(57)【要約】【課題】低温で天然ガスの燃焼を開始でき且つ水素燃焼時の耐久性に優れたものとする。【解決手段】  ガス入口３９とガス出口４０を備えた容器３８内に、Ｐｔ部分担持触媒４５とＰｄ担持触媒３３をガス流通方向の上流側より順に直列に設ける。Ｐｔ部分担持触媒４５は、メタルハニカム３４に、Ｐｔ４４を担持させたＰｔ担持チャンネル３５ａと、触媒を担持させない触媒非担持チャンネル３５ｂとを交互に設けて形成する。Ｐｄ担持触媒３３は、メタルハニカム３４の各チャンネル３５にＰｄ３７を担持させて形成する。Ｐｔ部分担持触媒４５は、予混合気４１を、低温活性の高いＰｔ４４を担持させたＰｔ担持チャンネル３５ａにて燃焼させる一方、触媒非担持チャンネル３５ｂではそのまま流通させて、全体的には部分燃焼を行わせてＰｔ部分担持触媒４５の温度上昇を抑制させる。Ｐｄ担持触媒３３では、部分燃焼により昇温した部分燃焼後の予混合気４１を完全燃焼させる。【選択図】図１
2005195254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のアノードより導かれるガス中の可燃成分を触媒燃焼させて改質器の改質熱源を発生させる燃料電池発電装置用触媒燃焼器において、低温着火特性に優れる触媒成分を部分担持させた部分担持低温用触媒と、耐熱性に優れる触媒成分を全面担持させた全面担持高温用触媒とを、ガス流通方向の上流側より順に直列配置してなる構成を有することを特徴とする燃料電池発電装置用触媒燃焼器。
【請求項２】
部分担持低温用触媒は、低温着火特性に優れる触媒成分を担持させたチャンネルと、触媒成分を担持しないチャンネルとを所要の比率で備えてなる構成とした請求項１記載の燃料電池発電装置用触媒燃焼器。
【請求項３】
部分担持低温用触媒は、メタルハニカムに低温着火特性に優れる触媒を部分担持させたチャンネルと、触媒を担持しないチャンネルを交互に設けてなる構成とした請求項１記載の燃料電池発電装置用触媒燃焼器。
【請求項４】
低温着火特性に優れる触媒として白金を使用し、且つ耐熱性に優れる触媒成分としてパラジウムを使用するようにした請求項１、２又は３記載の燃料電池発電装置用触媒燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池のアノードの下流側に設けて、アノード出口より排出されるガス中の可燃成分を触媒燃焼させて改質器の改質熱源を発生させるための燃料電池発電装置用触媒燃焼器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶融炭酸塩型燃料電池のうち、たとえば、天然ガス改質溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発電装置（以下、ＭＣＦＣ発電装置と云う）は、図２にその一例の概要を示す如き構成としてある。すなわち、図示してない電解質板をカソード２とアノード３の両電極で挟んでなるセルをセパレータを介して多層に積層してスタックとした構成の溶融炭酸塩型燃料電池１における上記カソード２の入口側には、途中にブロワ９を有する空気供給ライン８が接続されていて、たとえば、過給機４のタービン５によりタービン軸６を介して回転させられる圧縮機７で圧縮した空気１０を、空気供給ライン８を通して供給するようにしてある。一方、上記燃料電池１にて発電用燃料とする改質ガス１１ａの原燃料である天然ガス１１は、図示しない脱硫器で脱硫された後、天然ガス供給ライン１２より天然ガス予熱器１３を経て改質器１４の改質室１４ａに供給され、該改質室１４ａにて改質された改質ガス１１ａが、燃料ガス供給ライン１５を通り上記天然ガス予熱器１３を経て上記燃料電池１のアノード３へ供給されるようにしてあり、これにより、上記燃料電池１における発電を行なわせるようにしてある。
【０００３】
