(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体原燃料を蒸発させる燃料蒸発器に対し、触媒燃焼器が有する第１の燃焼触媒により燃料電池からのオフガスを触媒燃焼させて蒸発用熱源となる燃焼ガスを与える燃料蒸発器の暖機装置であって、
前記オフガスを前記触媒燃焼器に送るオフガス通路と、
第２の燃焼触媒と、この第２の燃焼触媒へ向け燃料を噴射する燃料噴射部と、前記第２の燃焼触媒で燃焼した燃焼ガスを前記オフガス通路の側部から前記オフガス通路へ送出する燃焼ガス出口部とを有する燃焼ガス送出手段と、
を備えることを特徴とする燃料蒸発器の暖機装置。
【請求項２】
前記燃焼ガス送出手段は、噴射した前記燃料に対して気体による旋回流を与えるスワラを有することを特徴とする請求項１に記載の燃料蒸発器の暖機装置。
【請求項３】
前記燃焼ガス送出手段は、前記燃焼ガス送出手段の燃焼ガス出口部が前記オフガス流れの上流側から前記触媒燃焼器の方向に向けられて設置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料蒸発器の暖機装置。
【請求項４】
前記オフガス通路の壁から前記オフガスの流れに沿って伸長して設けられ、前記燃焼ガス送出手段からの前記燃焼ガスの一部を遮る遮蔽板を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか１項に記載の燃料蒸発器の暖機装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタノールと水の混合液などの液体原燃料を改質して燃料電池に供給する水素を製造する燃料電池システムの改質工程において、改質反応を行う改質器へ前記液体原燃料を蒸発させて原燃料ガスとして供給するために使用される燃料蒸発器の暖機装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料電池システムにおいては、改質器に供給する改質原料を蒸発させる燃料蒸発器１００（または２００）を速やかに暖機するものとして、図４（ａ），図４（ｂ）に示すような電気ヒータ１０１や燃焼バーナ２０１を使用した暖機装置が広く知られている。これらは暖機を必要とする部分を直接加熱して暖めるものや、電気ヒータ１０１及び燃焼バーナ２０１を熱源として気体や液体を加熱し、これらを伝熱媒体として間接加熱することで暖めるものとがある。
例えば特開平１１−８６８９３号公報に示されているような燃料蒸発器に燃焼バーナを備えた構成が知られている。この構成によれば、燃料を燃焼バーナで燃焼し、その燃焼熱を利用して熱交換器により改質原料を昇温・蒸発させている。さらに暖機装置として、改質原料昇温用のガスを発生させる触媒燃焼器を備えるものが知られている。例えば特願平１１−３１５９９６号（未公開）で提案した燃料蒸発器には触媒燃焼器が設けられ、この触媒燃焼器を速やかに昇温する目的で、これまで図４（ａ），図４（ｂ）に示すような電気ヒータ１０１や燃焼バーナ２０１が使用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料電池からのオフガス流量が多くなると、電気ヒータ１０１で加熱する場合は、消費電力が大きくなり、一方、燃焼バーナ２０１で加熱する場合は、燃焼バーナ２０１の排気ガス量が多くなることやバーナ自体が大型になるという問題があった。
しかも、どちらの暖機方法も加熱効率が悪いため、始動（起動）してから燃料蒸発器１００の暖機が終了するまでに時間がかかるという問題があった。
また、燃焼バーナ２０１で加熱する場合は高温燃焼となりやすく、ＮＯＸ（窒素酸化物）等の有害物質を排出しやすいという問題があった。
【０００４】
