JP4074617B2 - 触媒燃焼器及び燃焼ヒータ並びに燃料電池システム - Google Patents
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Description
また、本発明は、触媒燃焼器によって生成される燃焼ガスを熱源として冷却媒体を加熱する熱交換器とを備えるものであって、熱変換効率に優れた燃焼ヒータ、およびシステム性能の向上を図ることができる燃料電池システムを提供することを目的としている。
以下、第1実施形態の触媒燃焼器を搭載した燃焼ヒータについて図1ないし図4を参照して説明する。図1は燃焼ヒータを示す断面図、図2は第1実施形態の触媒燃焼器の整流板を示し、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B線断面図、図3は第1実施形態の触媒燃焼器に導入される混合ガスの流れを模式的に示す図、図4は図1のA−A線断面図である。
図1に示すように、混合器52において、燃料ガスと酸化剤ガスとが混合されて、混合ガスMgが配管15を介して触媒燃焼器11Aに送られる。このとき、混合ガスMgが触媒燃焼部13の上流側に設けられた整流板9Aに当ることにより、混合ガスMgが一旦滞留して圧力損失が発生するようになる(図3参照)。このように混合ガスMgの流れ(流速または流量)が一旦抑えられることによって、混合ガスMg内の燃料ガスと酸化剤ガスと均等に混ざるようになる。また、整流板9Aを発泡金属とすることにより、混合ガスMgが発泡金属内で攪拌されるので、燃料ガスと酸化剤ガスとをさらに均等に混ぜることが可能になる。そして、均等に混ざった状態の混合ガスMgは、一方の補強板19の貫通孔19a(図2(a)(b)参照)、発泡金属板9内、およびもう一方の補強板19の貫通孔19aを通って触媒燃焼部13に向けて排出される。これにより、触媒燃焼部13の入口側の面13a(図3参照)に対して、燃料ガスと酸化剤ガスとの混ざり度合が均一な混合ガスMgを供給することが可能になり、触媒燃焼部13内での燃焼温度を均一化できるようになる。よって、触媒燃焼器11Aでは、熱交換部5に対して、燃焼温度分布が均一な燃焼ガスMsを供給できるようになる。
この燃料電池システムF1は、燃料電池FC、水素供給系20、空気供給系30、冷却系40、暖機系50、希釈系70および制御装置80を含んで構成されている。
運転者により車両のイグニッションスイッチ(図示せず)がON状態にされると、制御装置80は、暖機制御を開始する。制御装置80は、水ポンプ43からの冷却媒体Mrを燃焼ヒータ10に供給する暖機運転位置に三方電磁弁44を切り換える。そして、第3ガス流量制御弁56を開弁方向へ所定量駆動させ、第1ガス流量制御弁54と第2ガス流量制御弁72とをそれぞれ閉鎖して、混合器52に、第3燃料ガスライン68および燃料配管67cを介して高圧水素タンク21の水素(燃料ガス)を導入する。このときの水素導入量は、流量センサ55によって監視される。一方、カソード極P2から排出されたカソードオフガス(酸化剤ガス)は、そのほぼ全量が第1カソードオフガスライン64を介して混合器52に導入される。
図6は第2実施形態の触媒燃焼器に設けられる整流板を示し、(a)は平面図、(b)は(a)のC−C線断面図、図7は第2実施形態の触媒燃焼器に導入される混合ガスの流れを模式的に示す図である。
図6(a)に示すように、第2実施形態の触媒燃焼器11Bの整流板9Bは、複数枚の平板19bと複数枚の波板19cとで構成され、各平板19bの平面と各波板19cの波面とが互いに対面するようにしてロウ付けなどによって接合される。そして、平板19bと波板19cとが接合された構造板が、同心円状となるように複数積層される。また、波板19cの凹凸のピッチが一定に形成されて、平板19bと波板19cとで囲まれる断面略三角形状の空隙19dの大きさが一定に設定されている。
9 発泡金属板
9A,9B 整流板
10 燃焼ヒータ
11A,11B 触媒燃焼器
13 触媒燃焼部
19 補強板
19a 貫通孔
19b 平板
19c 波板
52 混合器
Mg 混合ガス
Mr 冷却媒体
Ms 燃焼ガス
Claims (3)
- 混合器から供給された燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスを燃焼させる触媒燃焼部を備えた触媒燃焼器であって、
前記触媒燃焼部の上流側に設けられ、前記混合ガスに少なくとも圧力損失を与える整流板を有し、
前記整流板は、前記混合ガスが通過する開口径が前記混合ガスの消炎径以下に設定される、3次元網目状構造を有する多孔質体であり、
前記整流板の両面には複数の貫通孔を有する補強板が積層され、前記多孔質体の内部の気孔同士が一方の補強板の面からもう一方の補強板に連通する連続気孔構造となっていることを特徴とする触媒燃焼器。 - 請求項1に記載の触媒燃焼器と、前記触媒燃焼器の下流側に設けられて前記触媒燃焼器によって生成される燃焼ガスを熱源として冷却媒体を加熱する熱交換器とを備えることを特徴とする燃焼ヒータ。
- 燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池内に冷却媒体を循環させて前記燃料電池を冷却する冷却手段と、請求項1に記載の触媒燃焼器と、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを混合して前記触媒燃焼器に供給する混合器と、前記触媒燃焼器によって生成された燃焼ガスを熱源として前記冷却媒体を加熱する熱交換器とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
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