(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料の壁流を抑制し、触媒反応システムの反応効率の低下を抑制する。【解決手段】触媒反応システムは、液体燃料を気化させて燃料ガスを生成し、該燃料ガスを触媒反応させる。触媒反応システムは、液体燃料を噴射する噴射部２０と、噴射部から噴射される液体燃料を加熱して気化させることで、燃料ガスを生成する加熱部１２と、加熱部により生成される燃料ガスを触媒反応させる触媒１３と、空気を取り込み可能であるとともに、空気の流れに沿って、噴射部、加熱部、及び、触媒が設けられる筐体１４と、を有する。筐体は、噴射部の噴射方向における加熱部の手前であって、筐体の内壁に多孔質部材１１を備える。【選択図】図１Ａ
2020021608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を気化させて燃料ガスを生成し、該燃料ガスを触媒反応させる触媒反応システムであって、
前記液体燃料を噴射する噴射部と、
前記噴射部から噴射される前記液体燃料を加熱して気化させることで、前記燃料ガスを生成する加熱部と、
前記加熱部により生成される前記燃料ガスを触媒反応させる触媒と、
空気を取り込み可能であるとともに、前記空気の流れに沿って、前記噴射部、前記加熱部、及び、前記触媒が設けられる筐体と、を有し、
前記筐体は、前記噴射部の噴射方向における前記加熱部の手前であって、前記筐体の内壁に多孔質部材を備える、触媒反応システム。
【請求項２】
請求項１に記載の触媒反応システムであって、
前記多孔質部材は、前記加熱部と接触する、触媒反応システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の触媒反応システムであって、
前記多孔質部材の鉛直方向下側であって前記筐体の外面側に、前記多孔質部材に含浸した液体を受ける液溜りを、さらに備える、触媒反応システム。
【請求項４】
請求項３に記載の触媒反応システムであって、
前記液溜りは、外周面が流路方向の下流側に向かって下方に傾斜するスロープ部を有する、触媒反応システム。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の触媒反応システムであって、
前記液溜りは、前記加熱部、及び、前記触媒の少なくとも一方の下方まで延設される、触媒反応システム。
【請求項６】
請求項５に記載の触媒反応システムであって、
前記筐体は、外周面に、前記液溜り内に突出するフィンを有する、触媒反応システム。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の触媒反応システムであって、
前記液溜りの下流端と連通し、前記液溜りに滞留する前記液体が加熱されることで生成されるガスを、前記筐体の内部へと還流する還流部を、さらに有する、触媒反応システム。
【請求項８】
請求項７に記載の触媒反応システムであって、
前記還流部は、前記ガスを、前記筐体の内部であって前記触媒の流路方向の手前へと還流する延長部を有する、触媒反応システム。
【請求項９】
請求項８に記載の触媒反応システムであって、
前記延長部は、前記加熱部、及び、前記触媒の少なくともいずれか一方を軸方向に貫通するように設けられる、触媒反応システム。
【請求項１０】
請求項７に記載の触媒反応システムであって、
前記触媒は、２つ以上の触媒部が前記燃料ガスの流れ方向に並んで構成され、
前記還流部は、前記ガスを、前記筐体の内部であって、隣接する前記触媒部の間へと還流させる、触媒反応システム。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の触媒反応システムであって、
前記液体燃料は、含水エタノールである、触媒反応システム。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の触媒反応システムを有する燃料電池システムであって、
前記触媒反応システムは、燃料電池から排出されるアノードオフガスとカソードオフガスを酸化触媒反応させる、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒反応システム、及び、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、液体燃料をヒーターの手前に設けられた触媒に向かってスワール状に噴霧すると、噴霧された液体燃料が気化されて燃料ガスが生成され、その燃料ガスが触媒により触媒反応され触媒反応システムが開示されている。