本発明は前記課題を解決するためになされたものであって、短時間で確実に暖機可能な始動・暖機システム構造を有し、小型で電気消費量が少なく、且つ、清浄なガスを排出できる燃料蒸発器の暖機装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためになされた本発明の請求項１は、液体原燃料を蒸発させる燃料蒸発器に対し、触媒燃焼器が有する第１の燃焼触媒により燃料電池からのオフガスを触媒燃焼させて蒸発用熱源となる燃焼ガスを与える燃料蒸発器の暖機装置であって、前記オフガスを前記触媒燃焼器に送るオフガス通路と、第２の燃焼触媒と、この第２の燃焼触媒へ向け燃料を噴射する燃料噴射部と、前記第２の燃焼触媒で燃焼した燃焼ガスを前記オフガス通路の側部から前記オフガス通路へ送出する燃焼ガス出口部とを有する燃焼ガス送出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
前記のように構成することにより、以下の作用・効果が得られる。
前記燃料噴射部から前記第２の燃焼触媒に燃料を噴射したのち、前記第２の燃焼触媒で燃焼した燃焼ガスを前記オフガス通路の側部から前記オフガス通路へ送出することにより、ＮＯXの出にくい低温燃焼となり、外部に清浄な排ガスを排出しながら確実に触媒燃焼器を始動温度に導くことができ、さらに、第１の燃焼触媒を有する触媒燃焼器からの輻射伝熱により燃焼ガス送出手段の第２の燃焼触媒が加熱されることが少なくなるので有効にオフガス通路方向への逆火を防止できる。
【０００７】
前記課題を解決するためになされた本発明の請求項２に係る燃料蒸発器の暖機装置は、前記燃焼ガス送出手段は、噴射した前記燃料に対して気体による旋回流を与えるスワラを有することを特徴とする請求項１に記載の燃料蒸発器の暖機装置である。
【０００８】
このように前記燃焼ガス送出手段を、噴射した前記燃料に対して気体による旋回流を与えるスワラを有するように構成したことにより、燃料の霧化及び燃料と気体の混合率が向上することによって燃焼ガスの組成が安定し後段の触媒燃焼器へのより均一な熱付与が可能となる。
【０００９】
前記課題を解決するためになされた本発明の請求項３に係る燃料蒸発器の暖機装置は、前記燃焼ガス送出手段は、前記燃焼ガス送出手段の燃焼ガス出口部が前記オフガス流れの上流側から前記触媒燃焼器の方向に向けられて設置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料蒸発器の暖機装置である。
【００１０】
このように前記燃焼ガス送出手段を、前記燃焼ガス送出手段の燃焼ガス出口部が前記オフガス流れの上流側から前記触媒燃焼器の方向に向けられて設置されるようにしたことにより、燃焼ガス送出手段で発生した燃焼ガスを効率良く触媒燃焼器の第１の燃焼触媒に当てることができる。
【００１１】
前記課題を解決するためになされた本発明の請求項４に係る燃料蒸発器の暖機装置は、前記オフガス通路の壁から前記オフガスの流れに沿って伸長して設けられ、前記燃焼ガス送出手段からの前記燃焼ガスの一部を遮る遮蔽板を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか１項に記載の燃料蒸発器の暖機装置である。
【００１２】
前記のように構成することにより、以下の作用・効果が得られる。
（１）遮蔽板を設けることにより、オフガスの流れが燃焼ガス送出手段方向に巻き込み難くなり、オフガスが燃焼ガス送出手段の第２の燃焼触媒と接触して燃焼することがなくなる。
（２）遮蔽板をオフガス通路の壁からオフガスの流れに沿って伸長して設けるようにしたので、オフガス通路の断面積が略一定のままとなり、遮蔽板を設けてもオフガス通路の圧力損失が少なく偏流も起き難くなり、オフガスが第１の燃焼触媒を有する触媒燃焼器側になめらかに流れる。
