(57)【要約】【課題】製造コストを低減しつつ、空間効率に優れ、しかも、効率的に燃料オフガスを燃焼させることができる触媒燃焼器を提供すること。【解決手段】固体酸化物形燃料電池からの燃料オフガスと空気との混合ガスを燃焼させる触媒燃焼部（１１）と、この触媒燃焼部の上流側に配置され、混合ガスを整流する整流部（１２）と、を備えた触媒燃焼器（１）において、整流部は、触媒燃焼部の圧力損失よりも高い圧力損失に設定される構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物形燃料電池からの燃料オフガスと空気との混合ガスを燃焼させる触媒燃焼部と、
前記触媒燃焼部の上流側に配置され、前記混合ガスを整流する整流部と、を備え、
前記整流部は、前記触媒燃焼部の圧力損失よりも高い圧力損失に設定されることを特徴とする触媒燃焼器。
【請求項２】
前記整流部は、前記触媒燃焼部に隣接して配置されることを特徴とする請求項１に記載の触媒燃焼器。
【請求項３】
前記整流部は、前記触媒燃焼部と同一材料で構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の触媒燃焼器。
【請求項４】
前記整流部は、前記触媒燃焼部の触媒付着率よりも高い比率で触媒が付着していることを特徴とする請求項３に記載の触媒燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid  Oxide  Fuel  Cell）の開発が進められている。ＳＯＦＣは、空気極で生成された酸化物イオンが電解質を透過して燃料極に移動し、燃料極で酸化物イオンが水素又は一酸化炭素と反応することにより電気エネルギーを発生する発電メカニズムである。ＳＯＦＣは、現在知られている燃料電池の形態の中では、発電の動作温度が最も高く（例えば９００℃〜１０００℃）、発電効率が最も高いという特性を持つ。
【０００３】
一般に、ＳＯＦＣから排出される燃料オフガスは、水素、一酸化炭素やメタンなどの可燃性ガスを含んでいる。このため、燃料電池システムでは、これらの燃料オフガスを燃焼させるための燃焼器を備え、燃焼器による燃焼処理を行った後に外気へ放出している。従来、触媒燃焼部及びこの触媒燃焼部の上流側に配置された整流板を有する触媒燃焼器と、触媒燃焼器の上流側に配置された混合器とを備え、混合器で混合した燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスを整流板で整流後に触媒燃焼部で燃焼させる燃焼ヒータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０７４６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の燃焼ヒータにおいては、触媒燃焼器の上流側に、燃料ガスと酸化剤ガスとを混合するための混合器を備える必要があり、燃料電池システムの大型化やコストアップを招き得る。一般に、燃料電池システムにおいては、製造コストを低減しつつ、空間効率に優れ、しかも、効率的に燃料オフガスを燃焼させることができる触媒燃焼器が要請されている。
【０００６】
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、製造コストを低減しつつ、空間効率に優れ、しかも、効率的に燃料オフガスを燃焼させることができる触媒燃焼器を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施の形態の触媒燃焼器は、その一態様では、固体酸化物形燃料電池からの燃料オフガスと空気との混合ガスを燃焼させる触媒燃焼部と、前記触媒燃焼部の上流側に配置され、前記混合ガスを整流する整流部と、を備え、前記整流部は、前記触媒燃焼部の圧力損失よりも高い圧力損失に設定されることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、製造コストを低減しつつ、空間効率に優れ、しかも、効率的に燃料オフガスを燃焼させることができる触媒燃焼器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態に係る触媒燃焼器の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid  Oxide  Fuel  Cell）は、酸化剤ガス流路（カソードガス流路）と、燃料ガス流路（アノードガス流路）とを有している。酸化剤ガス流路の入口部には、酸化剤ガス供給器（図示略）から酸化剤ガス（空気）が供給され、酸化剤ガス流路の出口部からは、カソード側排出ガスが排出される。燃料ガス流路の入口部には、燃料ガス供給器（図示略）から燃料ガス（燃料）が供給され、燃料ガス流路の出口部からは、アノード側排出ガス（燃料オフガス）が排出される。本実施の形態に係る触媒燃焼器はＳＯＦＣから排出される燃料オフガスを外気に放出する前に、残存する可燃性ガス成分を除去するために燃料オフガスを燃焼するものである。なお、燃料オフガスは、燃料電池オフガスや燃料排ガスと呼ばれてもよい。
