加熱部とを備えた触媒燃焼器において、前記燃焼触媒部の入口側の流路を画する入口隔壁と、前記燃焼触媒部の出口側の流路を画する出口隔壁と、前記入口隔壁および出口隔壁により前記燃焼触媒部の内部に形成された少なくとも３つの流路と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられ前記入口側流路の一部を開閉する入口制御弁と、前記燃焼触媒部の出口側に設けられ前記出口側流路の一部を開閉する出口制御弁と、を備え、前記入口制御弁が第２の流路および第３の流路を閉塞するとともに、前記出口制御弁が第１の流路及び第２の流路を閉塞する始動モードを有し、前記入口隔壁および前記出口隔壁のそれぞれは、互いに異なる方向に延在する１枚の板状に形成され、前記入口隔壁と前記出口隔壁とは交差しており、前記始動モードにおいて、前記入口制御弁は、前記入口隔壁により画された前記燃焼触媒部の入口側の流路のうちの片側の流路を閉塞し、前記出口制御弁は、前記出口隔壁により画された前記燃焼触媒部の出口側の流路のうちの片側の流路を閉塞することを特徴とする（第６実施形態、図１３乃至図１５参照）。
【００１５】
さらに、請求項６記載の触媒燃焼器のように、前記入口制御弁および出口制御弁が、第１の流路、第２の流路および第３の流路を開放する定常運転モードを有することが好ましい。
【００１６】
これら請求項１乃至６記載の発明では、始動モードにおいては、ハニカム状の燃焼触媒部の入口のうちの第２および第３の流路を入口制御弁により閉塞し、第１の流路のみを局所的に開放する。そして、加熱器により加熱した酸素含有ガス（空気）をこの開口された第１の流路から燃焼触媒部内に導入して、燃焼触媒部の一部（第１の流路）を加熱して活性可能な温度にまで昇温させる。
【００１７】
このとき、燃焼触媒部内の第１の流路を入口側から出口側に向けて流下した加熱ガスは、燃焼触媒部の出口側において出口隔壁及び出口制御弁により流路が制限されるため、燃焼触媒部内の第２の流路を出口側から入口側に向けて逆流する。さらに、燃焼触媒部の入口側では、入口隔壁および入口制御弁により流路が制限されるため、この加熱ガスは、燃焼触媒部内の第３の流路を入口側から出口側に向かって流下したのち排出される。
【００１８】
これにより、燃焼触媒部は短時間で全体的かつ均一に昇温することになる。加熱ガスにメタノールガスなどの燃焼用ガスを混合させたメタノール混合気を供給する際にも同様なルートで流通するので、同様に燃焼触媒部を短時間で全体的かつ均一に昇温し、さらにメタノール混合気の流路（通過長）が、燃焼触媒部の長さよりも実質的に長くなって通過触媒量を多くできるため、未燃メタノールの低減を図ることができる。
【００１９】
また、請求項１記載の発明では、入口隔壁の内径を小さくすることで第１の流路を小径の円形状としているため、燃焼触媒部を短時間で全体的かつ均一に昇温できることに加え、加熱器を小型化及び小消費電力化することができる。
【００２０】
請求項２記載の発明では、第１の流路が燃焼触媒部の外周部となり、第３の流路が燃焼触媒部の中心部となるため、従来放熱領域あった外周部を保温することができる。その結果、燃焼触媒部の中心領域からの放熱が低減されるので、燃焼触媒部をより短時間で昇温でき、全体的かつ均一に昇温することができる。
【００２１】
請求項３記載の発明では、入口隔壁および出口隔壁のそれぞれが２枚の板材で構成され、第１の流路が燃焼触媒部の中心部に開口するため、加熱器を小型化および小消費電力化できるとともに、比較的簡素な構成で燃焼触媒部を短時間で全体的かつ均一的に昇温することができる。
【００２２】
請求項４記載の発明では、入口隔壁および出口隔壁のそれぞれが２枚の板材で構成され、第１の流路が燃焼触媒部の外周部に開口するため、従来放熱部であった外周部を保温できることにより、燃焼触媒部の中心部からの放熱が低減され、その結果、より短時間で昇温させることができ、しかも比較的簡素な構成で燃焼触媒部を全体的かつ均一的に昇温することができる。
【００２４】
請求項５記載の発明では、入口隔壁および出口隔壁をそれぞれ１枚の板材で構成し、かつ取付方向を互いに異ならせることにより、第１の流路を第２の流路に通じる部位と出口に開口する部位とに分けて形成することができる。
【００２５】
したがって、加熱ガスの一部を第２の流路に循環させる一方で、加熱ガスの残部をそのまま出口に排出することで、燃焼触媒部の後流側に設置される、たとえば蒸発器等の機器を昇温させて、燃料改質システムの始動を短時間で行うことができる。
【００２６】
上記発明においては特に限定されないが、請求項７記載の触媒燃焼器では、前記第１の流路、前記第２の流路および前記第３の流路は、その断面積が等しいか又はこの順に徐々に大きくなるように形成されていることを特徴とする（図４参照）。
【００２７】
この請求項７記載の発明では、第１の流路、第２の流路および第３の流路の断面積を同等あるいは徐々に大きくしているので、この順序でガスが流下する際に各流路の流通抵抗を同等またはそれ以下にでき、加熱空気およびメタノール混合気の流通を速やかに行うことができる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１乃至６記載の発明によれば、加熱ガスやメタノールガスなどの燃焼用ガスを混合させたメタノール混合気を供給する際に、燃焼触媒部を短時間で全体的かつ均一に昇温することができる。また、メタノール混合気の流路（通過長）が、燃焼触媒部の長さよりも実質的に長くなって通過触媒量を多くできるため、未燃メタノールの低減を図ることができる。