また、燃料蒸発器が定常運転されているときに、触媒燃焼器の第１の燃焼触媒からの輻射伝熱により燃焼ガス送出手段の第２の燃焼触媒が請求項１の発明よりもさらに加熱されなくなるので、オフガスが燃焼ガス送出手段の第２の燃焼触媒で燃焼することにより発生していた逆火をさらに確実に防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
車両に搭載される燃料電池システムで使用される本発明に係る燃料蒸発器の暖機装置の一実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る燃料蒸発器の暖機装置を備えた燃料電池システムの全体ブロック図、図２は、本発明に係る燃料蒸発器の暖機装置の一実施の形態を示す側断面図、図３（ａ）は、本発明に係る空気噴射ノズル及び空気噴射通路の構成図、図３（ｂ）は、本発明に係る空気噴射ノズルの空気噴射傘の平面図である。
【００１４】
最初に、図１及び図２を参照して、本発明に係る燃料蒸発器の暖機装置が適用される燃料電池システムＦＣＳ全体について説明する。
車両に搭載される燃料電池システムＦＣＳは、
オフガス通路１ａと、オフガス通路１ａの側部に形成して備えられる燃焼ガス送出手段１０と、前記燃焼ガス送出手段１０と同様にオフガス通路１ａの側部に形成して備えられ、燃料（例えばメタノール）を噴射する燃料噴射手段３０と、触媒燃焼器２０とから主要部を形成され、燃料電池６から供給されるオフガスや燃料を触媒燃焼器２０で触媒燃焼して、始動時などで燃料蒸発器２の蒸発用熱源となる燃焼ガスを発生させる燃料蒸発器２の暖機装置１と、
前記燃料蒸発器の暖機装置１で発生した燃焼ガスを蒸発用熱源として、液体原燃料（例えば水とメタノールの混合溶液）を蒸発室２ｂ内で蒸発させる燃料蒸発器２と、
前記燃料蒸発器２で前記液体原燃料を蒸発させた原燃料ガスを固体触媒上で反応させて水素を含んだ燃料ガスにする改質器３と、
前記改質器３で生成される前記燃料ガス中の一酸化炭素を除去するＣＯ除去器４と、
前記ＣＯ除去器４から供給される燃料ガス中の水素と、酸化剤供給手段である空気圧縮機５により圧縮された空気中の酸素とを反応させて発電を行う燃料電池６と、
燃料電池からのオフガスから水分を分離・除去する気液分離装置７とを含んで構成される。
【００１５】
次に前記のように構成される燃料電池システムＦＣＳの作用について説明する。
液体原燃料（例えばメタノールと水の混合燃料）が、ポンプにより、貯蔵タンクＴから燃料蒸発器２へ所定の量だけ供給される。前記燃料蒸発器２に供給された液体原燃料は、原燃料噴射装置２ａから蒸発室２ｂ内の管板２ｃに多数固設されたＵ字形をした熱媒チューブ２ｐの外表面に噴射されて原燃料ガスとして蒸発される。燃料蒸発器２の蒸発用熱源としては、定常運転時は、燃料電池６の水素極の残水素と酸素極の残酸素を含むオフガスを燃料蒸発器２の蒸発室２ｂ（図２参照）下部に設けられた触媒燃焼器２０で触媒燃焼することにより発生する燃焼ガスから必要熱量を確保する。
一方、始動時等で蒸発用熱源がない場合は、燃焼ガス送出手段１０を使って燃料（例えばメタノール）を通電加熱した燃焼触媒１０ｃ（第２の燃焼触媒）（図２参照））に噴射し、触媒燃焼させることで燃焼ガスを発生し、この燃焼ガスから触媒燃焼器２０を暖機するのに必要な熱量を確保する。さらに第２噴射手段３０から燃料（例えばメタノール）を噴射して触媒燃焼器２０で触媒燃焼させることで燃料蒸発器２を暖機するのに必要な熱量を確保することができる。
【００１６】