この技術によれば、起動時などにヒーターを用いて触媒を予備的に加熱させておくことで、触媒反応の進行を促進することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５６６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された技術によれば、噴霧される液体燃料が壁部に付着すると液化してしまい、液化した燃料が壁流として存在してしまうと、以降の液体燃料の投入を抑制する必要があるため、触媒反応システムの反応効率が低下するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様の触媒反応システムは、液体燃料を気化させて燃料ガスを生成し、該燃料ガスを触媒反応させるである。触媒反応システムは、液体燃料を噴射する噴射部と、噴射部から噴射される液体燃料を加熱して気化させることで、燃料ガスを生成する加熱部と、加熱部により生成される燃料ガスを触媒反応させる触媒と、空気を取り込み可能であるとともに、空気の流れに沿って、噴射部、加熱部、及び、触媒が設けられる筐体と、を有する。筐体は、噴射部の噴射方向における加熱部の手前であって、筐体の内壁に多孔質部材を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一態様によれば、噴射される燃料が壁流となるのを抑制し、触媒反応システムの反応効率の低下を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】図１Ａは、第１実施形態による触媒反応システムの概略構成図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１ＡのＢ−Ｂ断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、第２実施形態による触媒反応システムの概略構成図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２ＡのＢ−Ｂ断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第３実施形態による触媒反応システムの概略構成図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３ＡのＢ−Ｂ断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第４実施形態による触媒反応システムの概略構成図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４ＡのＢ−Ｂ断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第５実施形態による触媒反応システムの概略構成図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５ＡのＣ−Ｃ断面図である。
【図６】図６は、第６実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１Ａは、第１実施形態による触媒反応システム１００の概略構成図である。また、図１Ｂは、図１ＡにおけるＢ―Ｂ断面図である。
【００１０】
図１Ａに示されるように、触媒反応システム１００は、触媒反応器１０と、触媒反応器１０に液体燃料を噴射供給する噴射器であるインジェクタ２０と、液体燃料を貯留する燃料タンク３０と、コントローラ４０と、を備える。なお、触媒反応システム１００においては、酸化触媒反応が行われ、液体燃料から生成される燃料ガスが酸化触媒反応され、最終的に酸化された燃料ガス（以降、酸化ガスと称する）が他のシステムへと供給される。同時に、酸化触媒反応は発熱反応であるため、触媒反応システム１００の近傍に配置される機器を熱交換により加熱することができる。
【００１１】
触媒反応器１０は、インジェクタ２０から噴射される液体燃料を受け入れる燃料噴射室として機能する。触媒反応器１０は、多孔質部材１１、加熱部１２、触媒１３を有するとともに、多孔質部材１１、加熱部１２、及び、触媒１３を収容する筐体１４を備える。
【００１２】
筐体１４は、外円錐部１５と外筒部１６とにより構成される外筐体を有し、外筐体の中に内円錐部１７と内筒部１８とからなる内筐体が設けられている。このように、筐体１４は、外筐体の内部に内筐体が設けられた二重管構造として構成されている。内筒部１８の内部には、内壁に沿うように上流から下流に向かって、液体燃料が含浸する多孔質部材１１と、液体燃料を加熱して気化させる加熱部１２と、加熱部１２と隣接して燃料ガスを触媒反応させる触媒１３とが設けられている。
【００１３】