なお、上記アノード３の出口側より排出されるアノード出口ガス１６中には、水素の未反応分が残存している。しかし、上記アノード出口ガス１６中における未反応の水素は、通常、濃度が低く、しかも、上記溶融炭酸塩型燃料電池１の原理上、アノード３側で生じる水や炭酸ガスによって更に希釈されるため、上記アノード出口ガス１６中に含まれる未反応の水素を通常のバーナで燃焼させることは難しい。
【０００４】
そのために、上記アノード３の出口側に触媒燃焼器１８を設置して、アノード３の出口側より排出されるアノード出口ガス１６を、アノード出口ガスライン１７を通して上記触媒燃焼器１８へ導入すると共に、上記カソード２の出口側より排出されるカソード出口ガス１９を、カソード出口ガスライン２０を通して上記触媒燃焼器１８へ導入するようにして、該触媒燃焼器１８にて、上記アノード出口ガス１６中に含まれる水素の未反応分を、上記カソード出口ガス１９中に残存する酸素を用いて希薄燃焼（酸化）させ、この際発生する燃焼ガス２１を、燃焼ガスライン２２を通して上記改質器１４の加熱室１４ｂに導くことにより、上記未反応分の水素の燃焼時に発生する熱を上記改質器１４における改質熱源として利用できるようにしてある。上記改質器１４の加熱室１４ｂにおける改質熱源に供された後の燃焼ガス２１は、一部はＣＯ２のリサイクルのため空気供給ライン８の途中に合流するが、残りは後述する排ガスライン２８に合流してから排出されるようにしてある。
【０００５】
又、上記カソード２から排出されたカソード出口ガス１９の一部は、カソード出口ガスライン２０より分岐させたカソードリサイクルライン２３を通り、途中の高温リサイクルブロワで昇圧されてカソード２入口側にリサイクルさせるようにしてある。更に一部のカソード出口ガス１９は、カソード出口ガスライン２０より分岐させた分岐ライン２４を通して燃焼器２５に導入させるようにしてある。該燃焼器２５には、燃料としての天然ガス１１を供給する燃料供給ライン２６と、必要に応じて空気を供給するための図示しない空気供給ラインが接続してあり、上記燃料供給ライン２６を通して供給される天然ガス１１を、上記カソード出口ガス１９と空気で燃焼させ、この燃焼により発生する燃焼排ガス２７を、上記過給機４のタービン５に導いて、該タービン５を駆動させるようにしてある。
該タービン５の駆動に供された後の燃焼排ガス２７は、排ガスライン２８より蒸気過熱器付きの蒸気発生器２９を通して熱回収を図った後、排出させるようにしてある。更に、上記蒸気発生器２９にて発生させ、蒸気過熱器にて過熱した水蒸気３０は、水蒸気ライン３１を通して上記天然ガス供給ライン１２へ導くようにしてある（たとえば、特許文献１参照）。なお、図２に符号３２で示す如き発電機を上記過給機４のタービン軸６に取り付けることも従来考えられてきている。
【０００６】
ところで、上記ＭＣＦＣ発電装置の触媒燃焼器１８は、ＭＣＦＣ発電装置の通常運転時、すなわち、上記燃料電池１による発電中には、アノード出口ガス１６中に含まれる未反応の水素を、カソード出口ガス１９中に含まれる酸素を用いて約８００℃で燃焼させて改質器１４の改質熱源を発生させるという機能を有するものである。しかし、ＭＣＦＣ発電装置の起動時にて、改質器１４の改質室１４ａが昇温されていない状態のときには、図２に二点鎖線で示す如く、該改質室１４において原燃料である天然ガス１１の改質が行なわれず、このために、該改質器１４の改質室１４ａから燃料電池１のアノード３へは、改質ガス１１ａではなく上記天然ガス１１がそのまま供給される。したがって、アノード３の出口側より排出されてアノード出口ガスライン１７を通して上記触媒燃焼器１８に送られるガスは、水素の未燃分を含んだガスではなく、上記天然ガス１１となる。そこで、上記触媒燃焼器１８は、スタートアップ用の燃料として、上記改質器１４の改質室１４ａからアノード３を通過して導かれる原燃料である天然ガス１１を、発電が行われていないために上記燃料電池１のカソード２をそのまま通過した後、カソード出口ガスライン２０を経て供給される空気１０を用いて触媒燃焼させて、上記改質器１４の改質熱源を発生させるようにする機能も要求される。
