JP2001227419A - 燃料改質装置用燃焼器 - Google Patents
燃料改質装置用燃焼器Info
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- F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
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Abstract
(57)【要約】
【課題】酸化窒素化合物の発生を抑制できる燃料改質装
置用燃焼器を提供する。 【解決手段】燃料改質装置に熱を供給する燃焼器１００
であって、燃焼用空気１０１を予熱する電熱式ヒータ１
０２と、電熱式ヒータの下流に燃料を噴射する燃料噴射
器１０６と、予熱された燃焼用空気１０３と燃料噴射器
１０６から噴射された燃料１０７とを混合する混合室１
０５と、混合室１０５の下流に設けられ多数のメッシュ
孔を有する伝熱メッシュ１０８，１０９と、伝熱メッシ
ュ１０８，１０９の下流に設けられた触媒燃焼器１１１
と、を備える。
置用燃焼器を提供する。 【解決手段】燃料改質装置に熱を供給する燃焼器１００
であって、燃焼用空気１０１を予熱する電熱式ヒータ１
０２と、電熱式ヒータの下流に燃料を噴射する燃料噴射
器１０６と、予熱された燃焼用空気１０３と燃料噴射器
１０６から噴射された燃料１０７とを混合する混合室１
０５と、混合室１０５の下流に設けられ多数のメッシュ
孔を有する伝熱メッシュ１０８，１０９と、伝熱メッシ
ュ１０８，１０９の下流に設けられた触媒燃焼器１１１
と、を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
等に用いて好ましい燃料改質装置用燃焼器に関し、特に
燃料改質装置の改質器に熱を供給するための燃焼器に関
する。
等に用いて好ましい燃料改質装置用燃焼器に関し、特に
燃料改質装置の改質器に熱を供給するための燃焼器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】電解質層を挟んで配置された陰極側に水
素リッチガスを供給し、陽極側に空気などの酸素含有ガ
スを供給することにより、両電極で生じる電気化学反応
を利用して起電力を得る燃料電池が、車両用駆動電源と
して検討されている。
素リッチガスを供給し、陽極側に空気などの酸素含有ガ
スを供給することにより、両電極で生じる電気化学反応
を利用して起電力を得る燃料電池が、車両用駆動電源と
して検討されている。
【０００３】燃料電池への水素含有ガスの供給源として
種々の燃料改質装置が知られているが、その一つとし
て、メタノール等の炭化水素ガス（改質燃料）と水蒸気
とを反応させて下記（１）式の如く水素含有ガスを得
る、いわゆる水蒸気改質反応を利用したものがある。
種々の燃料改質装置が知られているが、その一つとし
て、メタノール等の炭化水素ガス（改質燃料）と水蒸気
とを反応させて下記（１）式の如く水素含有ガスを得
る、いわゆる水蒸気改質反応を利用したものがある。
【０００４】
【化１】ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋３Ｈ2 …（１） この水蒸気改質反応は、Ｃｕ−Ｚｎ系触媒上で選択的に
起きるが、吸熱反応であるため燃料改質装置に燃焼器を
設けて加熱しなければならない（たとえば、特開平１０
−２９７９０３号公報参照）。
起きるが、吸熱反応であるため燃料改質装置に燃焼器を
設けて加熱しなければならない（たとえば、特開平１０
−２９７９０３号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の燃料
改質装置において、始動時に火炎式燃焼器を使用したも
のは、その排気ガスが著しく汚いという問題があり、し
かも高温燃焼を行うため、酸化窒素化合物ＮＯｘが発生
するという問題があった。
改質装置において、始動時に火炎式燃焼器を使用したも
のは、その排気ガスが著しく汚いという問題があり、し
かも高温燃焼を行うため、酸化窒素化合物ＮＯｘが発生
するという問題があった。
【０００６】特に従来の燃料改質装置では、改質器の始
動時に噴射弁等により微粒化された燃料を直接火炎にし
て燃焼させるか、あるいは、直接触媒燃焼器に噴射して
燃焼させていたため、燃料粒子の付近においては、局所
的に燃焼リッチな部分が生じ、この部分で燃焼温度が上
昇して、ＮＯｘが発生してしまう。
動時に噴射弁等により微粒化された燃料を直接火炎にし
て燃焼させるか、あるいは、直接触媒燃焼器に噴射して
燃焼させていたため、燃料粒子の付近においては、局所
的に燃焼リッチな部分が生じ、この部分で燃焼温度が上
昇して、ＮＯｘが発生してしまう。
【０００７】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、酸化窒素化合物の発生を抑
制できる燃料改質装置用燃焼器を提供することを目的と
する。
鑑みてなされたものであり、酸化窒素化合物の発生を抑
制できる燃料改質装置用燃焼器を提供することを目的と
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、請求項１記載の発明によれば、燃料改質装置