【００３０】
これに加えて、請求項７記載の発明によれば、各流路の流通抵抗を同等またはそれ以下にでき、加熱空気およびメタノール混合気の流通を速やかに行うことができる。
【００３１】
また、請求項１記載の発明によれば、燃焼触媒部を短時間で全体的かつ均一に昇温できることに加え、加熱器を小型化及び小消費電力化することができる。
【００３２】
請求項２記載の発明によれば、燃焼触媒部の中心領域からの放熱が低減されるので、燃焼触媒部をより短時間で昇温でき、全体的かつ均一に昇温することができる。
【００３３】
請求項３記載の発明によれば、加熱器を小型化および小消費電力化できるとともに、比較的簡素な構成で燃焼触媒部を短時間で全体的かつ均一的に昇温することができる。
【００３４】
請求項４記載の発明によれば、燃焼触媒部の中心部からの放熱が低減されるので、より短時間で昇温させることができ、しかも比較的簡素な構成で燃焼触媒部を全体的かつ均一的に昇温することができる。
【００３６】
請求項５記載の発明によれば、加熱ガスの一部を第２の流路に循環させる一方で、加熱ガスの残部をそのまま出口に排出することができるので、燃焼触媒部の後流側に設置される、たとえば蒸発器等の機器を昇温させて、燃料改質システムの始動を短時間で行うことができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
第１実施形態
まず、本発明の触媒燃焼器が適用される燃料電池システムの概要を説明する。図１は本発明の触媒燃焼器が適用される燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【００３８】
本実施形態の燃料電池システム２は、図１に示すように、電気化学反応により起電力を得る燃料電池４と、圧縮空気（酸素含有ガス）を供給するコンプレッサ６と、改質反応により水素含有ガスを生成する改質器８と、メタノールを貯留するメタノールタンク１４と、水を貯留する水タンク１５と、触媒燃焼器２０とを有する。
【００３９】
燃料電池４は、電解質４２を挟んで対電極４４，４６が設けられており、その陽極４６側には配管１０を介してコンプレッサ６からの圧縮空気が供給され、陰極４４側には配管１２を介して改質器８からの水素含有ガスが供給される。
【００４０】
コンプレッサ６は、外気等を取り入れてこれを２ｋｇ／ｃｍ２ 程度まで圧縮して燃料電池４に供給するが、その型式は特に限定されない。なお、燃料電池４に供給される空気は８０〜８５°Ｃの温度が好ましいが、コンプレッサ６で圧縮された空気は約１７０°Ｃとなっているので、これを上記温度範囲まで冷却するためにコンプレッサ６と燃料電池４との間の配管１０中に図示省略するインタークーラを設けることが好ましい。インタークーラとしては、水冷式や空冷式などが例示される。
【００４１】
改質器８は、たとえばメタノール（改質原料）と水蒸気と空気（酸素含有ガス）とを混合して、メタノールの水蒸気改質反応と酸化反応とによって水素リッチガスとするものであるが、本実施形態では水蒸気反応（吸熱反応）で必要とされる熱量を、酸化反応（発熱反応）により生じた熱量で賄うことで、別途の加熱器を省略あるいは小能力化できる、いわゆるオートサーマル型改質器が採用されている。ただし、水蒸気改質反応のみによって水素リッチガスを生成する水蒸気改質型改質器であっても良い。
【００４２】
改質原料としてのメタノールは、メタノールタンク１４に収容され、メタノールポンプ１６によって、後述する触媒燃焼器２０の下流側に接続された熱交換部２６へ送られ、ここで気化される。また、水蒸気は、水タンク１５に収納された水が、水ポンプ１７によって熱交換部２６に送られ、ここで気化されて水蒸気とされる。これらメタノールガスと水蒸気との混合燃料ガスは、改質器８の入口８２に送られ、空気はコンプレッサ６から配管１１を介して供給される。なお、図中の符号「８４」は改質器８の出口である。
【００４３】
改質器８におけるメタノールの水蒸気改質反応においては、メタノールおよび水蒸気の供給を受けて、下記式に示すメタノールの分解反応と一酸化炭素の変成反応とを同時進行させて水素と二酸化炭素とを含有する改質ガスを生成する。
【００４４】
【化１】
分解反応：ＣＨ３ ＯＨ →ＣＯ ＋２Ｈ２ −９０．０（kJ/mol）
変成反応：ＣＯ ＋Ｈ２ Ｏ→ＣＯ２ ＋ Ｈ２ ＋４０．５（kJ/mol）
全体反応：ＣＨ３ ＯＨ＋Ｈ２ Ｏ→ＣＯ２ ＋３Ｈ２ −４９．５（kJ/mol）
一方、メタノールの酸化反応では、メタノールおよび空気の供給を受けて下記式に示す酸化反応により水素と二酸化炭素を含有する改質ガスを生成する。
【００４５】
【化２】
酸化反応：ＣＨ３ ＯＨ＋１／２Ｏ２ →２Ｈ２ ＋ＣＯ２ ＋１８９．５（kJ/mol）
なお、改質器８から燃料電池４の陰極４４側へ供給される水素含有ガス中に一酸化炭素が含まれていると燃料電池４が被毒するため、改質器８と燃料電池４との間の配管１２中に、図示省略してある一酸化炭素の含有量を低減させる一酸化炭素低減装置を設けておくことが好ましい。この一酸化炭素低減装置は、改質器８で得られた改質ガス中の未反応の一酸化炭素と水とを、同じ変成反応（ＣＯ＋Ｈ２ Ｏ→ＣＯ２ ＋Ｈ２ ）により水素と二酸化炭素とに変成して水素含有量の多い水素含有ガスを生成するシフト器や、さらにこのシフト器を通過した改質ガスに含まれた一酸化炭素を選択酸化して（ＣＯ＋１／２Ｏ２ →ＣＯ２ ）、二酸化炭素とする選択酸化器などが含まれる。
