JP4310881B2 - 燃焼加熱装置およびこれを備える燃料改質装置並びに燃料電池システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼加熱装置およびこれを備える燃料改質装置並びに燃料電池システムに関し、詳しくは、燃料の燃焼による熱を用いて被加熱流体を加熱する燃焼加熱装置およびこれを備え炭化水素系の燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する燃料改質装置並びに炭化水素系の燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する燃料改質装置と該燃料改質装置からの燃料ガスと空気との供給を受けて発電する燃料電池とを備える燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の燃焼加熱装置としては、供給された燃料としてのメタノールと空気とからなる混合物をヒータにより加熱し、これを触媒燃焼により得られる熱を用いて被加熱流体を加熱する熱交換部に供給するものが提案されている（特開平８−１１９６０２号公報など）。この燃焼加熱装置は、メタノールを水蒸気改質反応により水素リッチな燃料ガスに改質するメタノール改質装置におけるメタノールと水とからなる改質原料を被加熱流体として加熱により蒸気化する蒸発部として組み込まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした燃焼加熱装置では、液体燃料であるメタノールと空気とをヒータの上流側に供給するから、液体燃料と空気との混合の均一化を図ることが困難な場合が多い。燃料と空気との混合の均一化が図れていないと、燃焼、特に触媒燃焼にムラが生じ、燃料の効率的な燃焼ができなくなり、装置としての効率を低下させてしまう。
【０００４】
本発明の燃焼加熱装置は、燃料と空気との混合の均一化を図ることを目的の一つとする。また、本発明の燃焼加熱装置は、燃料のより適切な燃焼を行なって装置の効率を向上させることを目的の一つとする。本発明の燃料改質装置は、改質原料の少なくとも一部を効率よく蒸気化することを目的の一つとする。本発明の燃料電池システムは、システム全体のエネルギ効率を向上させることを目的の一つとする。また、本発明の燃料電池システムは、システム全体の簡易化や小型化を図ることを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の燃焼加熱装置およびこれを備える燃料改質装置並びに燃料電池システムは、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の燃焼加熱装置は、
燃料の燃焼による熱を用いて被加熱流体を加熱する燃焼加熱装置であって、
前記燃料を供給する燃料供給手段と、
該供給された燃料を燃焼可能な触媒を担持し、該供給された燃料の一部を燃焼して得られる熱を用いて残余の燃料を気化する気化手段と、
前記気化手段による前記燃料の燃焼に用いられる空気を供給する第１空気供給手段と、
前記気化手段により気化された燃料の燃焼に用いられる空気を供給して混合ガスとする第２空気供給手段と
を備え、
前記第１空気供給手段は前記気化手段の上流側に配置され、前記第２空気供給手段は前記気化手段の下流側に配置されていることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の燃焼加熱装置では、第１空気供給手段が、燃料供給手段により供給された燃料の一部を燃焼して得られる熱を用いて残余の燃料を気化する気化手段による燃料の燃焼に用いられる空気を供給し、第２空気供給手段が、気化手段により気化された燃料の燃焼に用いられる空気を供給する。すなわち、燃料を気化する際の燃料の燃焼に用いる空気と気化された燃料の燃焼に用いる空気とを別々に供給することができる。第２空気供給手段により供給される空気は、気化された燃料に供給されて混合されるから、液体燃料と空気とを混合するものに比してより均一に混合することができる。この結果、燃料の燃焼のムラを抑制することができると共に燃料をより効率よく燃焼することができる。
【０００８】
こうした本発明の燃焼加熱装置において、前記燃料供給手段は、前記燃料を噴霧する手段であるものとすることもできる。こうすれば、気化手段による気化を容易に行なうことができると共に気化の効率を高くすることができる。
【０００９】
また、本発明の燃焼加熱装置において、前記燃料供給手段により供給された燃料の供給量に基づいて前記第１空気供給手段により供給される空気量を制御する第１空気量制御手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、燃料の気化のためのより適正な空気量を供給することができる。この態様の本発明の燃焼加熱装置において、前記第１空気量制御手段は、前記供給された燃料を気化するのに必要な空気量を供給するよう前記第１空気供給手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、燃料の気化に過不足のない空気量を供給することができる。
【００１０】
さらに、本発明の燃焼加熱装置において、前記燃料供給手段により供給された燃料の供給量に基づいて前記第２空気供給手段により供給される空気量を制御する第２空気量制御手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、気化した燃料の燃焼のためのより適正な空気量を供給することができる。
【００１１】
また、本発明の燃焼加熱装置において、前記気化手段は、前記触媒を加熱する触媒加熱手段を備えるものとすることもできる。
【００１２】
あるいは、本発明の燃焼加熱装置において、前記燃料を燃焼可能な触媒を担持し、前記気化手段により気化された燃料と前記第２空気供給手段により供給された空気とを含む混合ガス中の燃料を前記触媒上で燃焼する際に生じる熱を用いて前記被加熱流体を加熱する熱交換手段を備えるものとすることもできる。
【００１３】
本発明の燃料改質装置は、
炭化水素系の燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する燃料改質装置であって、前記被加熱流体として前記炭化水素系の燃料および／または水を加熱して蒸気化する前述の各態様のうちのいずれかの本発明の燃焼加熱装置と、
該蒸気化された前記炭化水素系の燃料および／または水の供給を受けて該炭化水素系の燃料を水蒸気改質反応により前記燃料ガスに改質する改質手段と
を備えることを要旨とする。
【００１４】
この本発明の燃料改質装置では、本発明の燃焼加熱装置を被加熱流体としての炭化水素系の燃料や水を加熱して蒸気化する蒸発部として用いるから、本発明の燃焼加熱装置が奏する効果、すなわち、燃料をより効率よく燃焼して被加熱流体としての炭化水素系の燃料や水を効率よく加熱して蒸気化することができる効果を奏する。