に熱を供給する燃焼器であって、燃焼用ガスを予熱する
電熱式ヒータと、前記電熱式ヒータの下流に燃料を噴射
する燃料噴射器と、前記予熱された燃焼用ガスと前記燃
料噴射器から噴射された燃料とを混合する混合室と、前
記混合室の下流に設けられ多数のメッシュ孔を有する伝
熱メッシュと、前記伝熱メッシュの下流に設けられた触
媒燃焼器と、を備えた燃焼器が提供される。
るために、請求項１記載の発明によれば、燃料改質装置
に熱を供給する燃焼器であって、燃焼用ガスを予熱する
電熱式ヒータと、前記電熱式ヒータの下流に燃料を噴射
する燃料噴射器と、前記予熱された燃焼用ガスと前記燃
料噴射器から噴射された燃料とを混合する混合室と、前
記混合室の下流に設けられ多数のメッシュ孔を有する伝
熱メッシュと、前記伝熱メッシュの下流に設けられた触
媒燃焼器と、を備えた燃焼器が提供される。
【０００９】この請求項１記載の発明では、燃料改質装
置の始動時などにおいて、予熱された燃焼用ガスが、そ
の下流に設けられた伝熱メッシュを加熱し、噴射された
燃料はこの伝熱メッシュによってトラップされ、当該伝
熱メッシュの表面で完全に気化されることになる。
置の始動時などにおいて、予熱された燃焼用ガスが、そ
の下流に設けられた伝熱メッシュを加熱し、噴射された
燃料はこの伝熱メッシュによってトラップされ、当該伝
熱メッシュの表面で完全に気化されることになる。
【００１０】こうして完全に気化された燃料蒸気は、そ
の下流の触媒燃焼器に送られ、ここで気相燃焼を行うこ
とになる。その結果、局所的に燃焼リッチな場所ができ
ず、局所的な燃焼温度を防止することができ、酸化窒素
化合物ＮＯｘの発生がない、清浄な燃焼を行うことがで
きる。
の下流の触媒燃焼器に送られ、ここで気相燃焼を行うこ
とになる。その結果、局所的に燃焼リッチな場所ができ
ず、局所的な燃焼温度を防止することができ、酸化窒素
化合物ＮＯｘの発生がない、清浄な燃焼を行うことがで
きる。
【００１１】（２）上記発明においては特に限定されな
いが、請求項２記載の発明のように、前記伝熱メッシュ
は、上流側に設けられ相対的に大径のメッシュ孔を有す
る第１の伝熱メッシュと、前記第１の伝熱メッシュの下
流側に設けられ相対的に小径のメッシュ孔を有する第２
の伝熱メッシュと、を少なくとも含むことがより好まし
い。
いが、請求項２記載の発明のように、前記伝熱メッシュ
は、上流側に設けられ相対的に大径のメッシュ孔を有す
る第１の伝熱メッシュと、前記第１の伝熱メッシュの下
流側に設けられ相対的に小径のメッシュ孔を有する第２
の伝熱メッシュと、を少なくとも含むことがより好まし
い。
【００１２】この請求項２記載の発明では、混合室にて
混合された予熱燃焼用ガスと燃料とは、まず最初に第１
の伝熱メッシュを通過するが、燃料の一部分は第１の伝
熱メッシュにトラップされ、このとき第１の伝熱メッシ
ュは、予熱された燃焼用ガスによって加熱されているこ
とから、トラップされた燃料はこの第１の伝熱メッシュ
で気化して、燃料蒸気となる。また、この第１の伝熱メ
ッシュで気化されずに通過した燃料は、その下流に設け
られた小径のメッシュ孔を有する第２の伝熱メッシュに
よってトラップされる。このように、噴射燃料を段階的
にトラップすることでトラップ率を高めることができる
と同時に、伝熱メッシュの目詰まりを防止することがで
きる。
混合された予熱燃焼用ガスと燃料とは、まず最初に第１
の伝熱メッシュを通過するが、燃料の一部分は第１の伝
熱メッシュにトラップされ、このとき第１の伝熱メッシ
ュは、予熱された燃焼用ガスによって加熱されているこ
とから、トラップされた燃料はこの第１の伝熱メッシュ
で気化して、燃料蒸気となる。また、この第１の伝熱メ
ッシュで気化されずに通過した燃料は、その下流に設け
られた小径のメッシュ孔を有する第２の伝熱メッシュに
よってトラップされる。このように、噴射燃料を段階的
にトラップすることでトラップ率を高めることができる
と同時に、伝熱メッシュの目詰まりを防止することがで
きる。
【００１３】（３）請求項３記載の発明によれば、燃料
改質装置に熱を供給する燃焼器であって、燃焼用ガスを
予熱する電熱式ヒータと、前記電熱式ヒータの下流に燃
料を噴射する燃料噴射器と、前記予熱された燃焼用ガス
と前記燃料噴射器から噴射された燃料とを混合する混合
室と、前記混合室の下流の流路が少なくとも蛇行する流
路を含むように設けられた複数の伝熱体と、前記伝熱体
の下流に設けられた触媒燃焼器と、を備えた燃焼器が提
供される。
改質装置に熱を供給する燃焼器であって、燃焼用ガスを
予熱する電熱式ヒータと、前記電熱式ヒータの下流に燃
料を噴射する燃料噴射器と、前記予熱された燃焼用ガス
と前記燃料噴射器から噴射された燃料とを混合する混合
室と、前記混合室の下流の流路が少なくとも蛇行する流
路を含むように設けられた複数の伝熱体と、前記伝熱体
の下流に設けられた触媒燃焼器と、を備えた燃焼器が提
供される。
【００１４】この請求項３記載の発明では、燃料改質装
置の始動時などにおいて、予熱された燃焼用ガスが、そ
の下流に設けられた伝熱体を加熱し、噴射された燃料は
下流に向かって蛇行しながら流下することになる。この
蛇行流によって、噴射燃料は徐々にトラップされ、燃料