【００４６】
次に、本発明の触媒燃焼器の構成を説明する。
第１実施形態
図２および図３は本発明の触媒燃焼器の第１実施形態を示す断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。なお、図２は始動モードの状態を示し、図３は定常運転モードを示す。また、図４は燃焼触媒部の第１乃至第３の流路の断面積の関係の一例を示す斜視図である。
【００４７】
触媒燃焼器２０は、図１に示すコンプレッサ６および配管１３を通じて導入される空気を加熱するための、たとえば電気ヒータなどにより構成される加熱部２２と、この加熱部２２の下流側に接続されたミキサー２８と、このミキサー２８の下流側に接続された燃焼触媒部２４とを有している。
【００４８】
加熱器２２には、上述したコンプレッサ６からの空気の他に、図１に示すメタノールタンク１４からのメタノールが、配管３５およびメタノール気化器３２を介して燃焼用燃料として供給される。
【００４９】
また、ミキサー２８には、図１に示すように燃料電池４から排出される酸化排ガスおよび水素含有排ガスが、配管３１，３３を介して導入されて混合されたのち、燃焼触媒部２４にて燃焼される。
【００５０】
本実施形態の燃焼触媒部２４は、いわゆるハニカム型燃焼触媒器であって、全体が円筒状に形成され、入口２４１および出口２４２との間のセルが多数のハニカム状流路とされている。このハニカム状流路の内面に触媒が塗布されている。
【００５１】
図２に示すように、特に本実施形態の燃焼触媒部２４の入口２４１側には、燃焼触媒部２４本体と同心円状の入口隔壁２４３が取り付けられ、出口２４２側には、同じく燃焼触媒部２４本体と同心円状であって入口隔壁２４３の内径よりも大きい内径の出口隔壁２４４が取り付けられている。これら、入口隔壁２４３および出口隔壁２４４は、触媒燃焼器２０を通過するガスの流通抵抗とならない程度の薄板で構成することが望ましい。
【００５２】
さらに本実施形態では、入口隔壁２４３により画された外側の流路を開閉するための入口制御弁２４５と、出口隔壁２４４により画された内側の流路を開閉するための出口制御弁２４６とが設けられている。これら入口制御弁２４５および出口制御弁２４６は、それぞれアクチュエータ２４７により開閉動作されるようになっている。なお、図２は入口制御弁２４５および出口制御弁２４６が閉じた状態を示し、図３は両制御弁２４５，２４６が開いた状態を示す。
【００５３】
ちなみに、上述した第１乃至第３の流路Ｓ１〜Ｓ３は、図４に示すように、それぞれの断面積が等しいか、あるいはこの順序で大きくなるように形成されている。
【００５４】
次に作用を説明する。
図１に示す改質器８の始動時においては、図２に示すように入口制御弁２４および出口制御弁２４６の何れも閉とし、入口隔壁２４５の外側を閉塞するとともに、出口隔壁２４４の内側を閉塞する。
【００５５】
この状態で加熱器２２により加熱された空気を導入すると、この空気は、入口隔壁２４５の内側から燃焼触媒部２４内のハニカム状セルに導入され、下流へと流れる。この流路を第１の流路Ｓ１と称する。
【００５６】
燃焼触媒部２４の出口２４２では、出口隔壁２４４の内側が出口制御弁２４６で閉塞されているので、第１の流路Ｓ１を流れてきた空気は、出口隔壁２４４の内側と第１の流路Ｓ１の外側のセルとで画されるハニカム状セルを通って、燃焼触媒部２４の下流から上流側へ逆流する。この流路を第２の流路Ｓ２と称する。
【００５７】
さらに燃焼触媒部２４の入口２４１では、入口制御弁２４５により入口隔壁２４３の外側が閉塞されているため、第２の流路Ｓ２を逆流してきた空気は、入口隔壁２４３の外側と第２の流路Ｓ２の外側のセルとで構成されるハニカム状セルを上流から下流へ通過したのち排出される。この流路を第３の流路Ｓ３と称する。
【００５８】
なお、こうした加熱空気により、少なくとも燃焼触媒部２４の第１の流路Ｓ１が活性可能な温度まで昇温した時点で、メタノール混合気を同様の順路で流通させ、これにより、メタノール混合気を燃焼させて燃焼触媒部２４全体を昇温する。
【００５９】
このように、本実施形態では、始動時において、加熱器２２により加熱された空気を第１の流路Ｓ１にのみ導入し、この第１の流路Ｓ１のセルを加熱して活性可能な温度まで昇温させるので、流通させる空気量を低減することができ、加熱器２２の小型化および小消費電力化を図ることができる。さらに、加熱空気は、第１の流路Ｓ１→第２の流路Ｓ２→第３の流路Ｓ３というように、燃焼触媒部２４の内部を循環するので、燃焼触媒部２４の昇温に際し加熱空気の熱量を有効に活用することができる。
【００６０】
また、その後にメタノール混合気を流通させる際には、少なくとも第１の流路Ｓ１のセルは活性可能な温度にまで昇温しているので、メタノールは燃焼し、これにより発生する熱によって下流のセルや周囲のセルを急速に昇温することができる。しかも、メタノール混合気も燃焼触媒部２４を第１の流路Ｓ１→第２の流路Ｓ２→第３の流路Ｓ３というように循環するので、たとえば第１の流路Ｓ１で燃焼しなかった未燃メタノールも、第２の流路Ｓ２または第３の流路Ｓ３で燃焼させることができ、未燃メタノールの排出量を低減することができる。
【００６１】