前記燃料蒸発器２で蒸発させた原燃料ガスは、改質器３に導入され、固体触媒上で反応させられて水素リッチな燃料ガスに改質される。さらに、前記改質器３で生成された水素リッチな燃料ガスは、ガス中の一酸化炭素をＣＯ除去器４で除去された後、前記ＣＯ除去器４から供給される燃料ガス中の水素と、酸化剤供給手段である空気圧縮機５により圧縮された空気中の酸素とを反応させて発電を行う燃料電池６に供給される。この燃料電池６で反応した後のオフガスは、気液分離装置７で水分を分離・除去された後、再び触媒燃焼器２０で触媒燃焼され燃料蒸発器２の蒸発用熱源となる。
【００１７】
次に、本発明に係る燃料蒸発器の暖機装置の一実施の形態について図２を参照して詳細に説明する。
本発明に係る燃料蒸発器の暖機装置は、図２に示すように、
燃料電池６から排出されるオフガスを触媒燃焼器２０まで導くための両端にフランジ部Ｆ１，Ｆ２を有する配管であるオフガス通路１ａと、
燃料蒸発器２の蒸発室２ｂ下部に設けられ、且つ、前記オフガス通路１ａ下流側のフランジ部Ｆ２とその入口部２１とがフランジ接合して設けられ、燃焼触媒２２ａ（第１の燃焼触媒）によりオフガスまたは燃料（例えばメタノール）を触媒燃焼させて前記燃料蒸発器２の蒸発用熱源となる燃焼ガスを発生させる触媒燃焼器２０と、
前記オフガスを送るオフガス通路１ａの側部に形成して備えられ、前記触媒燃焼器２０の暖機時に主として使用され、燃料噴射部であるインジェクタ１０ａと、スワラであって気体の空気の旋回流を発生させる空気噴射ノズル１０ｂと、燃料と空気との混合物を燃焼して触媒燃焼器２０を暖機するための燃焼ガスを発生させる燃焼触媒１０ｃと、燃焼ガス出口部１０ｄとを備えて形成され、前記インジェクタ１０ａから前記燃焼触媒１０ｃに燃料を噴射することにより触媒燃焼させた燃焼ガスを燃焼ガス出口部１０ｄから直接前記触媒燃焼器２０に向け送出する燃焼ガス送出手段１０と、
前記オフガスを送るオフガス通路１ａの側部に形成して備えられ、前記触媒燃焼器２０の燃焼触媒２２ａが低温活性温度以上に昇温されたときに触媒燃焼器２０の燃焼触媒２２ａの表面に燃料を直接噴射可能な位置に設置された燃料噴射手段３０と、
から主要部が構成される。
【００１８】
オフガス通路１ａは、燃料電池６から排出されるオフガスを触媒燃焼器２０の燃焼触媒２２ａまで導くための両端にフランジ部Ｆ１，Ｆ２を有する配管である。オフガス通路１ａには、燃焼ガス送出手段１０で発生させた燃焼ガスを触媒燃焼器２０へ供給するための開口部である燃焼ガス出口部１０ｄが設けられている。
燃焼ガス出口部１０ｄの向きは触媒燃焼器２０側に向いており、このようにすることで触媒燃焼器２０の燃焼触媒２２ａに効率良く燃焼ガスを供給できる。
燃焼ガス出口部１０ｄの取り付け位置は、触媒燃焼器２０の燃焼触媒２２ａが定常運転され高温となっているときに、燃焼ガス送出手段１０の燃焼触媒１０ｃ側から触媒燃焼器２０の入口部２１側を見たときに、どこから見ても加熱された触媒表面が見えにくい位置になるように設けられている。
このようにすることにより、輻射伝熱により燃焼ガス送出手段１０の燃焼触媒１０ｃが加熱されることがなくなる。
また、オフガス通路１ａには、燃焼ガス送出手段１０からの燃焼ガスの一部を遮る遮蔽板１０ｅがオフガス通路１ａの壁からオフガスの流れに沿って伸長して設けられている。遮蔽板１０ｅの下流側（図２の右端側）には、燃焼ガス送出手段１０の燃焼ガス出口部１０ｄの開口部を形成している。
このように構成したことにより以下の作用・効果が得られる。
（１）遮蔽板を設けることにより、オフガスの流れが燃焼ガス送出手段の方向に巻き込み難くなり、オフガスが燃焼ガス送出手段の燃焼触媒と接触して燃焼することがなくなる。
（２）遮蔽板をオフガス通路の壁からオフガスの流れに沿って伸長して設けるようにしたので、オフガス通路の断面積が略一定のままとなり、遮蔽板を設けてもオフガス通路の圧力損失が少なく偏流も起き難くなり、オフガスが触媒燃焼器側になめらかに流れる。