粒子が完全に気化される。
置の始動時などにおいて、予熱された燃焼用ガスが、そ
の下流に設けられた伝熱体を加熱し、噴射された燃料は
下流に向かって蛇行しながら流下することになる。この
蛇行流によって、噴射燃料は徐々にトラップされ、燃料
粒子が完全に気化される。
【００１５】こうして完全に気化された燃料蒸気は、そ
の下流の触媒燃焼器に送られ、ここで気相燃焼を行うこ
とになる。その結果、局所的に燃焼リッチな場所ができ
ず、局所的な燃焼温度を防止することができ、酸化窒素
化合物ＮＯｘの発生がない、清浄な燃焼を行うことがで
きる。
の下流の触媒燃焼器に送られ、ここで気相燃焼を行うこ
とになる。その結果、局所的に燃焼リッチな場所ができ
ず、局所的な燃焼温度を防止することができ、酸化窒素
化合物ＮＯｘの発生がない、清浄な燃焼を行うことがで
きる。
【００１６】（４）請求項３記載の発明において、伝熱
体の具体的構成は特に限定されず、請求項４記載の発明
のように伝熱体を平板としても、請求項５記載の発明の
ように伝熱体を多数のメッシュ孔を有する伝熱メッシュ
としても、或いは請求項６記載の発明のように伝熱体を
複数のハニカム状孔を有する伝熱ハニカムとしても良
い。
体の具体的構成は特に限定されず、請求項４記載の発明
のように伝熱体を平板としても、請求項５記載の発明の
ように伝熱体を多数のメッシュ孔を有する伝熱メッシュ
としても、或いは請求項６記載の発明のように伝熱体を
複数のハニカム状孔を有する伝熱ハニカムとしても良
い。
【００１７】請求項４記載の発明のように、伝熱体を平
板とすれば、特に燃料粒子が大きく、予熱された燃焼用
ガスの気流に乗り難く、気化し難い場合に有効である。
すなわち、燃料粒子が熱容量の大きな平板に直接衝突す
るので、燃料粒子に大きな熱量を与えることができ、こ
れにより完全に気化できる。
板とすれば、特に燃料粒子が大きく、予熱された燃焼用
ガスの気流に乗り難く、気化し難い場合に有効である。
すなわち、燃料粒子が熱容量の大きな平板に直接衝突す
るので、燃料粒子に大きな熱量を与えることができ、こ
れにより完全に気化できる。
【００１８】また、請求項５記載の発明のように、伝熱
体を多数のメッシュ孔を有する伝熱メッシュとすれば、
燃料粒子は、当該伝熱メッシュにトラップされる部分
と、トラップされないで蛇行しながら燃焼用ガスと燃料
粒子との相対速度が増加する部分とに別れ、それぞれの
部分において燃料粒子が完全に気化されることになる。
体を多数のメッシュ孔を有する伝熱メッシュとすれば、
燃料粒子は、当該伝熱メッシュにトラップされる部分
と、トラップされないで蛇行しながら燃焼用ガスと燃料
粒子との相対速度が増加する部分とに別れ、それぞれの
部分において燃料粒子が完全に気化されることになる。
【００１９】さらに、請求項６記載の発明のように、伝
熱体を複数のハニカム状孔を有する伝熱ハニカムとすれ
ば、噴射燃料はこの伝熱ハニカムにトラップされ、その
内部で完全に気化されることになる。
熱体を複数のハニカム状孔を有する伝熱ハニカムとすれ
ば、噴射燃料はこの伝熱ハニカムにトラップされ、その
内部で完全に気化されることになる。
【００２０】（５）上記目的を達成するために、請求項
７記載の発明によれば、燃料改質装置に熱を供給する燃
焼器であって、燃焼用ガスを予熱する電熱式ヒータと、
前記電熱式ヒータの下流に燃料を噴射する燃料噴射器
と、前記予熱された燃焼用ガスと前記燃料噴射器から噴
射された燃料とを混合する混合室と、前記混合室の下流
に設けられ、中央に通孔を有するとともにその周囲に多
数のメッシュ孔を有する第１の伝熱メッシュと、前記第
１の伝熱メッシュの下流に設けられ、前記第１の伝熱メ
ッシュの通孔に対応する部分に多数のメッシュ孔を有す
るとともにその周囲に通孔を有する第２の伝熱メッシュ
と、前記第２の伝熱メッシュの下流に設けられた触媒燃
焼器と、を備えた燃焼器が提供される。
７記載の発明によれば、燃料改質装置に熱を供給する燃
焼器であって、燃焼用ガスを予熱する電熱式ヒータと、
前記電熱式ヒータの下流に燃料を噴射する燃料噴射器
と、前記予熱された燃焼用ガスと前記燃料噴射器から噴
射された燃料とを混合する混合室と、前記混合室の下流
に設けられ、中央に通孔を有するとともにその周囲に多
数のメッシュ孔を有する第１の伝熱メッシュと、前記第
１の伝熱メッシュの下流に設けられ、前記第１の伝熱メ
ッシュの通孔に対応する部分に多数のメッシュ孔を有す
るとともにその周囲に通孔を有する第２の伝熱メッシュ
と、前記第２の伝熱メッシュの下流に設けられた触媒燃
焼器と、を備えた燃焼器が提供される。
【００２１】この請求項７記載の発明では、第１の伝熱
メッシュはその中央に通孔を有し、その下流に設けられ
た第２の伝熱メッシュは、第１の伝熱メッシュの通孔に
対応する部分に多数のメッシュ孔を有するので、燃料噴
射器による燃料の噴霧がホロコーン状（ほぼ円錐状）に
広がり、十分に混合されない場合に特に有効である。す
なわち、ホロコーン状に広がった部分に第１の伝熱メッ
シュのメッシュ孔があるため、この部分で燃料粒子をト
ラップして気化させることができる。こうして気化され
た燃料は、燃焼用ガスとともに当該第１の伝熱メッシュ
の通孔を通過し、下流にある第２の伝熱メッシュのメッ