また、第１の流路Ｓ１から第３の流路Ｓ３までガスが流下する際に、本実施形態ではこれらの流路Ｓ１〜Ｓ３の流路断面積が図４に示す関係とされているので、流路に沿った流通抵抗が増加することがなく、円滑に流通することになる。
【００６２】
こうして始動状態が終了すると、図３に示すように入口制御弁２４および出口制御弁２４６の何れも開とし、入口隔壁２４５の外側を開放するとともに、出口隔壁２４４の内側も開放する。これにより、加熱器２２により加熱されたメタノール混合ガスは、第１乃至第３の流路Ｓ１〜Ｓ３の全てのハニカム状セルに導入され、そのまま出口へと流れる。
【００６３】
このように、入口隔壁２４３および出口隔壁２４４はガスの流れと平行になり、しかも、入口制御弁２４５および出口制御弁２４６は板状であるため、改質器８の始動が終了して定常運転に移行した後においても、入口制御弁２４５および出口制御弁２４６を開にしてガスの流れと平行にすることにより、燃焼触媒部２４は入口２４１の全面が開口され、燃料電池４からのアノード排ガスやカソード排ガスを有効に燃焼させることができる。
【００６４】
第２実施形態
図５および図６は本発明の触媒燃焼器の第２実施形態を示す断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。なお、図５は始動モードの状態を示し、図６は定常運転モードを示す。
【００６５】
本実施形態では、上述した第１実施形態と同様に、燃焼触媒部２４の入口２４１側には、燃焼触媒部２４本体と同心円状の入口隔壁２４３が取り付けられ、出口２４２側には、同じく燃焼触媒部２４本体と同心円状の出口隔壁２４４が取り付けられているが、出口隔壁２４４の内径が入口隔壁２４３の内径よりも小さくされている。また、入口隔壁２４３により画された内側の流路を開閉するための入口制御弁２４５と、出口隔壁２４４により画された外側の流路を開閉するための出口制御弁２４６とが設けられている。
【００６６】
本実施形態でも、改質器８の始動時においては、図５に示すように入口制御弁２４および出口制御弁２４６の何れも閉とし、入口隔壁２４５の内側を閉塞するとともに、出口隔壁２４４の外側を閉塞する。
【００６７】
この状態で加熱器２２により加熱された空気を導入すると、この空気は、入口隔壁２４５の外側から燃焼触媒部２４内のハニカム状セルに導入され、下流へと流れる。この流路が第１の流路Ｓ１となる。
【００６８】
燃焼触媒部２４の出口２４２では、出口隔壁２４４の外側が出口制御弁２４６で閉塞されているので、第１の流路Ｓ１を流れてきた空気は、出口隔壁２４４の外側と第１の流路Ｓ１の内側のセルとで画されるハニカム状セルを通って、燃焼触媒部２４の下流から上流側へ逆流する。この流路が第２の流路Ｓ２となる。
【００６９】
さらに燃焼触媒部２４の入口２４１では、入口制御弁２４５により入口隔壁２４３の内側が閉塞されているため、第２の流路Ｓ２を逆流してきた空気は、入口隔壁２４３の内側と第２の流路Ｓ２の内側のセルとで構成されるハニカム状セルを上流から下流へ通過したのち排出される。この流路が第３の流路Ｓ３となる。
【００７０】
なお、本実施形態でも、こうした加熱空気により、少なくとも燃焼触媒部２４の第１の流路Ｓ１が活性可能な温度まで昇温した時点で、メタノール混合気を同様の順路で流通させ、これにより、メタノール混合気を燃焼させて燃焼触媒部２４全体を昇温する。
【００７１】
特に本実施形態では、上述した第１実施形態の作用効果に加えて、入口隔壁２４３の内側を閉塞し、かつ出口隔壁２４４の外側を閉塞することにより、第１の流路Ｓ１が燃焼触媒部２４の外周部に形成されるので、燃焼触媒部２４は外周部から昇温され、その結果、中心部の放熱が低減することとなって、より短時間で全体的かつ均一的に昇温させることができる。
【００７２】
第３実施形態
図７および図８は本発明の触媒燃焼器の第３実施形態を示す断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。なお、図７は始動モードの状態を示し、図８は定常運転モードを示す。
【００７３】
本実施形態では、上述した第１実施形態と同様に、燃焼触媒部２４の入口２４１側には入口隔壁２４３が取り付けられ、出口２４２側には出口隔壁２４４が取り付けられているが、両隔壁２４３，２４４ともにそれぞれ２枚の板材で構成され、出口隔壁２４４の設置幅が入口隔壁２４３の設置幅よりも大きくされている。なお、入口隔壁２４３の板材の延在方向と出口隔壁２４４の板材の延在方向とは同一方向とされている。
【００７４】
また、入口隔壁２４３により画された外側の流路を開閉するための入口制御弁２４５と、出口隔壁２４４により画された内側の流路を開閉するための出口制御弁２４６とが設けられている。
【００７５】
本実施形態でも、改質器８の始動時においては、図７に示すように入口制御弁２４および出口制御弁２４６の何れも閉とし、入口隔壁２４５の外側を閉塞するとともに、出口隔壁２４４の内側を閉塞する。
【００７６】
この状態で加熱器２２により加熱された空気を導入すると、この空気は、入口隔壁２４５の内側から燃焼触媒部２４内のハニカム状セルに導入され、下流へと流れる。この流路が第１の流路Ｓ１となる。
【００７７】
燃焼触媒部２４の出口２４２では、出口隔壁２４４の内側が出口制御弁２４６で閉塞されているので、第１の流路Ｓ１を流れてきた空気は、出口隔壁２４４の内側と第１の流路Ｓ１の外側のセルとで画されるハニカム状セルを通って、燃焼触媒部２４の下流から上流側へ逆流する。この流路が第２の流路Ｓ２となる。