【００１１】
以下、本発明に係る触媒燃焼器の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る触媒燃焼器１の概略構成を示す図である。図１に示すように、触媒燃焼器１は、燃焼オフガス排気ライン（以下、「排気ライン」という）２に設けられている。排気ライン２における触媒燃焼器１の上流側には、には、燃料オフガス排出ライン（以下、「排出ライン」という）３及び空気供給ライン４が接続されている。排気ライン２における触媒燃焼器１の下流側には、排気孔５が設けられている。
【００１２】
排出ライン３は、上述したＳＯＦＣの燃料ガス流路の出口部に接続されている。空気供給ライン４は、図示しない酸化剤ガス供給器に接続されている。この酸化剤ガス供給器は、触媒燃焼器１用に独立して設けてもよいし、ＳＯＦＣに酸化剤ガス（空気）を供給する供給器と共用してもよい。排気孔５からは、燃料オフガスと酸化剤ガス（空気）の混合ガスを触媒燃焼器１で燃焼させた際のガスが排気される。
【００１３】
排気ライン２には、燃料オフガス（混合ガス）の流動方向に沿って、小径部２１、大径部２２及び小径部２３が設けられている。小径部２１、２３及び大径部２２は、概して円筒形状を有している。小径部２１、２３の内径寸法は、ほぼ同一寸法に設定され、大径部２２の内径寸法は、小径部２１、２３よりも大きく設定される。排出ライン３及び空気供給ライン４は、小径部２１に接続されている。触媒燃焼器１は、大径部２２内に収容されている。排気孔５は、小径部２３の終端部に開口して形成されている。
【００１４】
触媒燃焼器１は、排気ライン２の大径部２２の内壁面に固定されている。触媒燃焼器１は、触媒燃焼部１１及び整流部１２を含んで構成される。なお、触媒燃焼部１１及び整流部１２は、それぞれ触媒層及び整流層と呼ぶこともできる。触媒燃焼部１１は、燃料オフガス（混合ガス）の流動方向に沿って、整流部１２の下流側に配置される。本実施の形態において、触媒燃焼部１１は、整流部１２の下流側に隣接して設けられるが、これに限定されない。例えば、整流部１２は、触媒燃焼部１１の上流側に配置されることを前提として、触媒燃焼部１１から離間して配置されていてもよい。例えば、整流部１２は、小径部２１の一部に設けられてもよい。
【００１５】
触媒燃焼部１１は、金属製のハニカム構造を有する基材に所定の触媒活性物質（以下、単に「触媒」という）を付着させることで形成される。例えば、触媒は、基材に対して噴射器により噴射することで付着されるが、これに限定されない。基材に対する触媒の付着量により燃料オフガス（混合ガス）の燃焼反応量が定まると共に、触媒燃焼部１１における圧力損失が定まる。基材に対する触媒の付着量が多いほど燃料オフガス（混合ガス）の燃焼反応量が多くなると共に、触媒燃焼部１１における圧力損失が大きくなる。基材に対する触媒の付着量が少ないほど燃料オフガス（混合ガス）の燃焼反応量が少なくなると共に、触媒燃焼部１１における圧力損失が小さくなる。
【００１６】
整流部１２は、金属製のハニカム構造を有する基材で形成される。すなわち、整流部１２は、触媒燃焼部１１と同一材料で構成される。整流部１２を構成する基材の開孔率は、触媒燃焼部１１を構成する基材の開孔率よりも小さく設定されている。これにより、整流部１２は、その圧力損失が、触媒燃焼部１１の圧力損失よりも大きくなるように設定されている。例えば、整流部１２の圧力損失は、触媒燃焼部１１の圧力損失の２〜１０倍に設定される。触媒燃焼部１１の圧力損失をΔＰとする場合、整流部１２の圧力損失は２ΔＰ〜１０ΔＰに設定される。より好ましくは、整流部１２の圧力損失は、触媒燃焼部１１の圧力損失の４〜６倍に設定される。
【００１７】
なお、整流部１２を構成する基材には、触媒燃焼部１１と同様に、触媒を付着させてもよい。整流部１２の基材に触媒を付着させる場合には、触媒燃焼部１１と同様に、触媒燃焼器１を通過する燃料オフガス（混合ガス）に燃焼反応を起こさせることができる。整流部１２の基材に触媒を付着させる場合には、触媒の付着量を調整することで、整流部１２の圧力損失が、触媒燃焼部１１の圧力損失よりも大きくなるように設定してもよい。
【００１８】
ここで、本実施の形態に係る触媒燃焼器１における燃料オフガスの燃焼行程について説明する。排出ライン３からの燃料オフガス及び空気供給ライン４からの空気は、下流側の触媒燃焼器１に向かって排気ライン２の小径部２１内を流動する。燃料オフガス及び空気は、小径部２１を流動する過程で混合されて混合ガスとなっていく。そして、大径部２２に進入すると、混合ガスは、触媒燃焼器１の整流部１２内に進入し、整流部１２内で整流される。
【００１９】