また、燃料蒸発器が定常運転されているときに、触媒燃焼器の燃焼触媒からの輻射伝熱により燃焼ガス送出手段の燃焼触媒が請求項１の発明よりもさらに加熱され難くなるので、オフガスが燃焼ガス送出手段の燃焼触媒で燃焼することにより発生していた逆火をさらに確実に防止できる。
また、オフガス通路１ａには、燃料噴射手段３０のインジェクタ３０ａで噴射した燃料を、気体である空気によって旋回流を発生するスワラである空気噴射ノズル３０ｂにより微粒化・分散化して触媒燃焼器２０へ供給するための開口部である燃料出口部３０ｄが設けられている。
燃料出口部３０ｄの向きは触媒燃焼器２０側に向いており、このようにすることで触媒燃焼器２０の燃焼触媒２２ａに効率良く燃料を供給できる。
【００１９】
触媒燃焼器２０は、燃料蒸発器２の蒸発室２ｂの直下に隣接して設けられ、被燃焼体である燃料電池６のオフガス（水素と空気の混合ガス）または燃料噴射手段３０から噴射される燃料を触媒燃焼して、燃料蒸発器２の蒸発用熱源である燃焼ガスを発生させる燃焼器である。前記触媒層２２の断面形状は矩形であり、その中にはハニカム状の触媒が充填されている。触媒としては白金属系の触媒が使用される。メタルハニカム触媒を使用することで熱伝導性が良くなる。担体としてはシリカ系やアルミナ系の担体が多く用いられている。触媒層２２の前後にはオフガスを触媒燃焼器２０に導入するためのフランジ部Ｆ３を有する入口部２１と、触媒層２２で発生した高温の燃焼ガスが下流側に流れるときに燃焼ガスの流れ方向を１８０度変えられるように燃焼ガス通路内を区画した、半円状の隔壁板２５からなる出口部２３を備えている。
さらに触媒層２２の入口には、燃焼ガス送出手段１０からの燃焼ガスを触媒層２２に均一に供給しつつ燃焼ガスの整流を行う多孔板２２ｂが設けられている。多孔板２２ｂの形状は、触媒燃焼器２０に燃焼触媒２２ａを充填したときの配管の横断面の形状と同じものが望ましい。多孔板２２ｂは、パンチングメタルまたはスリットを穿設した板材を設けるのが好ましい。多孔板２２ｂの材質は、耐食性を上げるためステンレスが使用される。多孔板２２ｂの変わりに配管内に充填物を充填して圧損を与えるようにしてもよい。
このように多孔板２２ｂを設けることにより、オフガスの分散性の向上とともに整流効果が得られる。また、定常運転時におけるオフガスの逆火も防止できる。
【００２０】
次に、燃焼ガス送出手段１０を形成するインジェクタ１０ａ、空気噴射ノズル１０ｂ、燃焼触媒１０ｃについてさらに詳しく説明する。
燃料噴射部であるインジェクタ１０ａは、１流体ノズルの噴射装置であり、燃料（例えばメタノール）を噴射して液滴にするためのものである。燃料噴射量は、ノズル背圧（噴射量は、背圧の平方根に比例）で制御しても、噴射時間で制御してもよい。
【００２１】
スワラである空気噴射ノズル１０ｂは、気体である空気と液滴となった燃料との混合率を向上させるために図３（ａ）に示すようなスワール流（旋回流れ）を発生させるためのものである。空気噴射ノズル１０ｂには、空気以外の気体例えば燃料ガスを流すことも可能である。ここで、空気噴射ノズル１０ｂの構成について図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して説明する。
空気噴射ノズル１０ｂは、円錐台形をした空気噴射傘１０ｂ１と、前記空気噴射傘１０ｂ１に穿設された空気噴射孔ＡＨに空気を導入する空気導入管４２ｄとから主要部が構成される。
【００２２】
空気噴射孔ＡＨは、空気噴射傘１０ｂ１の周方向に間隔を有して４個形成される。各空気噴射孔ＡＨの開口面積はどれも同一である。
空気噴射孔ＡＨの形状は長円孔であり、平面視で空気噴射傘１０ｂ１の中心に対して対称の位置に設けられる。空気噴射孔ＡＨの向きは空気噴射傘１０ｂ１の中心に対して対角線上に設けられた１対の空気噴射孔ＡＨが互に逆向きとなるように設けられかつ対角線上の２対の空気噴射孔ＡＨ同士は互いに９０度方向がずれるように設けられている。