【００７８】
さらに燃焼触媒部２４の入口２４１では、入口制御弁２４５により入口隔壁２４３の外側が閉塞されているため、第２の流路Ｓ２を逆流してきた空気は、入口隔壁２４３の外側と第２の流路Ｓ２の外側のセルとで構成されるハニカム状セルを上流から下流へ通過したのち排出される。この流路が第３の流路Ｓ３となる。
【００７９】
なお、こうした加熱空気により、少なくとも燃焼触媒部２４の第１の流路Ｓ１が活性可能な温度まで昇温した時点で、メタノール混合気を同様の順路で流通させ、これにより、メタノール混合気を燃焼させて燃焼触媒部２４全体を昇温する。
【００８０】
特に本実施形態では、上述した第１実施形態の作用効果に加えて、同じ方向に設けられ、かつ設置幅が入口隔壁２４３よりも出口隔壁２４４を広く設定して第１乃至第３の流路Ｓ１〜Ｓ３を形成しているので、簡易な構成で燃焼触媒部２４の中心部を昇温することができ、燃焼触媒部２４を短時間で全体的かつ均一的に昇温することができる。
【００８１】
第４実施形態
図９および図１０は本発明の触媒燃焼器の第４実施形態を示す断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。なお、図９は始動モードの状態を示し、図１０は定常運転モードを示す。
【００８２】
本実施形態では、上述した第３実施形態と同様に、燃焼触媒部２４の入口２４１側には、２枚の板材からなる入口隔壁２４３が取り付けられ、出口２４２側には、同じく２枚の板材からなる出口隔壁２４４が取り付けられているが、出口隔壁２４４の設置幅が入口隔壁２４３の設置幅よりも小さくされている。また、入口隔壁２４３により画された内側の流路を開閉するための入口制御弁２４５と、出口隔壁２４４により画された外側の流路を開閉するための出口制御弁２４６とが設けられている。
【００８３】
本実施形態でも、改質器８の始動時においては、図９に示すように入口制御弁２４および出口制御弁２４６の何れも閉とし、入口隔壁２４５の内側を閉塞するとともに、出口隔壁２４４の外側を閉塞する。
【００８４】
この状態で加熱器２２により加熱された空気を導入すると、この空気は、入口隔壁２４５の外側から燃焼触媒部２４内のハニカム状セルに導入され、下流へと流れる。この流路が第１の流路Ｓ１となる。
【００８５】
燃焼触媒部２４の出口２４２では、出口隔壁２４４の外側が出口制御弁２４６で閉塞されているので、第１の流路Ｓ１を流れてきた空気は、出口隔壁２４４の外側と第１の流路Ｓ１の内側のセルとで画されるハニカム状セルを通って、燃焼触媒部２４の下流から上流側へ逆流する。この流路が第２の流路Ｓ２となる。
【００８６】
さらに燃焼触媒部２４の入口２４１では、入口制御弁２４５により入口隔壁２４３の内側が閉塞されているため、第２の流路Ｓ２を逆流してきた空気は、入口隔壁２４３の内側と第２の流路Ｓ２の内側のセルとで構成されるハニカム状セルを上流から下流へ通過したのち排出される。この流路が第３の流路Ｓ３となる。
【００８７】
なお、本実施形態でも、こうした加熱空気により、少なくとも燃焼触媒部２４の第１の流路Ｓ１が活性可能な温度まで昇温した時点で、メタノール混合気を同様の順路で流通させ、これにより、メタノール混合気を燃焼させて燃焼触媒部２４全体を昇温する。
【００８８】
特に本実施形態では、上述した第３実施形態の作用効果に加えて、入口隔壁２４３の内側を閉塞し、かつ出口隔壁２４４の外側を閉塞することにより、第１の流路Ｓ１が燃焼触媒部２４の外周部に形成されるので、燃焼触媒部２４は外周部から昇温され、その結果、中心部の放熱が低減することとなって、より短時間で全体的かつ均一的に昇温させることができる。
【００８９】
第５実施形態
図１１および図１２は本発明の触媒燃焼器の第５実施形態を示す断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。なお、図１１は始動モードの状態を示し、図１２は定常運転モードを示す。
【００９０】
本実施形態では、上述した第１乃至第４実施形態と同様に、燃焼触媒部２４の入口２４１側には入口隔壁２４３が取り付けられ、出口２４２側には出口隔壁２４４が取り付けられているが、両隔壁２４３，２４４ともにそれぞれ１枚の板材で構成され、かつ燃焼触媒部２４の中心から互いに対称なオフセット位置に取り付けられている。なお、入口隔壁２４３の板材の延在方向と出口隔壁２４４の板材の延在方向とは同一方向とされている。
【００９１】
また、入口隔壁２４３により画された流路のうちの断面積が大きい方の流路を開閉するための入口制御弁２４５と、出口隔壁２４４により画された流路のうちの断面積が大きい方の流路を開閉するための出口制御弁２４６とが設けられている。
【００９２】
本実施形態でも、改質器８の始動時においては、図１１に示すように入口制御弁２４および出口制御弁２４６の何れも閉とし、入口隔壁２４５の大断面積の流路（図１１（Ａ）において下側）を閉塞するとともに、出口隔壁２４４の大断面積の流路（図１１（Ａ）において上側）を閉塞する。
【００９３】
この状態で加熱器２２により加熱された空気を導入すると、この空気は、図１１（Ａ）において入口隔壁２４５の下側から燃焼触媒部２４内のハニカム状セルに導入され、下流へと流れる。この流路が第１の流路Ｓ１となる。
【００９４】
燃焼触媒部２４の出口２４２では、出口隔壁２４４の下側が出口制御弁２４６で閉塞されているので、第１の流路Ｓ１を流れてきた空気は、出口隔壁２４４の下側と第１の流路Ｓ１の上側のセルとで画されるハニカム状セルを通って、燃焼触媒部２４の下流から上流側へ逆流する。この流路が第２の流路Ｓ２となる。