【０００７】
このように、上記触媒燃焼器１８において天然ガス１１を直接触媒燃焼させる場合、水素が１００℃程度の比較的低い温度で着火するのに比して、天然ガス１１の主成分であるメタンを着火させるためには、３５０〜５００℃程度の高温を必要とする。
【０００８】
そのため、上記ＭＣＦＣ発電装置を起動させる場合は、先ず、燃焼器２５に燃料としての天然ガス１１を供給して燃焼させ、この際発生する燃焼排ガス２７を蒸気発生器２９に導いて高温の水蒸気３０を発生させるようにし、この高温の水蒸気３０を、水蒸気ライン３１を通して天然ガス供給ライン１２へ供給して、該天然ガス供給ライン１２を通して送給される天然ガス１１と一緒に天然ガス予熱器１３、改質器１４の改質室１４ａ、燃料電池１のアノード３を順に経た後、上記触媒燃焼器１８へ導き、これにより、該触媒燃焼器１８へ供給されるスタートアップ燃料である天然ガス１１を、上記水蒸気３０の保有する熱によって該天然ガス１１が触媒上で着火可能となる温度まで予熱させて、該触媒燃焼器１８における天然ガス１１の燃焼を開始させることにより、改質熱源を発生させて改質器１４の起動を行わせるようにしている。
【０００９】
ところで、一般の触媒燃焼器に用いられる触媒としては、白金族の触媒成分（活性成分）を担持させた触媒が用いられている。かかる触媒のうち、触媒成分として白金（Ｐｔ）を担持させた触媒は、高活性で天然ガスの低温着火特性に優れ、更に、比較的低い温度から天然ガスの燃焼を開始させることができる。しかし、該Ｐｔ担持触媒は耐熱性が低く、約７００℃を超えた温度で長期使用すると劣化が生じてしまうため、燃料電池１による発電時に約８００℃で水素燃焼を行わせるようにしてある上記燃料電池用の触媒燃焼器１８の触媒として採用することはできない。
【００１０】
そのため、上記触媒燃焼器１８の触媒としては、通常、高温耐性に優れた触媒成分であるパラジウム（Ｐｄ）を担持させた触媒を用いるようにしている。
【００１１】
かかるＰｄ担持触媒を用いた触媒燃焼器１８は、図３（イ）（ロ）に概略を示す如く、以下のような構成としてある。すなわち、触媒担持用の構造体として、たとえば、メタルハニカム３４の各チャンネル３５の内面に、高表面積酸化物（ウォッシュコート）３６を介して触媒成分としてのＰｄ３７を担持させてなるＰｄ担持触媒３３が形成してある。更に、一端部にカソード出口ガスライン１６とアノード出口ガスライン２０の下流側端部を共に接続することができるようにしてあるガス入口３９を有し、且つ他端部に燃焼ガスライン２２の上流側端部を接続できるようにしてあるガス出口４０を有して内部をガスの流路としてある容器３８内の所要位置に、上記Ｐｄ担持触媒３３を、上記メタルハニカム３４の各チャンネル３５の方向が該容器３８内におけるガスの流通方向に沿う方向となるよう配置し、容器３８内面に上下流方向を仕切るように取り付けてある。これにより、ＭＣＦＣ発電装置の通常運転時には、アノード出口ガス１６とカソード出口ガス１９の混合ガスを、又、ＭＣＦＣ発電装置の起動時には、天然ガス１１と空気１０の混合ガスを、いずれも可燃成分と酸素を混合してなる予混合気４１として上記ガス入口３９より容器３８内へ流入させ、該予混合気４１をメタルハニカム３４の各チャンネル３５を通してガス出口４０側へ送るときに、該各チャンネル３５の内面に担持させてあるＰｄ３７上にて、上記予混合気４１中に含まれる水素やメタン等の可燃成分を酸素により燃焼（酸化）させることができるようにしてある。
【００１２】