シュ孔で燃料と燃焼用ガスが衝突する。これにより、円
周方向に均一にガスを分散させることができ、触媒燃焼
器へ均一な流れとして供給することができる。
メッシュはその中央に通孔を有し、その下流に設けられ
た第２の伝熱メッシュは、第１の伝熱メッシュの通孔に
対応する部分に多数のメッシュ孔を有するので、燃料噴
射器による燃料の噴霧がホロコーン状（ほぼ円錐状）に
広がり、十分に混合されない場合に特に有効である。す
なわち、ホロコーン状に広がった部分に第１の伝熱メッ
シュのメッシュ孔があるため、この部分で燃料粒子をト
ラップして気化させることができる。こうして気化され
た燃料は、燃焼用ガスとともに当該第１の伝熱メッシュ
の通孔を通過し、下流にある第２の伝熱メッシュのメッ
シュ孔で燃料と燃焼用ガスが衝突する。これにより、円
周方向に均一にガスを分散させることができ、触媒燃焼
器へ均一な流れとして供給することができる。
【００２２】
【発明の効果】請求項１，３，５および６記載の発明に
よれば、伝熱メッシュにて燃料粒子を完全に気化できる
結果、局所的に燃焼リッチな場所ができず、局所的な燃
焼温度を防止することができ、酸化窒素化合物ＮＯｘの
発生がない、清浄な燃焼を行うことができる。
よれば、伝熱メッシュにて燃料粒子を完全に気化できる
結果、局所的に燃焼リッチな場所ができず、局所的な燃
焼温度を防止することができ、酸化窒素化合物ＮＯｘの
発生がない、清浄な燃焼を行うことができる。
【００２３】これに加えて、請求項２記載の発明によれ
ば、噴射燃料を段階的にトラップすることでトラップ率
を高めることができると同時に、伝熱メッシュの目詰ま
りを防止することができる。
ば、噴射燃料を段階的にトラップすることでトラップ率
を高めることができると同時に、伝熱メッシュの目詰ま
りを防止することができる。
【００２４】また、請求項４記載の発明によれば、燃料
粒子が熱容量の大きな平板に直接衝突するので、燃料粒
子に大きな熱量を与えることができ、これにより完全に
気化できる。
粒子が熱容量の大きな平板に直接衝突するので、燃料粒
子に大きな熱量を与えることができ、これにより完全に
気化できる。
【００２５】また、請求項７記載の発明によれば、円周
方向に均一にガスを分散させることができ、触媒燃焼器
へ均一な流れとして供給することができる。
方向に均一にガスを分散させることができ、触媒燃焼器
へ均一な流れとして供給することができる。
【００２６】
【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（請求項１および２） 図１は本発明の燃焼器の第１実施形態を示す断面図、図
２は同実施形態に係る燃焼器の伝熱メッシュを示す斜視
図である。
基づいて説明する。第１実施形態（請求項１および２） 図１は本発明の燃焼器の第１実施形態を示す断面図、図
２は同実施形態に係る燃焼器の伝熱メッシュを示す斜視
図である。
【００２７】まず、図１について説明すると、本実施形
態の燃焼器１００は円筒状のケーシング１３０を有し、
このケーシング１３０の上流側に、燃焼用空気（本発明
の燃焼用ガスに相当する。）１０１を取り入れるための
入口１３１が形成され、この入口１３１の下流に、燃焼
用空気を予熱するための電気式ヒータ１０２が設けられ
ている。また、同図においてケーシング１３０の左端に
は、メタノールなどの燃料を噴射する燃料噴射器１０６
が設けられ、ここに形成された混合室１０５へ燃料を噴
射する。
態の燃焼器１００は円筒状のケーシング１３０を有し、
このケーシング１３０の上流側に、燃焼用空気（本発明
の燃焼用ガスに相当する。）１０１を取り入れるための
入口１３１が形成され、この入口１３１の下流に、燃焼
用空気を予熱するための電気式ヒータ１０２が設けられ
ている。また、同図においてケーシング１３０の左端に
は、メタノールなどの燃料を噴射する燃料噴射器１０６
が設けられ、ここに形成された混合室１０５へ燃料を噴
射する。
【００２８】そして、入口１３１から供給された燃焼用
空気１０１は、電気式ヒータ１０２によってプレヒート
され、このプレヒートされた燃焼用空気１０３は導入路
１０４を通って混合室１０５へと導入され、ここで燃料
噴射弁１０６から噴射された燃料と混合する。
空気１０１は、電気式ヒータ１０２によってプレヒート
され、このプレヒートされた燃焼用空気１０３は導入路
１０４を通って混合室１０５へと導入され、ここで燃料
噴射弁１０６から噴射された燃料と混合する。
【００２９】混合室１０５の下流には粗伝熱メッシュ１
０８（本発明の第１の伝熱メッシュに相当する。）と細
伝熱メッシュ１０９（本発明の第２の伝熱メッシュに相
当する。）とが、幾らかの間隔をおいて設けられてい
る。これら粗伝熱メッシュ１０８および細伝熱メッシュ
１０９は、図２に示すようにケーシング１３０の断面全
域に渡って設けられている。さらに、細伝熱メッシュ１
０９の下流には、触媒燃焼器１１１が設けられている。
０８（本発明の第１の伝熱メッシュに相当する。）と細
伝熱メッシュ１０９（本発明の第２の伝熱メッシュに相
当する。）とが、幾らかの間隔をおいて設けられてい
る。これら粗伝熱メッシュ１０８および細伝熱メッシュ
１０９は、図２に示すようにケーシング１３０の断面全