このように構成されるスワラである空気噴射ノズル１０ｂは、空気導入管４２ｄより空気噴射孔ＡＨの外側から内側に向かって噴射すると、空気噴射傘１０ｂ１内で一方向に旋回する気流を発生させる。図３（ｂ）の場合は、反時計回りのスワール流が発生する。
スワール流にインジェクタ１０ａから噴射された燃料（例えばメタノール）が合流すると、燃料が空気とともに旋回しながら噴射されるため燃焼触媒１０ｃに到達する時間が長くなり、その分、燃料が微粒化及び分散化される時間が長く確保できる。その結果、燃焼触媒１０ｃで発生する燃焼ガスは組成が均一なものが得られる。また、燃焼触媒１０ｃが備えられていない燃焼バーナと比較して、空燃比を小さくして燃焼できるので排ガス発生量が少なくなる。
【００２３】
次に燃焼ガス送出手段１０の燃焼触媒１０ｃについて説明する。
電気を通電して加熱使用する燃焼触媒１０ｃは、触媒基材として鉄−クロム系のステンレス板をエキスパンドメタル加工することによって電気抵抗を大きくしたものである。触媒基材の表面には、耐熱性硝子皮膜または特殊雰囲気下での熱処理により形成された不動態皮膜を有しているので耐食性が高い。尚、触媒燃焼の反応活性成分は白金属系の金属である。
このようにすることで、従来、セラミックスでできた触媒基材を、別途設けた熱源で加熱する方法と比較して、電気発熱体としての機能、触媒基材としての加工性が向上できる。
この燃焼触媒１０ｃは、通電時には、燃焼触媒１０ｃの上流側端面に点分散させた微小領域を集中的に加熱する。従って、電気的に加熱する部分が小さな領域であるため、低電力で印加しても通電後数秒（例えば３〜５秒）で触媒活性温度に達し、燃料の酸化反応（燃焼反応）が生じて大きな燃焼熱を発生する。
従って、燃焼触媒１０ｃが活性化する温度へ立ちあがるまでの時間を短縮でき、触媒デバイスの小型化が可能となる。また、コールドスタート時であっても、清浄な排ガスを外部に放出できる。
【００２４】
燃料噴射手段３０は、インジェクタ３０ａ、前記した空気噴射ノズル１０ｂと同じ構造を有する空気噴射ノズル３０ｂ、オフガス通路１ａへの燃料出口部３０ｄとから主要部が構成される。燃料噴射手段３０は、オフガスを送るオフガス通路１ａの側部に備えられ、触媒燃焼器２０の燃焼触媒２２ａが低温活性温度以上に昇温されたときに触媒燃焼器２０の燃焼触媒２２ａに燃料（例えばメタノール）を直接噴射可能な位置に設置されている。図２では、１台を示しているが、必要に応じて複数台設けられる。燃料噴射手段３０は、触媒燃焼器２０の燃焼層２２の上流側端面全体に燃料が行き渡るように必要台数設けられる。
触媒燃焼器２０の燃焼触媒２２ａが低温活性温度以上に昇温されたときに、インジェクタ３０ａから燃料（例えばメタノール）を噴射しながら、燃焼ガス送出手段１０の燃焼触媒１０ｃに電気を通電するのを止め、燃焼ガス送出手段１０のインジェクタ１０ａからも燃料（例えばメタノール）を噴射するようにして、２台のインジェクタ１０ａ，３０ａで触媒燃焼器２０の燃焼層２２の上流側端面に燃料を噴射するようにしてもよい。
【００２５】
次に、これらから構成される本発明に係る燃料蒸発器の暖機装置の運転操作方法について、図２を参照しながら、始動時（コールドスタート）と異常時に分けて説明する。
１．始動時に暖機する場合（コールドスタート）
（Ａ）燃焼ガス送出手段１０の燃焼触媒１０ｃに電気を通電する。
（Ｂ）（Ａ）とともにスワラである空気噴射ノズル１０ｂに燃料を燃焼させる燃焼用空気を供給する。
（Ｃ）燃焼ガス送出手段１０の燃焼触媒１０ｃの表面温度が所定の温度（例えば２００℃）になったら、燃料（例えばメタノール）をインジェクタ１０ａに供給し、インジェクタ１０ａから燃焼触媒１０ｃに向かって燃料を噴射する。