多孔質部材１１は、セラミックなどの多孔質の材料から構成され、インジェクタから噴射される液体燃料を含浸させることができる。内筒部１８の内壁において加熱部１２と接するように配置されることで温度が上昇しやすい。なお、多孔質部材１１と加熱部１２とは離間して設けられてもよい。
【００１４】
加熱部１２は、本体部としてのハニカム構造体１２Ａと、ハニカム構造体１２Ａの外周に設けられる電極部１２Ｂとから構成されている。ハニカム構造体１２Ａは、金属製の円筒状部材として構成されており、内筒部１８内に固定されている。電極部１２Ｂは内筒部１８の内部から外側に露出するように設けられており、この電極部１２Ｂに通電することでハニカム構造体１２Ａが加熱される。加熱部１２は、自身の温度を測定可能な温度センサ１２Ｃを備える。
【００１５】
触媒１３は、内筒部１８内に収容されており、触媒１３の上流側端面と加熱部１２の下流側端面とが接触するように並んで配置されている。触媒１３は、担体としてのハニカム構造体の表面に触媒材料が担時された部材である。ハニカム構造体は金属製の円筒状部材として構成されており、ハニカム構造体に担持される触媒材料には白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等が用いられる。
【００１６】
本実施形態では、加熱部１２と触媒１３とを別体として構成しているが、加熱部１２と触媒１３とが一体形成してもよい。例えば、加熱部１２のハニカム構造体１２Ａを担体として活用し、ハニカム構造体１２Ａの表面に触媒材料を担時することで、加熱部１２に触媒機能を付加することができる。このように一体形成することで、触媒反応器１０の構成を簡素化することが可能となる。
【００１７】
触媒反応器１０は、外筒部１６の外壁面と接触するように軸方向に沿って設けられた流入路１９をさらに備える。流入路１９は、一端が空気供給路５２と連通し、他端が外筒部１６と内筒部１８との間の空間と連通する。空気供給路５２は外部から大気を取り込めるように構成され、弁５２Ａを有する。弁５２Ａの操作に応じて空気供給路５２から取り込まれた空気は、流入路１９を経て外筒部１６と内筒部１８との間に供給される。そして、内円錐部１７の側面に設けられた開口から、内円錐部１７の内部へと流入する。なお、内円錐部１７の開口にフィンを設けることで、空気が内円錐部１７の内部へと流入しやすくなるように構成してもよい。
【００１８】
インジェクタ２０は、燃料供給路５１を介して燃料タンク３０と接続されおり、燃料タンク３０には液体燃料をインジェクタ２０に供給するための供給ポンプ３１が設けられている。なお、インジェクタ２０は、外円錐部１５の先端部に設けられているが、触媒反応器１０内に設けられる加熱部１２に向けて液体燃料を噴射することができる位置に設けられていればよい。
【００１９】
内円錐部１７においては、インジェクタ２０から噴霧された液体燃料と、内円錐部１７の側面の開口から流入する空気とが混合される。そして、加熱部１２によって加熱された後に、触媒１３においてに酸化触媒反応がなされて、酸化ガスが生成される。酸化ガスは、内筒部１８の下流から酸化ガス通路５３に排出され、酸化ガス通路５３を通じて他の機器へ供給される。
【００２０】
燃料タンク３０は、液体燃料を貯蔵する。液体燃料は、例えば、水とエタノールからなる燃料（例えば、４５体積％のエタノールを含有する含水エタノール）である。液体燃料は、含水エタノールに限られず、ガソリン又はメタノール等を含む液体燃料であってもよい。
【００２１】
このようにして、燃料タンク３０に蓄えられる液体燃料がインジェクタ２０から触媒反応器１０に噴射供給される。供給された液体燃料と空気からなる混合ガスが加熱部１２にて加熱されて気化されることで、燃料ガスが生成される。燃料ガスは、加熱部１２により昇温された触媒１３により触媒反応される。本実施形態における触媒反応は酸化触媒反応であり、酸化触媒反応によって酸化ガスが生成される。酸化ガスは、酸化ガス通路５３を通じて他の機器へと供給される。
【００２２】
加熱部１２、インジェクタ２０、及び、その他の触媒反応システム１００の運転に用いられる各種装置の動作は、コントローラ４０により制御される。コントローラ４０は、中央演算回路、ＲＯＭ及びＲＡＭ等の各種記憶装置、入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータからなる電子制御ユニットとして構成されている。
【００２３】
コントローラ４０は、加熱部１２の温度センサ１２Ｃから、測定温度の情報を受け付ける。なお、コントローラ４０は、インジェクタ２０に供給される液体燃料の温度及び濃度や、その他、触媒反応システム１００の動作状態を検出する各種センサからの信号が入力されるように構成されてもよい。
【００２４】