【００１５】
本発明の燃料電池システムは、
炭化水素系の燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する燃料改質装置と該燃料改質装置からの燃料ガスと空気との供給を受けて発電する燃料電池とを備える燃料電池システムであって、
前記燃料改質装置は、本発明の燃料改質装置であり、
前記第１空気供給手段および／または前記第２空気供給手段は、前記燃料電池にも空気を供給する手段である
ことを要旨とする。
【００１６】
この本発明の燃料電池システムでは、本発明の燃料改質装置を備えるから、本発明の燃料改質装置が奏する効果、すなわち燃料をより効率よく燃焼して被加熱流体としての炭化水素系の燃料や水を効率よく加熱して蒸気化することができる効果を奏する他に、第１空気供給手段か第２空気供給手段が燃料電池にも空気を供給する手段であることから、システムの簡易化や小型化を図ることができる効果を奏する。
【００１７】
こうした本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池のカソード側の排ガスを前記第１空気供給手段により供給される空気に加えて又は該空気に代えて供給する第１カソード排ガス供給手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、システムからの排ガスを少なくすることができる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池のカソード側の排ガスを前記第２空気供給手段により供給される空気に加えて又は該空気に代えて供給する第２カソード排ガス供給手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、システムからの排ガスを少なくすることができる。
【００１９】
さらに、本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池のアノード側の排ガスを前記第２空気供給手段により供給される空気に加えて供給するアノード排ガス供給手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、燃料電池のアノード側の排ガスに含まれる水素を有効に利用することができる。この結果、システム全体のエネルギ効率を向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は本発明の一実施例である燃焼加熱装置２０の構成の概略を模式的に示す構成図であり、図２は実施例の燃焼加熱装置２０の本体の構成の概略を示す構成図である。
【００２１】
実施例の燃焼加熱装置２０は、図１に示すように、燃料タンク２２から燃料ポンプ２４により供給される燃料と第１ブロア３２により供給される空気とを混合する第１混合室３０と、第１混合室３０からの燃料の一部を燃焼し得られる熱により残余の燃料を気化する燃焼ヒータ３６と、第２ブロア４０により供給される空気と気化した燃料とを混合する第２混合室３８と、気化した燃料を燃焼すると共に燃焼により生じる熱を用いて非加熱流体を加熱する熱交換器５２と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット７０とを備える。
【００２２】
図２に示すように、第１混合室３０には、燃料供給口２６から供給される燃料を噴霧するインジェクタ２８と、第１ブロア３２から供給される空気を第１混合室３０の噴霧された燃料の流れの軸に対して直交する方向から偏心させて導入する第１空気導入管３４とが取り付けられており、インジェクタ２８により噴霧された燃料と第１空気導入管３４から導入される空気とが略均一に混合できるようになっている。
【００２３】
燃焼ヒータ３６は、表面に燃料を燃焼可能な触媒を担持するＥＨＣ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｈｅａｔｅｄ Ｃａｔａｌｙｓｔ）として構成されており、噴霧された燃料の一部を導入された空気中の酸素を用いて燃焼し、燃焼により生じる熱を用いて残余の燃料を気化する。
【００２４】
燃焼ヒータ３６により気化された燃料は、第２混合室３８内の燃料の流れの軸に対して直交する方向から偏心して取り付けられた第２空気導入管４２を介して第２ブロア４０から供給される空気と第２混合室３８で略均一に混合され、つづら折り状に形成された燃焼ガス流路５８に取り付けられた熱交換器５２に供給され、燃焼排ガス管６０から排出される。
【００２５】
図３に熱交換器５２の構造を例示する。熱交換器５２は、図示するように、図中上下に開放口を有する波板付きの被加熱流体流路部材５４と、図中左右に開放口を有する同じく波板付きの燃料流路部材５６とが交互に積層されて形成されている。燃料流路部材５６の波板には、燃料を燃焼する燃焼触媒、例えば白金触媒などが担持されており、燃料が燃料流路部材５６を流れる際に燃焼触媒上で燃焼するようになっている。被加熱流体流路部材５４と燃料流路部材５６は交互に積層されているから、被加熱流体流路部材５４に鉛直下側から上側に向けて被加熱流体を供給すれば、被加熱流体は、燃料流路部材５６に左側から右側に流れる燃焼ガスと熱交換し、加熱されるようになっている。
【００２６】
被加熱流体は、図２に示すように、被加熱流体供給管６２から多孔体により形成された入口部材６３を介して熱交換器５２の被加熱流体流路部材５４に供給され、排出管６４を介して出口６６から送出されるようになっている。
【００２７】
電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ７４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ７６と、入出力ポート（図示せず）とを備える。この電子制御ユニット７０には、図示しないが要求負荷量を指示する制御信号などが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット７０からは、燃料ポンプ２４や第１ブロア３２，第２ブロア４０への駆動信号や燃焼ヒータ３６への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００２８】
次に、こうして構成された実施例の燃焼加熱装置２０の動作、特に運転制御の様子について説明する。図４は、実施例の燃焼加熱装置２０の電子制御ユニット７０により実行される運転制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、実施例の燃焼加熱装置２０が始動されてから所定時間毎（例えば、１００ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２９】