域に渡って設けられている。さらに、細伝熱メッシュ１
０９の下流には、触媒燃焼器１１１が設けられている。
【００３０】そして、混合室１０５にて混合された噴霧
燃料１０７と燃焼用空気１０３は、まず最初に、下流に
設けられた粗伝熱メッシュ１０８に至り、燃焼用空気１
０３は粗伝熱メッシュ１０８を通過するが、噴霧燃料１
０７は粗伝熱メッシュ１０８にトラップされる。この
際、燃焼用空気は電気式ヒータ１０２にて加熱されてい
るので、粗伝熱メッシュ１０８はこの燃焼用空気１０３
によって加熱され、トラップされた噴霧燃料１０７はそ
こで気化して、燃料蒸気となる。
燃料１０７と燃焼用空気１０３は、まず最初に、下流に
設けられた粗伝熱メッシュ１０８に至り、燃焼用空気１
０３は粗伝熱メッシュ１０８を通過するが、噴霧燃料１
０７は粗伝熱メッシュ１０８にトラップされる。この
際、燃焼用空気は電気式ヒータ１０２にて加熱されてい
るので、粗伝熱メッシュ１０８はこの燃焼用空気１０３
によって加熱され、トラップされた噴霧燃料１０７はそ
こで気化して、燃料蒸気となる。
【００３１】また、この粗伝熱メッシュ１０８で気化さ
れなかった噴霧燃料１０７があっても、その下流に設け
られた細伝熱メッシュ１０９によってトラップされ、噴
霧燃料１０７は全て気化される。
れなかった噴霧燃料１０７があっても、その下流に設け
られた細伝熱メッシュ１０９によってトラップされ、噴
霧燃料１０７は全て気化される。
【００３２】気化された燃料蒸気１１０は燃焼用空気と
混合されて、さらに下流に設けられた触媒燃焼器１１１
に至るが、２つの伝熱メッシュ１０８，１０９によって
完全に気化しているので気相燃焼が可能となり、酸化窒
素化合物ＮＯｘの生成がない、きわめて清浄な燃焼が可
能となる。
混合されて、さらに下流に設けられた触媒燃焼器１１１
に至るが、２つの伝熱メッシュ１０８，１０９によって
完全に気化しているので気相燃焼が可能となり、酸化窒
素化合物ＮＯｘの生成がない、きわめて清浄な燃焼が可
能となる。
【００３３】ちなみに、この触媒燃焼器１１１によって
発生された排気熱は、図示しない蒸発器の熱源等として
使われる。この種の蒸発器は、改質器の原料となる燃料
（メタノール）および水を気化させるためのものであ
り、この気化された原料蒸気が改質部にて触媒反応を起
こして水素を発生させ、燃料電池に供給する。
発生された排気熱は、図示しない蒸発器の熱源等として
使われる。この種の蒸発器は、改質器の原料となる燃料
（メタノール）および水を気化させるためのものであ
り、この気化された原料蒸気が改質部にて触媒反応を起
こして水素を発生させ、燃料電池に供給する。
【００３４】第２実施形態（請求項３および５） 図３は本発明の燃焼器の第２実施形態を示す断面図、図
４は同実施形態に示す燃焼器の伝熱体（伝熱メッシュ）
を示す斜視図である。
４は同実施形態に示す燃焼器の伝熱体（伝熱メッシュ）
を示す斜視図である。
【００３５】まず、図３について説明すると、本実施形
態の燃焼器１００は円筒状のケーシング１３０を有し、
このケーシング１３０の上流側に、燃焼用空気（本発明
の燃焼用ガスに相当する。）１０１を取り入れるための
入口１３１が形成され、この入口１３１の下流に、燃焼
用空気を予熱するための電気式ヒータ１０２が設けられ
ている。また、同図においてケーシング１３０の左端に
は、メタノールなどの燃料を噴射する燃料噴射器１０６
が設けられ、ここに形成された混合室１０５へ燃料を噴
射する。
態の燃焼器１００は円筒状のケーシング１３０を有し、
このケーシング１３０の上流側に、燃焼用空気（本発明
の燃焼用ガスに相当する。）１０１を取り入れるための
入口１３１が形成され、この入口１３１の下流に、燃焼
用空気を予熱するための電気式ヒータ１０２が設けられ
ている。また、同図においてケーシング１３０の左端に
は、メタノールなどの燃料を噴射する燃料噴射器１０６
が設けられ、ここに形成された混合室１０５へ燃料を噴
射する。
【００３６】そして、入口１３１から供給された燃焼用
空気１０１は、電気式ヒータ１０２によってプレヒート
され、このプレヒートされた燃焼用空気１０３は導入路
１０４を通って混合室１０５へと導入され、ここで燃料
噴射弁１０６から噴射された燃料をと混合する。
空気１０１は、電気式ヒータ１０２によってプレヒート
され、このプレヒートされた燃焼用空気１０３は導入路
１０４を通って混合室１０５へと導入され、ここで燃料
噴射弁１０６から噴射された燃料をと混合する。
【００３７】混合室１０５の下流には、４つの伝熱メッ
シュ１１２，１１４，１１５，１１６（本発明の伝熱体
に相当する。）が、幾らかの間隔をおいて設けられてい
る。また、図４に示すように、それぞれの伝熱メッシュ
の一側が削落されて、通路１１３，１１７，１１８，１
１９が形成されている。これら各伝熱メッシュ１１２，
１１４，１１５，１１６の一側に形成される通路１１
３、１１７，１１８，１１９は、混合室１０５から流下
した燃料と燃焼用空気との混合気体が蛇行するように千
鳥状に配置されている。さらに、伝熱メッシュ１１６の
下流には、触媒燃焼器１１１が設けられている。
シュ１１２，１１４，１１５，１１６（本発明の伝熱体
に相当する。）が、幾らかの間隔をおいて設けられてい