整流部１２による整流を経て、混合ガスは、触媒燃焼部１１に進入する。触媒燃焼部１１を通過する過程において、混合ガスは、基材に付着した触媒と燃焼反応を起こす。これにより、混合ガス（燃料オフガス）に含まれる可燃性ガス成分が除去される。触媒燃焼部１１を通過した後、混合ガスは、小径部２３に進入して、排気孔５から外気に放出される。
【００２０】
触媒燃焼器１で燃焼される過程において、触媒燃焼器１の上流側に配置される整流部１２の圧力損失は、下流側に配置される触媒燃焼部１１の圧力損失よりも高く設定されている。このため、混合ガスは、整流部１２を通過する過程で更に混合され、燃料オフガスと空気とがむらなく均質化された状態となる。このように混合ガスが均質化された状態で触媒燃焼部１１に供給されることから、効率的に混合ガス（燃料オフガス）の燃焼させることができる。
【００２１】
特に、整流部１２の圧力損失を触媒燃焼器１の圧力損失よりも高く設定して、燃料オフガスと空気とを均質化するようにしたことから、触媒燃焼器１の上流側に、混合器を別途用意することなく燃料オフガスと空気とを混合することができる。このため、混合器を用意することに伴って燃料電池システムが大型化する事態やコストアップする事態を防止することができる。この結果、製造コストを低減しつつ、空間効率に優れ、しかも、効率的に燃料オフガスを燃焼させることができる。
【００２２】
特に、本実施の形態に係る触媒燃焼器１においては、整流部１２の圧力損失は、触媒燃焼部１１の圧力損失の４〜６倍に設定されている。整流部１２と触媒燃焼部１１の圧力損失をこのような比率に設定することにより、整流部１２で燃料オフガスの排気を遮ることなく均質化の効果を付加することが可能となる。
【００２３】
また、本実施の形態に係る触媒燃焼器１において、触媒燃焼部１１は、整流部１２の下流側に隣接して設けられている。これにより、整流部１２に均質化された状態の混合ガスを直接的に触媒燃焼部１１に流入させることができる。このため、触媒燃焼部１１における燃焼効率（燃焼反応の効率）を更に向上でき、混合ガス（燃料オフガス）に含まれる可燃性ガス成分を効果的に除去することができる。
【００２４】
さらに、本実施の形態に係る触媒燃焼器１において、整流部１２は、触媒燃焼部１１と同一材料で構成されている。より具体的には、整流部１２は、触媒燃焼部１１を構成する金属製のハニカム構造を有する基材で構成される。整流部１２を触媒燃焼部１１と異なる材料で構成すると、触媒燃焼部１１の圧力損失と、整流部１２の圧力損失とを調整すること処理が煩雑になり、当該処理に要するコストも上昇する。本実施の形態のように、整流部１２を触媒燃焼部１１と同一材料で構成することにより、整流部１２の圧力損失を触媒燃焼部１１よりも高く設定する作業が容易となり、製造コストを低減することができる。
【００２５】
なお、整流部１２に触媒を付着させることにより、整流部１２にて混合ガスに燃焼反応を起こさせることができる。この場合において、触媒燃焼部１１の触媒付着率よりも高い比率で整流部１２に対して触媒を付着させることは実施の形態として好ましい。この場合には、触媒の付着量を調整することにより、整流部１２の圧力損失を、触媒燃焼部１１の圧力損失よりも高く設定することができる。この場合には、整流部１２を構成する基材と、触媒燃焼部１１を構成する基材とで共通の開孔率を備える基材を使用することができるので、更にこれらの製造に要するコストを低減することができる。この場合には、単一部材から基材に異なる量の触媒を付着させることで触媒燃焼部１１と整流部１２とを形成することもできる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている構成要素の大きさや形状、機能などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【００２７】
例えば、上記実施の形態においては、整流部１２を触媒燃焼部１１と同一材料で構成する場合について説明している。しかしながら、整流部１２を構成する材料については、これに限定されるものではなく、触媒燃焼部１１と異なる材料で構成してもよい。圧力損失を触媒燃焼部１１よりも高く設定することを考慮すると、上述したように、触媒燃焼部１１と同一材料で整流部１２を構成することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の触媒燃焼器は、製造コストを低減しつつ、空間効率に優れ、しかも、効率的に燃料オフガスを燃焼させることができ、家庭用、業務用、その他のあらゆる産業分野で利用される固体酸化物形燃料電池から排出される燃料オフガスの燃焼処理に有用である。
【符号の説明】
【００２９】
１：触媒燃焼器
２：燃焼オフガス排気ライン（排気ライン）
３：燃料オフガス排出ライン（排出ライン）
４：空気供給ライン
５：排気孔
１１：触媒燃焼部
１２：整流部
２１、２３：小径部
２２：大径部
【図１】
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