運転制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、要求負荷量に基づいて燃料の供給量を決定する処理を実行する（ステップＳ１００）。要求負荷量は、例えば被加熱流体の供給量と加熱量とからなり、この供給された被加熱流体を加熱に必要なエネルギ量として燃料の供給量を決定する。続いて、決定された燃料の供給量がインジェクタ２８から第１混合室３０に噴霧されるよう燃料ポンプ２４を駆動制御する（ステップＳ１０２）。
【００３０】
次に、燃焼ヒータ３６による燃料の気化に必要な空気量を計算し（ステップＳ１０４）、計算した空気量が第１混合室３０に供給されるよう第１ブロア３２を駆動制御する（ステップＳ１０６）。空気量の計算は、具体的に燃料の温度と比熱とにより計算できるが、実施例では燃料の供給量に対して第１ブロア３２により供給する空気量をマップとして予めＲＯＭ７４に記憶しておき、燃料の供給量が与えられるとそのマップから供給する空気量を導出するものとした。
【００３１】
そして、燃焼ヒータ３６により気化された燃料を熱交換器５２の燃料流路部材５６で燃焼するのに必要な空気量を計算し（ステップＳ１０８）、計算した空気量が第２混合室３８に導入されるよう第２ブロア４０を駆動制御して（ステップＳ１１０）、本ルーチンを終了する。必要な空気量の計算は、理論空燃比などを用いて行なうこともできるが、実施例では燃料の供給量に対して第２ブロア４０により供給する空気量をマップとして予めＲＯＭ７４に記憶しておき、燃料の供給量が与えられるとそのマップから供給する空気量を導出するものとした。
【００３２】
以上説明した実施例の燃焼加熱装置２０によれば、供給された燃料の一部を燃焼して残余の燃料を気化するために必要な空気と気化した燃料を熱交換器５２の燃料流路部材５６で燃焼するために必要な空気とを別々に導入するから、燃焼ヒータ３６で過剰に燃焼することがなく、熱交換器５２における熱交換効率を向上させることができる。しかも、要求負荷量に基づいて燃料の供給量を決定し、この燃料の供給量に基づいて第１ブロア３２から供給される空気量と第２ブロア４０から供給される空気量とを計算するから、要求負荷の変動に対してもより適正な空気量を適正な位置に導入することができる。
【００３３】
実施例の燃焼加熱装置２０では、第１空気導入管３４や第２空気導入管４２の空気導入口を円形としたが、扁平な楕円などとすることもできる。こうすれば、さらに、燃料と導入される空気とをより均一に混合することができる。また、実施例の燃焼加熱装置２０では、燃焼ヒータ３６としてＥＨＣを用いたが、単に加熱するだけのヒータを用いるものとしても差し支えない。
【００３４】
実施例の燃焼加熱装置２０では、気化した燃料と空気との混合ガスを燃料を燃焼する触媒を担持する燃料流路部材５６とこの燃料流路部材５６と熱交換可能な被加熱流体流路部材５４とからなる熱交換器５２に供給するものとしたが、気化した燃料と空気との混合ガスを燃焼する燃焼部とこの燃焼部からの燃焼ガスの流路とこの流路と熱交換可能な被加熱流体流路部材５４とからなる熱交換器とからなるものとしてもよい。また、気化した燃料と空気との混合ガスを燃焼する際に生じる熱を直接被加熱流体に加えるようにしてもよい。
【００３５】
次に、実施例の燃焼加熱装置２０を炭化水素系の燃料と水とからなる改質原料を加熱して蒸発する蒸発部として用いる燃料改質装置１０と、燃料改質装置から得られる燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池１１０とを備える燃料電池システム１００について説明する。図５は、実施例の燃料電池システム１００の構成の概略を示す構成図である。実施例の燃料電池システム１００は、図示するように、前述した実施例の燃焼加熱装置２０を炭化水素系の燃料としてのメタノールと水とからなる改質原料を蒸気化する蒸発部として燃料改質装置１０に組み込まれている。
【００３６】
燃料改質装置１０は、炭化水素系の燃料としてのメタノールを水蒸気改質する改質触媒が充填された改質部８０を備え、この改質部８０により改質により得られる水素リッチな燃料ガスを燃料電池１１０のアノードに供給している。
【００３７】
燃料電池１１０は、例えば固体高分子型燃料電池として構成されており、アノードには燃料改質装置１０から燃料ガスが供給され、カソードにはブロア１１２から酸素を含有する酸素含有ガスとしての空気が供給されるようになっている。そして、供給された燃料ガス中の水素と空気中の酸素とを用いて電気化学反応により発電する。
【００３８】
実施例の燃焼加熱装置２０は、図示するように、第１ブロア３２や第２ブロア４０に代えて燃料電池１１０に空気を供給するブロア１１２から第１混合室３０や第２混合室３８に空気が導入されるようになっており、第１混合室３０や第２混合室３８への供給管に設けられた流量調節バルブ１１４，１１６により空気の供給量が調節できるようになっている。このようにブロア１１２から第１混合室３０や第２混合室３８に空気を供給することによりシステムの簡易化を図ることができる。また、燃料電池１１０のカソード側の排ガスはカソード排ガス管１２２を介して第１混合室３０や第２混合室３８に供給できるようになっており、第１混合室３０や第２混合室３８への供給管に設けられた流量調節バルブ１２４，１２６により第１混合室３０や第２混合室３８に供給されるカソード側の排ガスの供給量が調節できるようになっている。このようにカソード側の排ガスを第１混合室３０や第２混合室３８に供給することによりシステムから排出される排ガス量を少なくすることができる。さらに、燃料電池１１０のアノード側の排ガスはアノード排ガス管１３２を介して第２混合室３８に供給できるようになっており、アノード排ガス管１３２に設けられた流量調節バルブ１３４により第２混合室３８に供給されるアノード側の排ガスの供給量が調節できるようになっている。このようにアノード側の排ガスを第２混合室３８に供給することにより、排ガス中の水素を燃料として熱交換器５２における熱交換に用いることができる。
【００３９】
実施例の燃焼加熱装置２０に供給される被加熱流体としての改質原料は、改質原料タンク８２から改質原料ポンプ８４により改質部８０に圧送され、改質部８０で生じる熱、例えば改質により得られる水素リッチガス中の一酸化炭素を低減する際に生じる熱により加温された後に被加熱流体供給管６２に供給されるようになっており、熱交換器５２による熱交換で蒸気化されて改質部８０に供給される。
【００４０】