る。また、図４に示すように、それぞれの伝熱メッシュ
の一側が削落されて、通路１１３，１１７，１１８，１
１９が形成されている。これら各伝熱メッシュ１１２，
１１４，１１５，１１６の一側に形成される通路１１
３、１１７，１１８，１１９は、混合室１０５から流下
した燃料と燃焼用空気との混合気体が蛇行するように千
鳥状に配置されている。さらに、伝熱メッシュ１１６の
下流には、触媒燃焼器１１１が設けられている。
【００３８】そして、混合室１０５で混合された燃料用
空気１０３と噴霧燃料１０７はその下流にある１段目の
伝熱メッシュ１１２に到達し、そのほとんどは当該伝熱
メッシュ１１２に衝突するが、一部は通路１１３を通っ
て２段目の伝熱メッシュ１１４に衝突し、あるいは通路
１１７を通過して次の３段目の伝熱メッシュ１１５に衝
突する。これを繰り返し、最終的に４段目の伝熱メッシ
ュ１１６と、通路１１９を通過する。
空気１０３と噴霧燃料１０７はその下流にある１段目の
伝熱メッシュ１１２に到達し、そのほとんどは当該伝熱
メッシュ１１２に衝突するが、一部は通路１１３を通っ
て２段目の伝熱メッシュ１１４に衝突し、あるいは通路
１１７を通過して次の３段目の伝熱メッシュ１１５に衝
突する。これを繰り返し、最終的に４段目の伝熱メッシ
ュ１１６と、通路１１９を通過する。
【００３９】この過程において、各伝熱メッシュ１１
２、１１４，１１５，１１６のどれかで噴霧燃料は全て
気化されることになる。また、燃焼用空気１０３は、通
路１１３，１１７，１１８を通過する際に、強制的に流
れの向きが変えられるため、燃焼用空気１０３と噴霧燃
料との相対速度差が増し、これにより、熱伝達率が増加
して、空気の熱による噴霧燃料１０７の気化がより促進
される。このように、各伝熱メッシュ１１２，１１４，
１１５，１１６での噴霧燃料１０７の気化と、通路１１
３，１１７，１１８，１１９での熱伝達率の向上による
噴霧燃料１０７の気化とによって、より確実に噴霧燃料
１０７を気化することができる。
２、１１４，１１５，１１６のどれかで噴霧燃料は全て
気化されることになる。また、燃焼用空気１０３は、通
路１１３，１１７，１１８を通過する際に、強制的に流
れの向きが変えられるため、燃焼用空気１０３と噴霧燃
料との相対速度差が増し、これにより、熱伝達率が増加
して、空気の熱による噴霧燃料１０７の気化がより促進
される。このように、各伝熱メッシュ１１２，１１４，
１１５，１１６での噴霧燃料１０７の気化と、通路１１
３，１１７，１１８，１１９での熱伝達率の向上による
噴霧燃料１０７の気化とによって、より確実に噴霧燃料
１０７を気化することができる。
【００４０】第３実施形態（請求項３および４） 図５は本発明の燃焼器の第３実施形態を示す断面図、図
６は同実施形態に係る燃焼器の伝熱体（伝熱板）を示す
斜視図である。
６は同実施形態に係る燃焼器の伝熱体（伝熱板）を示す
斜視図である。
【００４１】本例は、上述した第２実施形態の伝熱メッ
シュ１１２，１１４，１１５，１１６の材料がプレーン
な板、すなわち平板１２０，１２１，１２２，１２３に
代わったものであり、それ以外の構成については、第２
実施形態と同様である。
シュ１１２，１１４，１１５，１１６の材料がプレーン
な板、すなわち平板１２０，１２１，１２２，１２３に
代わったものであり、それ以外の構成については、第２
実施形態と同様である。
【００４２】本例のように伝熱体を平板にて構成すると
次のような効果がある。すなわち、噴霧燃料１０７の粒
径が比較的大きな場合に、伝熱メッシュであると燃料粒
子がトラップされずにそのままミスト状態で触媒燃焼器
１１１に到達することがある。そこで、粒径の大きな噴
霧燃料１０７を確実に伝熱板１２０，１２１，１２２，
１２３で確実に受け止め、これを気化をさせることが本
例の目的である。また、伝熱体を平板とすることで、熱
容量が大きくなり、これに衝突した噴射燃料の気化速度
および気化率がより向上することになる。
次のような効果がある。すなわち、噴霧燃料１０７の粒
径が比較的大きな場合に、伝熱メッシュであると燃料粒
子がトラップされずにそのままミスト状態で触媒燃焼器
１１１に到達することがある。そこで、粒径の大きな噴
霧燃料１０７を確実に伝熱板１２０，１２１，１２２，
１２３で確実に受け止め、これを気化をさせることが本
例の目的である。また、伝熱体を平板とすることで、熱
容量が大きくなり、これに衝突した噴射燃料の気化速度
および気化率がより向上することになる。
【００４３】第４実施形態（請求項３および６） 図７は本発明の燃焼器の第４実施形態を示す断面図であ
る。本例は、上述した第１実施形態における伝熱メッシ
ュ１０８，１０９が伝熱ハニカム１２４，１２５，１２
６に代わったものであり、それ以外の構成については、
第１実施形態と同様である。
る。本例は、上述した第１実施形態における伝熱メッシ
ュ１０８，１０９が伝熱ハニカム１２４，１２５，１２
６に代わったものであり、それ以外の構成については、
第１実施形態と同様である。
【００４４】特に本例では、３つの伝熱ハニカム１２
４，１２５，１２６につき、上流側の伝熱ハニカムの方
が下流側の伝熱ハニカムに比べてハニカムの目の粗さが
粗く設定されている。その意味で、１２４を粗伝熱ハニ