さらに、コントローラ４０は、電極部１２Ｂへ印加される電流を変化させることで、加熱部１２の発熱量を制御するとともに、インジェクタ２０からの液体燃料の噴射量を制御することで、触媒反応システム１００における液体燃料の酸化触媒反応を制御する。
【００２５】
このように構成される第１実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
【００２６】
第１実施形態の触媒反応システム１００によれば、筐体１４において、ガスの流れ方向における加熱部１２の手前において、筐体１４の内筒部１８の内壁に多孔質部材１１を有する。
【００２７】
内円錐部１７の内部においてインジェクタ２０から噴射される液体燃料は、内円錐部１７の側面に設けられた穴から流入する空気と混合され、加熱部１２へと向かう。この際に、一部の液体燃料が内筒部１８の壁面に付着してしまうことがある。このように壁流が発生してしまうと、液体燃料の投入量を制限する必要があり、酸化触媒反応の進行速度が遅くなる。特に、起動直後においては触媒反応システム１００が低温であり壁流が生じやすいため起動が遅くなるおそれがある。本実施形態では、内筒部１８の壁面に多孔質部材１１が設けられることにより、壁面に付着した液体燃料は多孔質部材１１に含浸する。このように、多孔質部材１１を、流路において加熱部１２よりも手前における内筒部１８の内周面に設けることで、多孔質部材１１の内部に液体燃料を含浸させることができ、内筒部１８の内壁における液体燃料の壁流が抑制され、酸化触媒反応を適切に進行させることができる。
【００２８】
第１実施形態の触媒反応システム１００によれば、多孔質部材１１は、加熱部１２と隣接して設けられる。このように構成されることで、多孔質部材１１が加熱部１２より昇温され、多孔質部材１１に含侵される液体燃料の一部が気化されて燃料ガスとなる。そのため、多孔質部材１１に含浸される液体燃料の量が低減されるので、液体燃料の投入量の制限が抑制され、酸化触媒反応を適切に進行させることができる。
【００２９】
第１実施形態の触媒反応システム１００によれば、液体燃料は含水エタノールである。含水エタノールは粘度が高いため、内筒部１８に付着しやすく壁流を発生させやすい。しかしながら、本実施形態においては、多孔質部材１１が設けられることで液体燃料の壁流の発生を抑制できる。
【００３０】
（第２実施形態）
第１実施形態においては、内筒部１８の内周面に多孔質部材１１が設けられる例について説明した。第２実施形態においては、さらに、多孔質部材１１に含浸する液体燃料を受ける液溜りを設ける例について説明する。
【００３１】
図２Ａは、第２実施形態による触媒反応システム１００の概略構成図である。また、図２Ｂは、図２ＡにおけるＢ―Ｂ断面図である。
【００３２】
図２Ａ、２Ｂに示されるように、本実施形態の触媒反応システム１００は、図１Ａ、１Ｂに示される触媒反応システム１００と比較すると、液溜り６０と、液溜り６０から内筒部１８の内部とを連通させる還流部７０とを、さらに有する。
【００３３】
液溜り６０は、内筒部１８の下面に取り付けられる通路状の流路であって、上流側の流路を構成する第１流路６１と、下流側の流路を構成する第２流路６２とを有する。第１流路６１、及び、第２流路６２は、内筒部１８の軸向においては、外筒部１６の内面側であって内筒部１８の外周面と接するとともに、流路方向に延在するように設けられる。また、図２Ｂに示されるように、第１流路６１、及び、第２流路６２は、内筒部１８の周方向においては、内筒部１８の鉛直方向下側の一部を覆うように設けられる。内筒部１８及び液溜り６０（第１流路６１）には、多孔質部材１１が設けられる箇所において、内筒部１８と液溜り６０とを連通する開口が設けられており、この開口を通じて多孔質部材１１に含浸した液体燃料が液溜り６０へと移動する。
【００３４】
第１流路６１は、鉛直下側の内面は下流方向に向かって下がるスロープ状に構成される。そして、第１流路６１の下流側の端部と第２流路６２の上流側の端部とは、外周面が連続する。さらに、第２流路６２の下流側の端部は、内筒部１８の内部へと向かう還流部７０の一端と連通する。還流部７０は、内筒部１８に設けられる開口を貫通して、他端が内筒部１８の内部と連通する。
【００３５】
ここで、液体燃料は、上述のように例えば含水エタノールであり、エタノールの方が水分よりも気化が早いため、エタノールよりも水分の方が多孔質部材１１に含浸する量が多い。この水分は、多孔質部材１１の鉛直下方に含浸した後、内筒部１８の開口を通り、液溜り６０の内部へと流入する。
【００３６】