【００９５】
さらに燃焼触媒部２４の入口２４１では、入口制御弁２４５により入口隔壁２４３の上側が閉塞されているため、第２の流路Ｓ２を逆流してきた空気は、入口隔壁２４３の上側と第２の流路Ｓ２の上側のセルとで構成されるハニカム状セルを上流から下流へ通過したのち排出される。この流路が第３の流路Ｓ３となる。なお、ここでいう「上下」は、あくまで図１１（Ａ）における方向を意味する。
【００９６】
本実施形態でも、こうした加熱空気により、少なくとも燃焼触媒部２４の第１の流路Ｓ１が活性可能な温度まで昇温した時点で、メタノール混合気を同様の順路で流通させ、これにより、メタノール混合気を燃焼させて燃焼触媒部２４全体を昇温する。
【００９７】
特に本実施形態では、上述した第１乃至第４実施形態の作用効果に加えて、同じ方向に設けられ、互いに対称にオフセットされた位置に入口隔壁２４３および出口隔壁２４４が設置されているので、入口制御弁２４５および出口制御弁２４６を同一形状で形成することができ部品点数を減少させることができる。
【００９８】
第６実施形態
図１３および図１４は本発明の触媒燃焼器の第６実施形態を示す断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。なお、図１３は始動モードの状態を示し、図１４は定常運転モードを示す。また、図１５はガスの流れを説明するための燃焼触媒部の透視図である。
【００９９】
本実施形態では、上述した第５実施形態と同様に、燃焼触媒部２４の入口２４１側には１枚の板材からなる入口隔壁２４３が取り付けられ、出口２４２側には１枚の板材からなる出口隔壁２４４が取り付けられているが、両隔壁２４３，２４４ともに燃焼触媒部２４の中心位置に取り付けられ、かつ入口隔壁２４３の板材の延在方向と出口隔壁２４４の板材の延在方向とが略直交方向とされている。
【０１００】
また、入口隔壁２４３により画された流路のうちの一方の流路を開閉するための入口制御弁２４５と、出口隔壁２４４により画された流路のうちの一方の流路を開閉するための出口制御弁２４６とが設けられている。
【０１０１】
本実施形態でも、改質器８の始動時においては、図１３に示すように入口制御弁２４および出口制御弁２４６の何れも閉とし、入口隔壁２４５の一方の流路（図１５において奥側）を閉塞するとともに、出口隔壁２４４の一方の流路（図１５において上側）を閉塞する。
【０１０２】
この状態で加熱器２２により加熱された空気を導入すると、この空気は、図１５において入口隔壁２４５の手前側の上下から燃焼触媒部２４内のハニカム状セルに導入され、下流へと流れる。この流路が第１の流路Ｓ１となる。
【０１０３】
燃焼触媒部２４の出口２４２では、出口隔壁２４４の上側が出口制御弁２４６で閉塞されているので、第１の流路Ｓ１を流れてきた空気のうちの上側の第１の流路Ｓ１１を流れてきた空気は、出口隔壁２４４の上側と第１の流路Ｓ１の奥側のセルとで画されるハニカム状セルを通って、燃焼触媒部２４の下流から上流側へ逆流する。この流路が第２の流路Ｓ２となる。一方、第１の流路Ｓ１を流れてきた空気のうちの下側の第１の流路Ｓ１２を流れてきた空気は、そのまま排気される。
【０１０４】
さらに燃焼触媒部２４の入口２４１では、入口制御弁２４５により入口隔壁２４３の奥側が閉塞されているため、第２の流路Ｓ２を逆流してきた空気は、入口隔壁２４３の奥側と第２の流路Ｓ２の下側セルとで構成されるハニカム状セルを上流から下流へ通過したのち排出される。この流路が第３の流路Ｓ３となる。なお、ここでいう「上下」および「奥、手前」は、あくまで図１５における方向を意味する。
【０１０５】
本実施形態でも、こうした加熱空気により、少なくとも燃焼触媒部２４の第１の流路Ｓ１が活性可能な温度まで昇温した時点で、メタノール混合気を同様の順路で流通させ、これにより、メタノール混合気を燃焼させて燃焼触媒部２４全体を昇温する。
【０１０６】
特に本実施形態では、上述した第１乃至第４実施形態の作用効果に加えて、 第１の流路Ｓ１のうちの流路Ｓ１２を流下した高温ガスが、そのまま排出されるので、触媒燃焼器２０の下流側に接続された蒸発部２６（図１参照）も短時間に昇温させることができ、改質器の始動時間をより短縮化できる。
【０１０７】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の触媒燃焼器が適用される燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第１実施形態（始動モード）を示す断面図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図２（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第１実施形態（定常運転モード）を示す断面図、（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図３（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の燃焼触媒部の第１乃至第３の流路の断面積の関係の一例を示す斜視図である。