このとき燃料は、空気噴射ノズル１０ｂの旋回流と混合して好適に微粒化及び分散化される。
（Ｄ）燃料（例えばメタノール）を燃焼ガス送出手段１０の燃焼触媒１０ｃにより触媒燃焼して発生した燃焼ガスは、組成が均一な燃焼ガスが得られる。前記燃焼ガスは、オフガス通路１ａを介して触媒燃焼器２０の入口部２１に導入される。このとき燃焼ガス排出手段１０のインジェクタ１０ａから燃焼触媒１０ｃへ燃料を噴射するのを維持しながら燃焼触媒１０ｃへの通電を停止する。
（Ｅ）導入された燃焼ガスは、触媒燃焼器２０の触媒層２２を暖機し、触媒層２２の温度が、燃焼触媒２２ａが活性化する所定の温度（例えば１２０℃）になったら、燃焼ガス送出手段１０の燃焼触媒１０ｃへ燃料を噴射するのを停止する。
【００２６】
（Ｆ）次に、燃料噴射手段３０のインジェクタ３０ａから燃料（例えばメタノール）を噴射し、スワラである空気噴射ノズル３０ｂによって燃焼用空気と混合され好適に微粒化・分散化された燃料は、オフガス通路１ａを介してさらに触媒燃焼器２０の燃焼触媒２２ａに供給される。
（Ｇ）触媒燃焼器２０の燃焼触媒２２ａにより燃料は触媒燃焼され、燃料蒸発器２の蒸発用熱源となる燃焼ガスを発生する。燃料蒸発器２の蒸発室２ｂ内の管板２ｃに多数固設されたＵ字形の熱媒チューブ２ｐ内に、前記燃焼ガスを下から上に供給することで蒸発室２ｂを暖機する。
（Ｈ）燃料蒸発器２を通過した後の燃焼ガスの温度（排出燃焼ガス通路２４における温度）が蒸発に好適な所定の温度（例えば２００℃）以上になった時点で原燃料噴射装置２ａから液体原燃料（例えばメタノールと水の混合液）を蒸発室２ｂ内に設けられた熱媒チューブ２ｐの外表面に噴射する。
（Ｉ）蒸発室２ｂから発生する液体原燃料が蒸発した原燃料ガスの温度が、後段の改質器３の改質反応に適した所定の温度（例えば１８０℃）になったら燃料蒸発器２の暖機が終了する。
【００２７】
このように燃焼ガス送出手段１０内に、触媒が活性化する温度への立ち上がり時間が短かい燃焼触媒１０ｃを設け、前記燃焼触媒１０ｃにより燃料を触媒燃焼させて燃焼ガスを発生させ、前記燃焼ガスにより触媒燃焼器２０を暖機する。
次に、第２噴射手段３０から噴射される燃料を触媒燃焼器２０の燃焼触媒２２ａでさらに触媒燃焼させて燃料蒸発器２の蒸発用熱源である燃焼ガスを発生させ、燃料蒸発器２を暖機する。このように２段階に分けて暖機することで燃料蒸発器を暖機する時間を短縮することができる。また、燃焼触媒１０ｃを用いて燃料を低温で燃焼するのでＮＯＸ（窒素酸化物）等の有害物質の含有量が少ない清浄な排ガスを外部に排出しながら暖機できる。
【００２８】
２．燃料蒸発器の異常時の暖機
例えば触媒燃焼器２０の入口部２１で液溜まりが発生した場合は、前記した始動時の暖機方法と同様に（Ａ）から（Ｉ）の操作を行って、短時間で燃焼ガスを発生させ、その燃焼熱により触媒燃焼器２０の入口部２１を暖めるようにすることで液溜まりを解消できる。
【００２９】
このようにして短時間で確実に暖機可能な始動・暖機システム構造を有し、小型で電気消費量が少なく、且つ、清浄ガスを排出できる燃料蒸発器の暖機装置を提供できる。
尚、本発明は、以上述べた実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
例えば燃料噴射部は前出のインジェクタ１０ａの他、随時燃料を受け噴射できるものであればいずれでも良い。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明した構成と作用から明らかなように、
１．本発明の請求項１に係る燃料蒸発器の暖機装置の発明によれば、
以下の効果が得られる。