液溜り６０に流入した水分は、第１流路６１の傾斜に沿って流路方向へと進み、加熱部１２、及び、触媒１３によって加熱されて水蒸気となる。そして、第１流路６１及び第２流路６２において気化した水蒸気は、還流部７０を介して触媒１３の下流側へと還流し、最終的に外部へと排出される。なお、液溜り６０は、加熱部１２及び触媒１３のいずれか一方によって加熱されてもよい。すなわち、第１流路６１及び第２流路６２は、また、仮に液溜り６０に液体燃料の一部が流入したとしても、過熱されて生成される燃料ガスは、触媒１３の下流側が高温であるため、燃焼（酸化）されて外部へと排出される。
【００３７】
このように構成される第２実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００３８】
第２実施形態の触媒反応システム１００によれば、多孔質部材１１の鉛直方向下側であって筐体１４の外周面側に、多孔質部材１１に含浸する液体燃料を受ける液溜り６０を備える。多孔質部材１１に含浸された液体燃料において、液体燃料が水分よりも気化しやすいので、燃料が気化することで分離した水分が鉛直方向下部に溜りやすく、水分のみが底面に分離されて液化する。このような水分が液溜り６０へと移動して多孔質部材１１に含浸する水分が外部へと排出されるので、多孔質部材１１の飽和が妨げられ、液体燃料の含浸を促進することができる。
【００３９】
第２実施形態の触媒反応システム１００によれば、液溜り６０は、流路に沿って下方へと傾斜するスロープ状の第１流路６１を有する。第１流路６１を有することで、多孔質部材１１に含浸して液溜り６０へと移動した水分は、第１流路６１に沿って下流へと移動するので、液溜り６０の一部での水分の滞留を抑制することができる。
【００４０】
第２実施形態の触媒反応システム１００によれば、液溜り６０の下流側の端部と連通し、液溜り６０内の水蒸気を内筒部１８の内部へと還流する還流部７０が設けられる。このような還流部７０が設けられることにより、水分を外部へと排出できるので、液溜り６０における水分の滞留を抑制できる。
【００４１】
（第３実施形態）
第２実施形態においては、液溜り６０内のガスを触媒１３の下流へ還流させる還流部７０を有する例について説明した。第２実施形態においては、液溜り６０内のガスを触媒１３の上流へと還流させる例について説明する。
【００４２】
図３Ａは、第３実施形態による触媒反応システム１００の概略構成図である。また、図３Ｂは、図３ＡにおけるＢ―Ｂ断面図である。
【００４３】
図３Ａ、３Ｂに示されるように、本実施形態の触媒反応システム１００は、図２Ａ、２Ｂに示される第２実施形態の触媒反応システム１００と比較すると、還流部７０が延長部７１を有する。
【００４４】
延長部７１は、内筒部１８の内部において加熱部１２及び触媒１３の軸中心を貫通するように設けられる。延長部７１は、加熱部１２よりも上流側の端部に内筒部１８の内部と連通する開口を有するとともに、下流側の端部において還流部７０と連通する。
【００４５】
ここで、多孔質部材１１を含浸する液体燃料のうち大部分の燃料は気化するが、一部の燃料が液体のまま多孔質部材１１を含浸して液溜り６０へと進入してしまうことがある。この液体燃料は液溜り６０を通る間に加熱部１２及び触媒１３により加熱されて生成される燃料ガスとなるが、触媒１３によって酸化反応されずにそのまま排出されるおそれがある。そこで、液溜り６０内の燃料ガスを、内筒部１８の内部へと還流させる際に、延長部７１を介して触媒１３の上流側へと導出する。このようにすることで、燃料ガスは触媒１３によって酸化された後に外気へと排出される。
【００４６】
このように構成される第３実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
【００４７】
第３実施形態の触媒反応システム１００によれば、液溜り６０における燃料ガスを内筐体の内部であって流路方向の加熱部１２の手前側へと還流する延長部７１が設けられている。多孔質部材１１を含浸して液溜り６０へと侵入する液体に燃料が含まれている場合であっても、加熱により気化される燃料ガスは、還流部７０及び延長部７１を介して触媒１３の上流に還流されるので、触媒１３によって酸化触媒反応された後に外部へと排出される。このようにすることで、燃料ガスの触媒反応システム１００の外部への排出が抑制される。
【００４８】
第３実施形態の触媒反応システム１００によれば、延長部７１は、加熱部１２、及び、触媒１３を軸方向に貫通するように設けられている。このように構成されることで、延長部７１を通る燃料ガスの再液化を抑制することができる。
【００４９】
（第４実施形態）
第２実施形態においては液溜り６０から触媒１３の下流へ還流させ、第３実施形態においては、液溜り６０は触媒１３の上流へ還流させる例について説明した。第４実施形態においては、２つの触媒部１３Ａ、１３Ｂの間へと還流させる例について説明する。
【００５０】