カム、１２５を中粗伝熱ハニカム、１２６を細粗伝熱ハ
ニカムと称する。
４，１２５，１２６につき、上流側の伝熱ハニカムの方
が下流側の伝熱ハニカムに比べてハニカムの目の粗さが
粗く設定されている。その意味で、１２４を粗伝熱ハニ
カム、１２５を中粗伝熱ハニカム、１２６を細粗伝熱ハ
ニカムと称する。
【００４５】これら粗伝熱ハニカム１２４、中粗伝熱ハ
ニカム１２５および細伝熱ハニカム１２６により、混合
室１０５から流下した噴霧燃料１０７が粗い粒子から順
に気化し、最終的には全て気化したのち燃焼触媒１１１
に供給されることになる。本例では、第１実施形態の伝
熱メッシュ１０８，１０９に比べて、伝熱面積を多く取
れるので、より気化し易いといった利点がある。
ニカム１２５および細伝熱ハニカム１２６により、混合
室１０５から流下した噴霧燃料１０７が粗い粒子から順
に気化し、最終的には全て気化したのち燃焼触媒１１１
に供給されることになる。本例では、第１実施形態の伝
熱メッシュ１０８，１０９に比べて、伝熱面積を多く取
れるので、より気化し易いといった利点がある。
【００４６】第５実施形態（請求項７） 図８は本発明の燃焼器の第５実施形態を示す断面図、図
９は同実施形態の燃焼器の伝熱メッシュを示す斜視図で
ある。
９は同実施形態の燃焼器の伝熱メッシュを示す斜視図で
ある。
【００４７】本例は、上述した第１実施形態における伝
熱メッシュ１０８，１０９が中空伝熱メッシュ１２７お
よび外周通路伝熱メッシュ１２８（図９も参照）に代わ
ったものであり、それ以外の構成については、第１実施
形態と同様である。
熱メッシュ１０８，１０９が中空伝熱メッシュ１２７お
よび外周通路伝熱メッシュ１２８（図９も参照）に代わ
ったものであり、それ以外の構成については、第１実施
形態と同様である。
【００４８】本実施例は、燃料噴射弁１０６がホロコー
ン状に拡散して、十分にミキシングされずに下流に到達
する場合、特に燃料噴射器１０６と伝熱メッシュ１２７
との距離が十分に取れない場合に効果を発揮する。すな
わち、ホロコーン状に拡散した噴霧燃料１０７は、その
まま環状に広がり、中空伝熱メッシュ１２７に到達して
気化され、燃焼用空気１０３とともに、通路１２９を通
って、下流にある外周通路伝熱メッシュ１２８に衝突
し、そこで中心部に集中したガス流れを拡散して、燃焼
触媒１１１に円周方向に対して均等にガスを分布して供
給を行うことができる。これにより、円周方向に均一な
燃焼が可能になるとともに、伝熱メッシュ１２７と燃料
噴射器１０６間の距離を充分に取れない場合に有効とな
る。
ン状に拡散して、十分にミキシングされずに下流に到達
する場合、特に燃料噴射器１０６と伝熱メッシュ１２７
との距離が十分に取れない場合に効果を発揮する。すな
わち、ホロコーン状に拡散した噴霧燃料１０７は、その
まま環状に広がり、中空伝熱メッシュ１２７に到達して
気化され、燃焼用空気１０３とともに、通路１２９を通
って、下流にある外周通路伝熱メッシュ１２８に衝突
し、そこで中心部に集中したガス流れを拡散して、燃焼
触媒１１１に円周方向に対して均等にガスを分布して供
給を行うことができる。これにより、円周方向に均一な
燃焼が可能になるとともに、伝熱メッシュ１２７と燃料
噴射器１０６間の距離を充分に取れない場合に有効とな
る。
【００４９】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。
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１】本発明の燃焼器の第１実施形態を示す断面図で
ある。
ある。
【図２】図１の燃焼器の伝熱メッシュを示す斜視図であ
る。
る。
【図３】本発明の燃焼器の第２実施形態を示す断面図で
ある。
ある。
【図４】図３の燃焼器の伝熱体（伝熱メッシュ）を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図５】本発明の燃焼器の第３実施形態を示す断面図で
ある。
ある。
【図６】図５の燃焼器の伝熱体（伝熱板）を示す斜視図
である。
である。
【図７】本発明の燃焼器の第４実施形態を示す断面図で
ある。
ある。
【図８】本発明の燃焼器の第５実施形態を示す断面図で
ある。
ある。
【図９】図８の燃焼器の伝熱メッシュを示す斜視図であ
る。
る。
１００…燃焼器 １０１…燃焼用空気（燃焼用ガス） １０２…電熱式ヒータ １０５…混合室 １０６…燃料噴射器 １０８…粗伝熱メッシュ（第１の伝熱メッシュ） １０９…細伝熱メッシュ（第２の伝熱メッシュ） １１１…触媒燃焼器 １１２，１１４，１１５，１１６…伝熱メッシュ（伝熱
体） １２０，１２１，１２２，１２３…伝熱板（伝熱体） １２３，１２５，１２６…伝熱ハニカム（伝熱体） １２７…中空伝熱メッシュ（第１の伝熱メッシュ） １２８…外周通路伝熱メッシュ（第２の伝熱メッシュ）
体） １２０，１２１，１２２，１２３…伝熱板（伝熱体） １２３，１２５，１２６…伝熱ハニカム（伝熱体） １２７…中空伝熱メッシュ（第１の伝熱メッシュ） １２８…外周通路伝熱メッシュ（第２の伝熱メッシュ）
Claims (7)
- 【請求項１】燃料改質装置に熱を供給する燃焼器であっ
て、燃焼用ガスを予熱する電熱式ヒータと、前記電熱式