電子制御ユニット７０Ｂは、前述した電子制御ユニット７０と同様のＣＰＵ７２ＢとＲＯＭ７４ＢとＲＡＭ７６Ｂと図示しない入出力ポートとを備えており、電子制御ユニット７０Ｂからは、流量調節バルブ１１４，１１６，１２４，１２６，１３４のアクチュエータ１１５，１１７，１２５，１２７，１３５への駆動信号や改質原料ポンプ８４への駆動信号，ブロア１１２への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００４１】
こうして構成された実施例の燃料電池システム１００における燃焼加熱装置２０も電子制御ユニット７０Ｂによって第１混合室３０への燃料の供給量の制御や第１混合室３０や第２混合室３８への空気の供給量の制御が行なわれている。なお、燃料の供給量の制御は前述したとおりであり、空気の供給量の制御は第１ブロア３２や第２ブロア４０の駆動制御に代えて流量調節バルブ１１４，１１６の開度制御となる。なお、電子制御ユニット７０Ｂは、この他、カソード排ガス管１２２による第１混合室３０や第２混合室３８へのカソード側の排ガスの供給量の制御やアノード排ガス管１３２による第２混合室３８へのアノード側の排ガスの供給量の制御を行なっている。なお、これらの制御は流量調節バルブ１２４，１２６，１３４の開度制御となる。なお、実施例の燃料電池システム１００では、カソード側の排ガスやアノード側の排ガスを第１混合室３０や第２混合室３８に供給する際には、それらの供給量に基づいて燃料の供給量や第１混合室３０や第２混合室３８への空気の供給量を補正するものとした。
【００４２】
以上説明した実施例の燃料電池システム１００によれば、燃料改質装置１０の蒸発部として実施例の燃焼加熱装置２０を用いることができる。しかも、燃焼加熱装置２０の第１混合室３０や第２混合室３８への空気の供給をブロア１１２で行なうからシステム全体の小型化や簡易化を図ることができる。また、実施例の燃料電池システム１００によれば、燃料電池１１０のカソード側の排ガスを第１混合室３０や第２混合室３８に供給するから、システム全体としての排ガスを少なくすることができる。さらに、実施例の燃料電池システム１００によれば、燃料電池１１０のアノード側の排ガスを第２混合室３８に供給するから、排ガス中の水素を改質原料を加熱する際の燃料として用いることができる。この結果、装置全体のエネルギ効率を向上させることができる。
【００４３】
実施例の燃料電池システム１００では、ブロア１１２により燃焼加熱装置２０の第１混合室３０や第２混合室３８へ空気を供給するものとしたが、ブロア１１２により第１混合室３０や第２混合室３８のいずれか一方にのみ空気を供給するものとしたり、ブロア１１２により第１混合室３０や第２混合室３８のいずれにも空気を供給しないものとしても差し支えない。
【００４４】
実施例の燃料電池システム１００では、燃料電池１１０のカソード側の排ガスを第１混合室３０や第２混合室３８に供給するものとしたが、燃料電池１１０のカソード側の排ガスを第１混合室３０や第２混合室３８の一方にのみ供給するものとしたり、第１混合室３０や第２混合室３８のいずれにも供給しないものとしてもかまわない。
【００４５】
実施例の燃料電池システム１００では、燃料電池１１０のアノード側の排ガスを第２混合室３８に供給するものとしたが、燃料電池１１０のアノード側の排ガスを第２混合室３８に供給しないものとしても差し支えない。
【００４６】
実施例の燃料電池システム１００では、炭化水素系の燃料としてメタノールを用いるものとしたが、他の炭化水素系の燃料、例えばメタンやエタンなどの飽和炭化水素やエチレンやプロピレンなどの不飽和炭化水素，エタノールやプロパノールなどのアルコール類などを用いるものとしてもよい。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例である燃焼加熱装置２０の構成の概略を模式的に示す構成図である。
【図２】 実施例の燃焼加熱装置２０の本体の構成の概略を示す構成図である。
【図３】 熱交換器５２の構造を例示する構成図である。
【図４】 実施例の燃焼加熱装置２０の電子制御ユニット７０により実行される運転制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図５】 実施例の燃料電池システム１００の構成の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ 燃料改質装置、２０ 燃焼加熱装置、２２ 燃料タンク、２４ 燃料ポンプ、２６ 燃料供給口、２８ インジェクタ、３０ 第１混合室、３２ 第１ブロア、３４ 第１空気導入管、３６ 燃焼ヒータ、３８ 第２混合室、４０ 第２ブロア、４２ 第２空気導入管、５２ 熱交換器、５４ 被加熱流体流路部材、５６ 燃料流路部材、５８ 燃焼ガス流路、６０ 燃焼排ガス管、６２ 被加熱流体供給管、６３ 入口部材、６４ 排出管、６６ 出口、７０，７０Ｂ 電子制御ユニット、７２，７２Ｂ ＣＰＵ、７４，７４Ｂ ＲＯＭ、７６，７６Ｂ ＲＡＭ、８０ 改質部、８２ 改質原料タンク、８４ 改質原料ポンプ、１００ 燃料電池システム、１１０ 燃料電池、１１２ ブロア、１１４，１１６，１２４，１２６，１３４ 流量調節バルブ、１１５，１１７，１２５，１２７，１３５ アクチュエータ、１２２ カソード排ガス管、１３２ アノード排ガス管。
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼加熱装置およびこれを備える燃料改質装置並びに燃料電池システムに関し、詳しくは、燃料の燃焼による熱を用いて被加熱流体を加熱する燃焼加熱装置およびこれを備え炭化水素系の燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する燃料改質装置並びに炭化水素系の燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する燃料改質装置と該燃料改質装置からの燃料ガスと空気との供給を受けて発電する燃料電池とを備える燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の燃焼加熱装置としては、供給された燃料としてのメタノールと空気とからなる混合物をヒータにより加熱し、これを触媒燃焼により得られる熱を用いて被加熱流体を加熱する熱交換部に供給するものが提案されている（特開平８−１１９６０２号公報など）。この燃焼加熱装置は、メタノールを水蒸気改質反応により水素リッチな燃料ガスに改質するメタノール改質装置におけるメタノールと水とからなる改質原料を被加熱流体として加熱により蒸気化する蒸発部として組み込まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした燃焼加熱装置では、液体燃料であるメタノールと空気とをヒータの上流側に供給するから、液体燃料と空気との混合の均一化を図ることが困難な場合が多い。燃料と空気との混合の均一化が図れていないと、燃焼、特に触媒燃焼にムラが生じ、燃料の効率的な燃焼ができなくなり、装置としての効率を低下させてしまう。