図４Ａは、第４実施形態による触媒反応システム１００の概略構成図である。また、図４Ｂは、図４ＡにおけるＢ―Ｂ断面図である。
【００５１】
図４Ａ、４Ｂに示されるように、本実施形態の触媒反応システム１００は、軸方向に並設される２つの触媒部１３Ａ、１３Ｂが設けられる。そして、触媒部１３Ａ、１３Ｂの間において、還流部７０が設けられている。このように構成されることで、液溜り６０内の燃料ガスは、還流部７０を介して触媒部１３Ｂの上流に還流されて、触媒部１３Ｂによって酸化触媒反応された後に触媒反応システム１００の外部へと排出される。
【００５２】
第４実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００５３】
第４実施形態の触媒反応システム１００によれば、触媒１３は、２つの触媒部１３Ａ、１３Ｂにより構成され、触媒部１３Ａ、１３Ｂは燃料ガスの流れ方向に並設されている。そして、還流部７０は、燃料ガスを内筒部１８の内部において、隣接する触媒部１３Ａと１３Ｂとの間へと還流させる。このように構成させることにより、第３実施形態のように延長部７１を設けることなく、液溜り６０内の燃料ガスの外部への排出を抑制することができる。
【００５４】
（第５実施形態）
第２実施形態においては、液溜り６０は触媒１３の下流へ還流させる還流部７０を有する例について説明した。第５実施形態においては、第２実施形態の構成に加えて、内筒部１８の外周面にフィンを有する例について説明する。
【００５５】
図５Ａは、第５実施形態による触媒反応システム１００の概略構成図である。また、図５Ｂは、図５ＡにおけるＢ―Ｂ断面図である。
【００５６】
図５Ａに示されるように、内筒部１８の外周面において液溜り６０の内側へと突出するフィン８０が設けられている。なお、図５Ｂに示されるようにフィン８０は、周方向に３つ並設されている。フィン８０が設けられることにより、液溜り６０において触媒１３と熱交換する部位の表面積が大きくなり、酸化触媒反応により発熱する触媒１３との熱交換の効率を向上させることができる。
【００５７】
第５実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００５８】
第５実施形態の触媒反応システム１００によれば、内筒部１８は、液溜り６０に位置する内筒部１８の外周面に、液溜り６０に突出するように構成されるフィン８０を有する。このようなフィン８０が設けられることにより、酸化触媒反応により発熱する触媒１３からの熱が伝わる表面積が大きくなり、液溜り６０との間の熱交換の効率が向上し、液溜り６０における液体の気化を促進することができる。
【００５９】
（第６実施形態）
第６実施形態においては、第１実施形態の触媒反応システム１００を備える燃料電池システム２００について説明する。図６は、燃料電池システム２００の概略構成図である。
【００６０】
燃料電池システム２００は、触媒反応システム１００に加えて、燃料電池スタック（Ｆ／Ｃ）２１０と、蒸発器（ＶＡＰ）２２０と、燃料熱交換器（ＨＥＸ）２３０と、改質器（ＲＥＦ）２４０と、空気熱交換器（ＡＨＥＸ）２５０と、を備える。
【００６１】
燃料電池スタック２１０は複数の燃料電池又は燃料電池単位セルを積層して構成され、発電源である個々の燃料電池は、例えば固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）である。燃料電池スタック２１０は、燃料電池のアノード電極に燃料ガス（アノードガス）を供給するアノードガス通路２０１と、アノード電極から排出される発電反応後のアノードオフガスを流すアノードオフガス通路２０２と、燃料電池のカソード電極に酸化剤ガス（カソードガス）を供給するカソードガス通路２０３と、カソード電極から排出される発電反応後のカソードオフガスを流すカソードオフガス通路２０４と、を備える。
【００６２】
燃料電池スタック２１０は、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する電池である。燃料電池スタック２１０の発電電力は、車両に搭載されたバッテリを充電したり、電動モータ等を駆動したりするために用いられる。
【００６３】
燃料タンク３０と燃料電池スタック２１０とは、アノードガス通路２０１を通じて接続される。アノードガス通路２０１には、流れの方向に関して上流側から順に、蒸発器２２０、燃料熱交換器２３０、及び、改質器２４０が設けられている。液体燃料は、例えば水とエタノールの混合液である含水エタノールである。
【００６４】
蒸発器２２０は、触媒反応器１０から酸化ガス通路５３を通じて供給される燃焼ガス（酸化ガス）との熱交換により、液体燃料を加熱する。燃料タンク３０に蓄えられる液体燃料は、加熱により気化されるので、燃料ガスが生成される。アノードガス通路２０１においては、蒸発器２２０の流入口にインジェクタ２０１Ａが設けられており、液体燃料の供給が制御される。