ヒータの下流に燃料を噴射する燃料噴射器と、前記予熱
された燃焼用ガスと前記燃料噴射器から噴射された燃料
とを混合する混合室と、前記混合室の下流に設けられ多
数のメッシュ孔を有する伝熱メッシュと、前記伝熱メッ
シュの下流に設けられた触媒燃焼器と、を備えた燃焼
器。 - 【請求項２】前記伝熱メッシュは、上流側に設けられ相
対的に大径のメッシュ孔を有する第１の伝熱メッシュ
と、前記第１の伝熱メッシュの下流側に設けられ相対的
に小径のメッシュ孔を有する第２の伝熱メッシュと、を
少なくとも含む請求項１記載の燃焼器。 - 【請求項３】燃料改質装置に熱を供給する燃焼器であっ
て、燃焼用ガスを予熱する電熱式ヒータと、前記電熱式
ヒータの下流に燃料を噴射する燃料噴射器と、前記予熱
された燃焼用ガスと前記燃料噴射器から噴射された燃料
とを混合する混合室と、前記混合室の下流の流路が少な
くとも蛇行する流路を含むように設けられた複数の伝熱
体と、前記伝熱体の下流に設けられた触媒燃焼器と、を
備えた燃焼器。 - 【請求項４】前記伝熱体が、平板である請求項３記載の
燃焼器。 - 【請求項５】前記伝熱体が、多数のメッシュ孔を有する
伝熱メッシュである請求項３記載の燃焼器。 - 【請求項６】前記伝熱体が、複数のハニカム状孔を有す
る伝熱ハニカムである請求項３記載の燃焼器。 - 【請求項７】燃料改質装置に熱を供給する燃焼器であっ
て、 燃焼用ガスを予熱する電熱式ヒータと、 前記電熱式ヒータの下流に燃料を噴射する燃料噴射器
と、 前記予熱された燃焼用ガスと前記燃料噴射器から噴射さ
れた燃料とを混合する混合室と、 前記混合室の下流に設けられ、中央に通孔を有するとと
もにその周囲に多数のメッシュ孔を有する第１の伝熱メ
ッシュと、 前記第１の伝熱メッシュの下流に設けられ、前記第１の
伝熱メッシュの通孔に対応する部分に多数のメッシュ孔
を有するとともにその周囲に通孔を有する第２の伝熱メ
ッシュと、 前記第２の伝熱メッシュの下流に設けられた触媒燃焼器
と、を備えた燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000041195A JP3572395B2 (ja) | 2000-02-18 | 2000-02-18 | 燃料改質装置用燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000041195A JP3572395B2 (ja) | 2000-02-18 | 2000-02-18 | 燃料改質装置用燃焼器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001227419A true JP2001227419A (ja) | 2001-08-24 |
| JP3572395B2 JP3572395B2 (ja) | 2004-09-29 |
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ID=18564464
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000041195A Expired - Fee Related JP3572395B2 (ja) | 2000-02-18 | 2000-02-18 | 燃料改質装置用燃焼器 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3572395B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2004035400A (ja) * | 2002-07-12 | 2004-02-05 | J Eberspaecher Gmbh & Co Kg | 蒸発装置、特に、改質器内で水素を回収する為に分解可能な炭化水素／混合材混合気を製造するための蒸発装置 |
| EP1304310A3 (de) * | 2001-10-05 | 2004-05-26 | DaimlerChrysler AG | Verfahren und Vorrichtung zur Reformierung flüssiger Kohlenwasserstoffgemische |
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| JP2010276331A (ja) * | 2009-05-28 | 2010-12-09 | Samsung Sdi Co Ltd | 触媒燃焼器及び燃料改質器 |
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|---|---|---|---|---|
| CN111022223B (zh) * | 2019-11-28 | 2021-11-26 | 清华大学 | 一种用于发动机冷启动的进气加热装置及发动机 |
-
2000
- 2000-02-18 JP JP2000041195A patent/JP3572395B2/ja not_active Expired - Fee Related
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