【０００４】
本発明の燃焼加熱装置は、燃料と空気との混合の均一化を図ることを目的の一つとする。また、本発明の燃焼加熱装置は、燃料のより適切な燃焼を行なって装置の効率を向上させることを目的の一つとする。本発明の燃料改質装置は、改質原料の少なくとも一部を効率よく蒸気化することを目的の一つとする。本発明の燃料電池システムは、システム全体のエネルギ効率を向上させることを目的の一つとする。また、本発明の燃料電池システムは、システム全体の簡易化や小型化を図ることを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の燃焼加熱装置およびこれを備える燃料改質装置並びに燃料電池システムは、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の燃焼加熱装置は、
燃料の燃焼による熱を用いて被加熱流体を加熱する燃焼加熱装置であって、
前記燃料を供給する燃料供給手段と、
該供給された燃料を燃焼可能な触媒を担持し、該供給された燃料の一部を燃焼して得られる熱を用いて残余の燃料を気化する気化手段と、
前記気化手段による前記燃料の燃焼に用いられる空気を供給する第１空気供給手段と、
前記気化手段により気化された燃料の燃焼に用いられる空気を供給して混合ガスとする第２空気供給手段と
を備え、
前記第１空気供給手段は前記気化手段の上流側に配置され、前記第２空気供給手段は前記気化手段の下流側に配置されていることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の燃焼加熱装置では、第１空気供給手段が、燃料供給手段により供給された燃料の一部を燃焼して得られる熱を用いて残余の燃料を気化する気化手段による燃料の燃焼に用いられる空気を供給し、第２空気供給手段が、気化手段により気化された燃料の燃焼に用いられる空気を供給する。すなわち、燃料を気化する際の燃料の燃焼に用いる空気と気化された燃料の燃焼に用いる空気とを別々に供給することができる。第２空気供給手段により供給される空気は、気化された燃料に供給されて混合されるから、液体燃料と空気とを混合するものに比してより均一に混合することができる。この結果、燃料の燃焼のムラを抑制することができると共に燃料をより効率よく燃焼することができる。
【０００８】
こうした本発明の燃焼加熱装置において、前記燃料供給手段は、前記燃料を噴霧する手段であるものとすることもできる。こうすれば、気化手段による気化を容易に行なうことができると共に気化の効率を高くすることができる。
【０００９】
また、本発明の燃焼加熱装置において、前記燃料供給手段により供給された燃料の供給量に基づいて前記第１空気供給手段により供給される空気量を制御する第１空気量制御手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、燃料の気化のためのより適正な空気量を供給することができる。この態様の本発明の燃焼加熱装置において、前記第１空気量制御手段は、前記供給された燃料を気化するのに必要な空気量を供給するよう前記第１空気供給手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、燃料の気化に過不足のない空気量を供給することができる。
【００１０】
さらに、本発明の燃焼加熱装置において、前記燃料供給手段により供給された燃料の供給量に基づいて前記第２空気供給手段により供給される空気量を制御する第２空気量制御手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、気化した燃料の燃焼のためのより適正な空気量を供給することができる。
【００１１】
また、本発明の燃焼加熱装置において、前記気化手段は、前記触媒を加熱する触媒加熱手段を備えるものとすることもできる。
【００１２】
あるいは、本発明の燃焼加熱装置において、前記燃料を燃焼可能な触媒を担持し、前記気化手段により気化された燃料と前記第２空気供給手段により供給された空気とを含む混合ガス中の燃料を前記触媒上で燃焼する際に生じる熱を用いて前記被加熱流体を加熱する熱交換手段を備えるものとすることもできる。
【００１３】
本発明の燃料改質装置は、
炭化水素系の燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する燃料改質装置であって、前記被加熱流体として前記炭化水素系の燃料および／または水を加熱して蒸気化する前述の各態様のうちのいずれかの本発明の燃焼加熱装置と、
該蒸気化された前記炭化水素系の燃料および／または水の供給を受けて該炭化水素系の燃料を水蒸気改質反応により前記燃料ガスに改質する改質手段と
を備えることを要旨とする。
【００１４】
この本発明の燃料改質装置では、本発明の燃焼加熱装置を被加熱流体としての炭化水素系の燃料や水を加熱して蒸気化する蒸発部として用いるから、本発明の燃焼加熱装置が奏する効果、すなわち、燃料をより効率よく燃焼して被加熱流体としての炭化水素系の燃料や水を効率よく加熱して蒸気化することができる効果を奏する。
【００１５】
本発明の燃料電池システムは、
炭化水素系の燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する燃料改質装置と該燃料改質装置からの燃料ガスと空気との供給を受けて発電する燃料電池とを備える燃料電池システムであって、
前記燃料改質装置は、本発明の燃料改質装置であり、
前記第１空気供給手段および／または前記第２空気供給手段は、前記燃料電池にも空気を供給する手段である
ことを要旨とする。
【００１６】
この本発明の燃料電池システムでは、本発明の燃料改質装置を備えるから、本発明の燃料改質装置が奏する効果、すなわち燃料をより効率よく燃焼して被加熱流体としての炭化水素系の燃料や水を効率よく加熱して蒸気化することができる効果を奏する他に、第１空気供給手段か第２空気供給手段が燃料電池にも空気を供給する手段であることから、システムの簡易化や小型化を図ることができる効果を奏する。
【００１７】
こうした本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池のカソード側の排ガスを前記第１空気供給手段により供給される空気に加えて又は該空気に代えて供給する第１カソード排ガス供給手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、システムからの排ガスを少なくすることができる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池のカソード側の排ガスを前記第２空気供給手段により供給される空気に加えて又は該空気に代えて供給する第２カソード排ガス供給手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、システムからの排ガスを少なくすることができる。