【００６５】
燃料熱交換器２３０は、触媒反応器１０での酸化触媒反応により生じる燃焼ガスの熱を受け、蒸発器２２０において生成される燃料ガスをさらに加熱する。
【００６６】
改質器２４０は、改質用触媒を内蔵しており、燃料熱交換器２３０から供給される燃料ガスを改質し、水素等を含むアノードガスを生成する。改質器２４０で生成されたアノードガスは、燃料電池スタック２１０に供給される。
【００６７】
カソードガス通路２０３には、空気熱交換器２５０が設けられている。空気熱交換器２５０は、触媒反応器１０から酸化ガス通路５３を介して供給される燃焼ガスとの熱交換により、カソードガス通路２０３を流れるカソードガス（空気）を加熱する。本実施形態では、カソードガス通路２０３の開放端付近にエアコンプレッサ２０３Ａが設置されており、カソードガスとして大気中の空気がエアコンプレッサ２０３Ａを通じてカソードガス通路２０３に吸入される。カソードガスは、空気熱交換器２５０を通過する際に加熱され、燃料電池スタック２１０に供給される。
【００６８】
触媒反応器１０の流入路１９には、燃料電池スタック２１０からアノードオフガス通路２０２を介して排出されるアノードオフガスと、カソードオフガス通路２０４を介して排出されるカソードオフガスが入力される。触媒反応器１０は、アノードオフガスとカソードガスに含まれる未燃燃料を酸化触媒反応させ、燃焼ガスを酸化ガス通路５３を介して燃料電池システム２００の外部へと排出する。このような場合には、触媒反応器１０は、排気燃焼器として機能する。
【００６９】
触媒反応器１０には、アノードガス通路２０１において蒸発器２２０の上流において分岐する燃料供給路５１と、カソードガス通路２０３において空気熱交換器２５０の上流において分岐して空気供給路５２とが接続される。そして、燃料供給路５１と触媒反応器１０との接続箇所にインジェクタ２０が設けられ、インジェクタ２０が操作されることにより触媒反応器１０に供給される液体燃料の量が制御される。
【００７０】
触媒反応器１０においては、起動時など燃料電池スタック２１０から未燃ガスが供給されない場合には、酸化触媒反応が進行しない。そのため、燃焼ガスが生成されず、蒸発器２２０、燃料熱交換器２３０、及び、空気熱交換器２５０において熱交換が行われない。そこで、燃料タンク３０から触媒反応器１０に対して液体燃料を供給することで触媒反応を進行させて、蒸発器２２０、燃料熱交換器２３０、及び、空気熱交換器２５０における熱交換を行うことができる。このようにして、起動時に暖機運転をすることができる。このような場合には、触媒反応器１０は、起動燃焼器として機能する。
【００７１】
第６実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００７２】
第６実施形態の触媒反応システム１００を用いた燃料電池システム２００によれば、触媒反応システム１００は、起動燃焼器として機能するだけでなく、燃料電池スタック２１０から排出されるアノードオフガスとカソードオフガスとを酸化触媒反応させる排気燃焼器として機能する。このように構成されることで、２つの機能を１つの触媒反応システム１００で実現できるので構成を簡略化できる。
【００７３】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるわけではなく、請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１０    触媒反応器
１１    多孔質部材
１２    加熱部
１３    触媒
１４    筐体
１５    外円錐部
１６    外筒部
１７    内円錐部
１８    内筒部
１９    流入路
２０    インジェクタ
６０    液溜り
７０    還流部
７１    延長部
８０    フィン
１００  触媒反応システム
【図１Ａ】
2020021608.tif 000003
【図１Ｂ】
2020021608.tif 000004
【図２Ａ】
2020021608.tif 000005
【図２Ｂ】
2020021608.tif 000006
【図３Ａ】
2020021608.tif 000007
【図３Ｂ】
2020021608.tif 000008
【図４Ａ】
2020021608.tif 000009
【図４Ｂ】
2020021608.tif 000010
【図５Ａ】
2020021608.tif 000011
【図５Ｂ】
2020021608.tif 000012
【図６】
2020021608.tif 000013