【図５】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第２実施形態（始動モード）を示す断面図、（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図５（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図６】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第２実施形態（定常運転モード）を示す断面図、（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図６（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図７】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第３実施形態（始動モード）を示す断面図、（Ｂ）は図７（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図７（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図８】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第３実施形態（定常運転モード）を示す断面図、（Ｂ）は図８（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図８（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図９】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第４実施形態（始動モード）を示す断面図、（Ｂ）は図９（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図９（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１０】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第４実施形態（定常運転モード）を示す断面図、（Ｂ）は図１０（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図１０（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１１】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第５実施形態（始動モード）を示す断面図、（Ｂ）は図１１（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図１１（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１２】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第５実施形態（定常運転モード）を示す断面図、（Ｂ）は図１２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図１２（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１３】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第６実施形態（始動モード）を示す断面図、（Ｂ）は図１３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図１３（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１４】（Ａ）は本発明の触媒燃焼器の第６実施形態（定常運転モード）を示す断面図、（Ｂ）は図１４（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図１４（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１５】本発明の第６実施形態のガスの流れを説明するための燃焼触媒部の透視図である。
【符号の説明】
２０…触媒燃焼器
２２…加熱部
２４…燃焼触媒部
２４１…入口
２４２…出口
２４３…入口隔壁
２４４…出口隔壁
２４５…入口制御弁
２４６…出口制御弁
Ｓ１…第１の流路
Ｓ２…第２の流路
Ｓ３…第３の流路
Claims (7)
- 入口と出口とを有し内部流路が複数のハニカム状流路とされた燃焼触媒部と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられた加熱部とを備えた触媒燃焼器において、
前記燃焼触媒部の入口側の流路を画する入口隔壁と、
前記燃焼触媒部の出口側の流路を画する出口隔壁と、
前記入口隔壁および出口隔壁により前記燃焼触媒部の内部に形成された少なくとも３つの流路と、
前記燃焼触媒部の入口側に設けられ前記入口側流路の一部を開閉する入口制御弁と、
前記燃焼触媒部の出口側に設けられ前記出口側流路の一部を開閉する出口制御弁と、を備え、
前記入口制御弁が第２の流路および第３の流路を閉塞するとともに、前記出口制御弁が第１の流路及び第２の流路を閉塞する始動モードを有し、