【００１９】
さらに、本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池のアノード側の排ガスを前記第２空気供給手段により供給される空気に加えて供給するアノード排ガス供給手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、燃料電池のアノード側の排ガスに含まれる水素を有効に利用することができる。この結果、システム全体のエネルギ効率を向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は本発明の一実施例である燃焼加熱装置２０の構成の概略を模式的に示す構成図であり、図２は実施例の燃焼加熱装置２０の本体の構成の概略を示す構成図である。
【００２１】
実施例の燃焼加熱装置２０は、図１に示すように、燃料タンク２２から燃料ポンプ２４により供給される燃料と第１ブロア３２により供給される空気とを混合する第１混合室３０と、第１混合室３０からの燃料の一部を燃焼し得られる熱により残余の燃料を気化する燃焼ヒータ３６と、第２ブロア４０により供給される空気と気化した燃料とを混合する第２混合室３８と、気化した燃料を燃焼すると共に燃焼により生じる熱を用いて非加熱流体を加熱する熱交換器５２と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット７０とを備える。
【００２２】
図２に示すように、第１混合室３０には、燃料供給口２６から供給される燃料を噴霧するインジェクタ２８と、第１ブロア３２から供給される空気を第１混合室３０の噴霧された燃料の流れの軸に対して直交する方向から偏心させて導入する第１空気導入管３４とが取り付けられており、インジェクタ２８により噴霧された燃料と第１空気導入管３４から導入される空気とが略均一に混合できるようになっている。
【００２３】
燃焼ヒータ３６は、表面に燃料を燃焼可能な触媒を担持するＥＨＣ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｈｅａｔｅｄ Ｃａｔａｌｙｓｔ）として構成されており、噴霧された燃料の一部を導入された空気中の酸素を用いて燃焼し、燃焼により生じる熱を用いて残余の燃料を気化する。
【００２４】
燃焼ヒータ３６により気化された燃料は、第２混合室３８内の燃料の流れの軸に対して直交する方向から偏心して取り付けられた第２空気導入管４２を介して第２ブロア４０から供給される空気と第２混合室３８で略均一に混合され、つづら折り状に形成された燃焼ガス流路５８に取り付けられた熱交換器５２に供給され、燃焼排ガス管６０から排出される。
【００２５】
図３に熱交換器５２の構造を例示する。熱交換器５２は、図示するように、図中上下に開放口を有する波板付きの被加熱流体流路部材５４と、図中左右に開放口を有する同じく波板付きの燃料流路部材５６とが交互に積層されて形成されている。燃料流路部材５６の波板には、燃料を燃焼する燃焼触媒、例えば白金触媒などが担持されており、燃料が燃料流路部材５６を流れる際に燃焼触媒上で燃焼するようになっている。被加熱流体流路部材５４と燃料流路部材５６は交互に積層されているから、被加熱流体流路部材５４に鉛直下側から上側に向けて被加熱流体を供給すれば、被加熱流体は、燃料流路部材５６に左側から右側に流れる燃焼ガスと熱交換し、加熱されるようになっている。
【００２６】
被加熱流体は、図２に示すように、被加熱流体供給管６２から多孔体により形成された入口部材６３を介して熱交換器５２の被加熱流体流路部材５４に供給され、排出管６４を介して出口６６から送出されるようになっている。
【００２７】
電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ７４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ７６と、入出力ポート（図示せず）とを備える。この電子制御ユニット７０には、図示しないが要求負荷量を指示する制御信号などが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット７０からは、燃料ポンプ２４や第１ブロア３２，第２ブロア４０への駆動信号や燃焼ヒータ３６への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００２８】
次に、こうして構成された実施例の燃焼加熱装置２０の動作、特に運転制御の様子について説明する。図４は、実施例の燃焼加熱装置２０の電子制御ユニット７０により実行される運転制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、実施例の燃焼加熱装置２０が始動されてから所定時間毎（例えば、１００ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２９】
運転制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、要求負荷量に基づいて燃料の供給量を決定する処理を実行する（ステップＳ１００）。要求負荷量は、例えば被加熱流体の供給量と加熱量とからなり、この供給された被加熱流体を加熱に必要なエネルギ量として燃料の供給量を決定する。続いて、決定された燃料の供給量がインジェクタ２８から第１混合室３０に噴霧されるよう燃料ポンプ２４を駆動制御する（ステップＳ１０２）。
【００３０】
次に、燃焼ヒータ３６による燃料の気化に必要な空気量を計算し（ステップＳ１０４）、計算した空気量が第１混合室３０に供給されるよう第１ブロア３２を駆動制御する（ステップＳ１０６）。空気量の計算は、具体的に燃料の温度と比熱とにより計算できるが、実施例では燃料の供給量に対して第１ブロア３２により供給する空気量をマップとして予めＲＯＭ７４に記憶しておき、燃料の供給量が与えられるとそのマップから供給する空気量を導出するものとした。
【００３１】
そして、燃焼ヒータ３６により気化された燃料を熱交換器５２の燃料流路部材５６で燃焼するのに必要な空気量を計算し（ステップＳ１０８）、計算した空気量が第２混合室３８に導入されるよう第２ブロア４０を駆動制御して（ステップＳ１１０）、本ルーチンを終了する。必要な空気量の計算は、理論空燃比などを用いて行なうこともできるが、実施例では燃料の供給量に対して第２ブロア４０により供給する空気量をマップとして予めＲＯＭ７４に記憶しておき、燃料の供給量が与えられるとそのマップから供給する空気量を導出するものとした。
【００３２】