燃料噴射部から第２の燃焼触媒に燃料を噴射したのち、前記第２の燃焼触媒で燃焼した燃焼ガスを前記オフガス通路の側部から前記オフガス通路へ送出することにより、ＮＯXの出にくい低温燃焼となり、外部に清浄な排ガスを排出しながら確実に触媒燃焼器を始動温度に導くことができ、さらに、第１の燃焼触媒を有する触媒燃焼器からの輻射伝熱により燃焼ガス送出手段の第２の燃焼触媒が加熱されることが少なくなるので有効にオフガス通路方向への逆火を防止できる。
２．本発明の請求項２に係る燃料蒸発器の暖機装置の発明によれば、前記燃焼ガス送出手段を、噴射した前記燃料に対して気体による旋回流を与えるスワラを有するように構成したことにより、燃料の霧化及び燃料と気体の混合率が向上することによって燃焼ガスの組成が安定し後段の触媒燃焼器へのより均一な熱付与が可能となる。
３．本発明の請求項３に係る燃料蒸発器の暖機装置の発明によれば、前記燃焼ガス送出手段を、前記燃焼ガス送出手段の出口部が前記オフガス流れの上流側から前記触媒燃焼器の方向に向けられて設置されるようにしたことにより、燃焼ガス送出手段で発生した燃焼ガスを効率良く触媒燃焼器の第１の燃焼触媒に当てることができる。
４．本発明の請求項４に係る燃料蒸発器の暖機装置の発明によれば、前記オフガス通路の壁から前記オフガスの流れに沿って伸長して設けられ、前記燃焼ガス送出手段からの前記燃焼ガスの一部を遮る遮蔽板を備えることにより、以下の効果を奏する。
（１）遮蔽板を設けることにより、オフガスの流れが燃焼ガス送出手段方向に巻き込み難くなり、オフガスが燃焼ガス送出手段の第２の燃焼触媒と接触して燃焼することがなくなる。
（２）遮蔽板をオフガス通路の壁からオフガスの流れに沿って伸長して設けるようにしたので、オフガス通路の断面積が略一定のままとなり、遮蔽板を設けてもオフガス通路の圧力損失が少なく偏流も起き難くなり、オフガスが触媒燃焼器側になめらかに流れる。
また、燃料蒸発器が定常運転されているときに、触媒燃焼器の第１の燃焼触媒からの輻射伝熱により燃焼ガス送出手段の第２の燃焼触媒が請求項１の発明よりもさらに加熱されなくなるので、オフガスが燃焼ガス送出手段の第２の燃焼触媒で燃焼することにより発生していた逆火をさらに確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料蒸発器の暖機装置を備えた燃料電池システムの全体ブロック図である。
【図２】本発明に係る燃料蒸発器の暖機装置の一実施の形態を示す側断面図である。
【図３】（ａ）本発明に係る空気噴射ノズル及び空気噴射通路の構成図である。
（ｂ）本発明に係る空気噴射ノズルの空気噴射傘の平面図である。
【図４】従来の燃料蒸発器の暖機装置を説明するための図である。
（ａ）電気ヒータによる暖機方法を示す図である。
（ｂ）燃焼バーナによる暖機方法を示す図である。
【符号の説明】
１                      暖機装置
１ａ                    オフガス通路
２                      燃料蒸発器
１０                      燃焼ガス送出手段
１０ａ                    インジェクタ（燃料噴射部）
１０ｂ                    空気噴射ノズル（スワラ）
１０ｃ                    燃焼触媒
１０ｄ                    燃焼ガス出口部
１０ｅ                    遮蔽板
２０                      触媒燃焼器
２２ａ                    燃焼触媒
３０                      燃料噴射手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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