前記入口隔壁および前記出口隔壁のそれぞれは、前記入口隔壁の内径よりも前記出口隔壁の内径が大きい円筒状に形成され、
前記始動モードにおいて、前記入口制御弁は前記入口隔壁の外側を閉塞するとともに、前記出口制御弁は前記出口隔壁の内側を閉塞することを特徴とする触媒燃焼器。 - 入口と出口とを有し内部流路が複数のハニカム状流路とされた燃焼触媒部と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられた加熱部とを備えた触媒燃焼器において、
前記燃焼触媒部の入口側の流路を画する入口隔壁と、
前記燃焼触媒部の出口側の流路を画する出口隔壁と、
前記入口隔壁および出口隔壁により前記燃焼触媒部の内部に形成された少なくとも３つの流路と、
前記燃焼触媒部の入口側に設けられ前記入口側流路の一部を開閉する入口制御弁と、
前記燃焼触媒部の出口側に設けられ前記出口側流路の一部を開閉する出口制御弁と、を備え、
前記入口制御弁が第２の流路および第３の流路を閉塞するとともに、前記出口制御弁が第１の流路及び第２の流路を閉塞する始動モードを有し、
前記入口隔壁および前記出口隔壁のそれぞれは、前記入口隔壁の内径よりも前記出口隔壁の内径が小さい円筒状に形成され、
前記始動モードにおいて、前記入口制御弁は前記入口隔壁の内側を閉塞するとともに、前記出口制御弁は前記出口隔壁の外側を閉塞することを特徴とする触媒燃焼器。 - 入口と出口とを有し内部流路が複数のハニカム状流路とされた燃焼触媒部と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられた加熱部とを備えた触媒燃焼器において、
前記燃焼触媒部の入口側の流路を画する入口隔壁と、
前記燃焼触媒部の出口側の流路を画する出口隔壁と、
前記入口隔壁および出口隔壁により前記燃焼触媒部の内部に形成された少なくとも３つの流路と、
前記燃焼触媒部の入口側に設けられ前記入口側流路の一部を開閉する入口制御弁と、
前記燃焼触媒部の出口側に設けられ前記出口側流路の一部を開閉する出口制御弁と、を備え、
前記入口制御弁が第２の流路および第３の流路を閉塞するとともに、前記出口制御弁が第１の流路及び第２の流路を閉塞する始動モードを有し、
前記入口隔壁および前記出口隔壁のそれぞれは、前記入口隔壁の設置間隔よりも前記出口隔壁の設置間隔が広い２枚の板状に形成され、
前記始動モードにおいて、前記入口制御弁は前記入口隔壁の外側を閉塞するとともに、前記出口制御弁は前記出口隔壁の内側を閉塞することを特徴とする触媒燃焼器。 - 入口と出口とを有し内部流路が複数のハニカム状流路とされた燃焼触媒部と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられた加熱部とを備えた触媒燃焼器において、
前記燃焼触媒部の入口側の流路を画する入口隔壁と、
前記燃焼触媒部の出口側の流路を画する出口隔壁と、
前記入口隔壁および出口隔壁により前記燃焼触媒部の内部に形成された少なくとも３つの流路と、
前記燃焼触媒部の入口側に設けられ前記入口側流路の一部を開閉する入口制御弁と、
前記燃焼触媒部の出口側に設けられ前記出口側流路の一部を開閉する出口制御弁と、を備え、
前記入口制御弁が第２の流路および第３の流路を閉塞するとともに、前記出口制御弁が第１の流路及び第２の流路を閉塞する始動モードを有し、
前記入口隔壁および前記出口隔壁のそれぞれは、前記入口隔壁の設置間隔よりも前記出口隔壁の設置間隔が狭い２枚の板状に形成され、
前記始動モードにおいて、前記入口制御弁は前記入口隔壁の内側を閉塞するとともに、前記出口制御弁は前記出口隔壁の外側を閉塞することを特徴とする触媒燃焼器。 - 入口と出口とを有し内部流路が複数のハニカム状流路とされた燃焼触媒部と、前記燃焼触媒部の入口側に設けられた加熱部とを備えた触媒燃焼器において、
前記燃焼触媒部の入口側の流路を画する入口隔壁と、
前記燃焼触媒部の出口側の流路を画する出口隔壁と、
前記入口隔壁および出口隔壁により前記燃焼触媒部の内部に形成された少なくとも３つの流路と、
前記燃焼触媒部の入口側に設けられ前記入口側流路の一部を開閉する入口制御弁と、
前記燃焼触媒部の出口側に設けられ前記出口側流路の一部を開閉する出口制御弁と、を備え、
前記入口制御弁が第２の流路および第３の流路を閉塞するとともに、前記出口制御弁が第１の流路及び第２の流路を閉塞する始動モードを有し、
前記入口隔壁および前記出口隔壁のそれぞれは、互いに異なる方向に延在する１枚の板状に形成され、前記入口隔壁と前記出口隔壁とは交差しており、
前記始動モードにおいて、前記入口制御弁は、前記入口隔壁により画された前記燃焼触媒部の入口側の流路のうちの片側の流路を閉塞し、前記出口制御弁は、前記出口隔壁により画された前記燃焼触媒部の出口側の流路のうちの片側の流路を閉塞することを特徴とする触媒燃焼器。 - 前記入口制御弁および出口制御弁が、第１の流路、第２の流路および第３の流路を開放する定常運転モードを有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の触媒燃焼器。
- 前記第１の流路、前記第２の流路および前記第３の流路は、その断面積が等しいか又はこの順に徐々に大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の触媒燃焼器。
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