以上説明した実施例の燃焼加熱装置２０によれば、供給された燃料の一部を燃焼して残余の燃料を気化するために必要な空気と気化した燃料を熱交換器５２の燃料流路部材５６で燃焼するために必要な空気とを別々に導入するから、燃焼ヒータ３６で過剰に燃焼することがなく、熱交換器５２における熱交換効率を向上させることができる。しかも、要求負荷量に基づいて燃料の供給量を決定し、この燃料の供給量に基づいて第１ブロア３２から供給される空気量と第２ブロア４０から供給される空気量とを計算するから、要求負荷の変動に対してもより適正な空気量を適正な位置に導入することができる。
【００３３】
実施例の燃焼加熱装置２０では、第１空気導入管３４や第２空気導入管４２の空気導入口を円形としたが、扁平な楕円などとすることもできる。こうすれば、さらに、燃料と導入される空気とをより均一に混合することができる。また、実施例の燃焼加熱装置２０では、燃焼ヒータ３６としてＥＨＣを用いたが、単に加熱するだけのヒータを用いるものとしても差し支えない。
【００３４】
実施例の燃焼加熱装置２０では、気化した燃料と空気との混合ガスを燃料を燃焼する触媒を担持する燃料流路部材５６とこの燃料流路部材５６と熱交換可能な被加熱流体流路部材５４とからなる熱交換器５２に供給するものとしたが、気化した燃料と空気との混合ガスを燃焼する燃焼部とこの燃焼部からの燃焼ガスの流路とこの流路と熱交換可能な被加熱流体流路部材５４とからなる熱交換器とからなるものとしてもよい。また、気化した燃料と空気との混合ガスを燃焼する際に生じる熱を直接被加熱流体に加えるようにしてもよい。
【００３５】
次に、実施例の燃焼加熱装置２０を炭化水素系の燃料と水とからなる改質原料を加熱して蒸発する蒸発部として用いる燃料改質装置１０と、燃料改質装置から得られる燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池１１０とを備える燃料電池システム１００について説明する。図５は、実施例の燃料電池システム１００の構成の概略を示す構成図である。実施例の燃料電池システム１００は、図示するように、前述した実施例の燃焼加熱装置２０を炭化水素系の燃料としてのメタノールと水とからなる改質原料を蒸気化する蒸発部として燃料改質装置１０に組み込まれている。
【００３６】
燃料改質装置１０は、炭化水素系の燃料としてのメタノールを水蒸気改質する改質触媒が充填された改質部８０を備え、この改質部８０により改質により得られる水素リッチな燃料ガスを燃料電池１１０のアノードに供給している。
【００３７】
燃料電池１１０は、例えば固体高分子型燃料電池として構成されており、アノードには燃料改質装置１０から燃料ガスが供給され、カソードにはブロア１１２から酸素を含有する酸素含有ガスとしての空気が供給されるようになっている。そして、供給された燃料ガス中の水素と空気中の酸素とを用いて電気化学反応により発電する。
【００３８】
実施例の燃焼加熱装置２０は、図示するように、第１ブロア３２や第２ブロア４０に代えて燃料電池１１０に空気を供給するブロア１１２から第１混合室３０や第２混合室３８に空気が導入されるようになっており、第１混合室３０や第２混合室３８への供給管に設けられた流量調節バルブ１１４，１１６により空気の供給量が調節できるようになっている。このようにブロア１１２から第１混合室３０や第２混合室３８に空気を供給することによりシステムの簡易化を図ることができる。また、燃料電池１１０のカソード側の排ガスはカソード排ガス管１２２を介して第１混合室３０や第２混合室３８に供給できるようになっており、第１混合室３０や第２混合室３８への供給管に設けられた流量調節バルブ１２４，１２６により第１混合室３０や第２混合室３８に供給されるカソード側の排ガスの供給量が調節できるようになっている。このようにカソード側の排ガスを第１混合室３０や第２混合室３８に供給することによりシステムから排出される排ガス量を少なくすることができる。さらに、燃料電池１１０のアノード側の排ガスはアノード排ガス管１３２を介して第２混合室３８に供給できるようになっており、アノード排ガス管１３２に設けられた流量調節バルブ１３４により第２混合室３８に供給されるアノード側の排ガスの供給量が調節できるようになっている。このようにアノード側の排ガスを第２混合室３８に供給することにより、排ガス中の水素を燃料として熱交換器５２における熱交換に用いることができる。
【００３９】
実施例の燃焼加熱装置２０に供給される被加熱流体としての改質原料は、改質原料タンク８２から改質原料ポンプ８４により改質部８０に圧送され、改質部８０で生じる熱、例えば改質により得られる水素リッチガス中の一酸化炭素を低減する際に生じる熱により加温された後に被加熱流体供給管６２に供給されるようになっており、熱交換器５２による熱交換で蒸気化されて改質部８０に供給される。
【００４０】
電子制御ユニット７０Ｂは、前述した電子制御ユニット７０と同様のＣＰＵ７２ＢとＲＯＭ７４ＢとＲＡＭ７６Ｂと図示しない入出力ポートとを備えており、電子制御ユニット７０Ｂからは、流量調節バルブ１１４，１１６，１２４，１２６，１３４のアクチュエータ１１５，１１７，１２５，１２７，１３５への駆動信号や改質原料ポンプ８４への駆動信号，ブロア１１２への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００４１】
こうして構成された実施例の燃料電池システム１００における燃焼加熱装置２０も電子制御ユニット７０Ｂによって第１混合室３０への燃料の供給量の制御や第１混合室３０や第２混合室３８への空気の供給量の制御が行なわれている。なお、燃料の供給量の制御は前述したとおりであり、空気の供給量の制御は第１ブロア３２や第２ブロア４０の駆動制御に代えて流量調節バルブ１１４，１１６の開度制御となる。なお、電子制御ユニット７０Ｂは、この他、カソード排ガス管１２２による第１混合室３０や第２混合室３８へのカソード側の排ガスの供給量の制御やアノード排ガス管１３２による第２混合室３８へのアノード側の排ガスの供給量の制御を行なっている。なお、これらの制御は流量調節バルブ１２４，１２６，１３４の開度制御となる。なお、実施例の燃料電池システム１００では、カソード側の排ガスやアノード側の排ガスを第１混合室３０や第２混合室３８に供給する際には、それらの供給量に基づいて燃料の供給量や第１混合室３０や第２混合室３８への空気の供給量を補正するものとした。
【００４２】
以上説明した実施例の燃料電池システム１００によれば、燃料改質装置１０の蒸発部として実施例の燃焼加熱装置２０を用いることができる。しかも、燃焼加熱装置２０の第１混合室３０や第２混合室３８への空気の供給をブロア１１２で行なうからシステム全体の小型化や簡易化を図ることができる。また、実施例の燃料電池システム１００によれば、燃料電池１１０のカソード側の排ガスを第１混合室３０や第２混合室３８に供給するから、システム全体としての排ガスを少なくすることができる。さらに、実施例の燃料電池システム１００によれば、燃料電池１１０のアノード側の排ガスを第２混合室３８に供給するから、排ガス中の水素を改質原料を加熱する際の燃料として用いることができる。この結果、装置全体のエネルギ効率を向上させることができる。
【００４３】
実施例の燃料電池システム１００では、ブロア１１２により燃焼加熱装置２０の第１混合室３０や第２混合室３８へ空気を供給するものとしたが、ブロア１１２により第１混合室３０や第２混合室３８のいずれか一方にのみ空気を供給するものとしたり、ブロア１１２により第１混合室３０や第２混合室３８のいずれにも空気を供給しないものとしても差し支えない。
【００４４】
実施例の燃料電池システム１００では、燃料電池１１０のカソード側の排ガスを第１混合室３０や第２混合室３８に供給するものとしたが、燃料電池１１０のカソード側の排ガスを第１混合室３０や第２混合室３８の一方にのみ供給するものとしたり、第１混合室３０や第２混合室３８のいずれにも供給しないものとしてもかまわない。
【００４５】
実施例の燃料電池システム１００では、燃料電池１１０のアノード側の排ガスを第２混合室３８に供給するものとしたが、燃料電池１１０のアノード側の排ガスを第２混合室３８に供給しないものとしても差し支えない。
【００４６】
実施例の燃料電池システム１００では、炭化水素系の燃料としてメタノールを用いるものとしたが、他の炭化水素系の燃料、例えばメタンやエタンなどの飽和炭化水素やエチレンやプロピレンなどの不飽和炭化水素，エタノールやプロパノールなどのアルコール類などを用いるものとしてもよい。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例である燃焼加熱装置２０の構成の概略を模式的に示す構成図である。
【図２】 実施例の燃焼加熱装置２０の本体の構成の概略を示す構成図である。
【図３】 熱交換器５２の構造を例示する構成図である。
【図４】 実施例の燃焼加熱装置２０の電子制御ユニット７０により実行される運転制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図５】 実施例の燃料電池システム１００の構成の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ 燃料改質装置、２０ 燃焼加熱装置、２２ 燃料タンク、２４ 燃料ポンプ、２６ 燃料供給口、２８ インジェクタ、３０ 第１混合室、３２ 第１ブロア、３４ 第１空気導入管、３６ 燃焼ヒータ、３８ 第２混合室、４０ 第２ブロア、４２ 第２空気導入管、５２ 熱交換器、５４ 被加熱流体流路部材、５６ 燃料流路部材、５８ 燃焼ガス流路、６０ 燃焼排ガス管、６２ 被加熱流体供給管、６３ 入口部材、６４ 排出管、６６ 出口、７０，７０Ｂ 電子制御ユニット、７２，７２Ｂ ＣＰＵ、７４，７４Ｂ ＲＯＭ、７６，７６Ｂ ＲＡＭ、８０ 改質部、８２ 改質原料タンク、８４ 改質原料ポンプ、１００ 燃料電池システム、１１０ 燃料電池、１１２ ブロア、１１４，１１６，１２４，１２６，１３４ 流量調節バルブ、１１５，１１７，１２５，１２７，１３５ アクチュエータ、１２２ カソード排ガス管、１３２ アノード排ガス管。
Claims (12)
- 燃料の燃焼による熱を用いて被加熱流体を加熱する燃焼加熱装置であって、
前記燃料を供給する燃料供給手段と、
該供給された燃料を燃焼可能な触媒を担持し、該供給された燃料の一部を燃焼して得られる熱を用いて残余の燃料を気化する気化手段と、
前記気化手段による前記燃料の燃焼に用いられる空気を供給する第１空気供給手段と、
前記気化手段により気化された燃料の燃焼に用いられる空気を供給する第２空気供給手段と
を備え、
前記第１空気供給手段は前記気化手段の上流側に配置され、前記第２空気供給手段は前記気化手段の下流側に配置されている燃焼加熱装置。 - 前記燃料供給手段は、前記燃料を噴霧する手段である請求項１記載の燃焼加熱装置。
- 前記燃料供給手段により供給された燃料の供給量に基づいて前記第１空気供給手段により供給される空気量を制御する第１空気量制御手段を備える請求項１または２記載の燃焼加熱装置。
- 前記第１空気量制御手段は、前記供給された燃料を気化するのに必要な空気量を供給するよう前記第１空気供給手段を制御する手段である請求項３記載の燃焼加熱装置。
- 前記燃料供給手段により供給された燃料の供給量に基づいて前記第２空気供給手段により供給される空気量を制御する第２空気量制御手段を備える請求項１ないし４いずれか記載の燃焼加熱装置。
- 前記気化手段は、前記触媒を加熱する触媒加熱手段を備える請求項５記載の燃焼加熱装置。
- 前記気化手段により気化された燃料と前記第２空気供給手段により供給された空気とを含む混合ガス中の燃料を前記触媒上で燃焼する際に生じる熱を用いて前記被加熱流体を加熱する熱交換手段を備える請求項１ないし４いずれか記載の燃焼加熱装置。
- 炭化水素系の燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する燃料改質装置であって、
前記被加熱流体として前記炭化水素系の燃料および／または水を加熱して蒸気化する請求項１ないし７いずれか記載の燃焼加熱装置と、
該蒸気化された前記炭化水素系の燃料および／または水の供給を受けて該炭化水素系の燃料を水蒸気改質反応により前記燃料ガスに改質する改質手段と
を備える燃料改質装置。 - 炭化水素系の燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する燃料改質装置と該燃料改質装置からの燃料ガスと空気との供給を受けて発電する燃料電池とを備える燃料電池システムであって、
前記燃料改質装置は、請求項８記載の燃料改質装置であり、
前記第１空気供給手段および／または前記第２空気供給手段は、前記燃料電池にも空気を供給する手段である
燃料電池システム。 - 前記燃料電池のカソード側の排ガスを前記第１空気供給手段により供給される空気に加えて又は該空気に代えて供給する第１カソード排ガス供給手段を備える請求項９記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池のカソード側の排ガスを前記第２空気供給手段により供給される空気に加えて又は該空気に代えて供給する第２カソード排ガス供給手段を備える請求項９または１０記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池のアノード側の排ガスを前記第２空気供給手段により供給される空気に加えて供給するアノード排ガス供給手段を備える請求項９ないし１１いずれか記載の燃料電池システム。
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