更に、上記触媒燃焼器１８は、上記ＭＣＦＣ発電装置の通常運転時に、上記Ｐｄ担持触媒３３が高温となっている状態にて、アノード３より水素濃度の高いアノード出口ガス１６が排出されることに伴い、該アノード出口ガス１６に由来する水素濃度の高い予混合気４１がガス入口３９より容器３８内に流入されるようになると、上記高温となっているＰｄ担持触媒３３との接触により逆火が生じる虞が懸念される。このため、上記容器３８内におけるＰｄ担時触媒３３よりも上流側位置に、チャンネル４３の方向を容器３８内のガス流れ方向に沿わせるよう配置したメタルハニカム４２を、上下流方向を仕切るよう取り付けて、上記Ｐｄ担持触媒３３より逆火が生じたとしても、触媒を担持しておらず可燃成分の燃焼を行わせるものではないために温度が低い上記メタルハニカム４２の部分で予混合気４１の温度上昇を抑えることができるようにして、上記逆火が該メタルハニカム４２を越えて上流側へ遡らないようにしてある。なお、一般の触媒燃焼器では、逆火の発生を防止するための対策として、可燃成分を燃焼させるための触媒の上流側に、金網状のフレームアレスターを設けることが多いが、可燃成分として水素が供給される場合には、上記金網状のフレームアレスターでは逆火を確実に防止することが難しいため、上記燃料電池発電装置用の触媒燃焼器１８ではフレームアレスターではなくメタルハニカム４２を設けるようにしている。図３（ロ）における符号３４ａを付したものは、Ｐｄ３７を担持させるメタルハニカム３４における各チャンネル３５間の隔壁である。
【００１３】
なお、容器内に直列配置した複数の触媒を備えてなる形式の触媒燃焼器としては、たとえば、ガスタービン用の触媒燃焼器において、触媒の活性と耐久性を両立させることを目的として、ガス燃料と空気とを混合した予混合気を低温活性は高いが耐熱性に劣る低温用触媒に導いて燃焼させると共に、その下流側で上記低温用触媒における燃焼により昇温した部分燃焼ガスに更にガス燃料を混合し、該ガス燃料と上記部分燃焼ガスからなる予混合気を、低温活性は低いが耐熱性に優れた高温用触媒に導いて燃焼させるようにする触媒燃焼器が従来提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【００１４】
又、直列に配置される複数の触媒と、該各触媒ごとの下流側に配置されて燃焼ガスと被加熱媒体とを熱交換する複数の熱交換器とを含んだ構成として、触媒で燃焼を行ない且つその直後の熱交換器で熱交換を行うことを、全ての触媒と熱交換器の組で繰り返すようにする触媒燃焼器も従来提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
【００１５】
【特許文献１】特許第３１５１８６０号公報
【特許文献２】特開平９−２４３０７９号公報
【特許文献３】特開平７−１１３５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところが、図３（イ）（ロ）に示した従来のＭＣＦＣ発電装置用の触媒燃焼器１８は、触媒成分として高温耐性に優れたＰｄ３７を担持させたＰｄ担持触媒３３を用いるようにしてあるために、燃料電池１による発電時に約８００℃で水素燃焼を行なわせる触媒燃焼器１８として使用する場合は、長期使用にも安定した耐久性に優れたものとなる。しかし、上記触媒成分としてのＰｄ３７は低温活性が低いために、天然ガスを燃料とする予混合気４１の燃焼を開始させるためには、Ｐｄ担持触媒３３へ供給される予混合気４１を、４００℃以上の高温になるまで予熱する必要がある。このため、上記Ｐｄ担持触媒３３を用いた触媒燃焼器１８をＭＣＦＣ発電装置用の触媒燃焼器１８として採用した場合には、起動時間が長くかかる。更に、該ＭＣＦＣ発電装置の起動時に、上記触媒燃焼器１８のＰｄ担持触媒３３に供給させる天然ガスを燃料とする予混合気４１を、天然ガスの燃焼開始温度まで昇温させるために大きなエネルギーを必要とするため、図２に示す燃焼器２５を大型のものとする必要があるというのが実状である。
【００１７】
なお、上記特許文献２に示された触媒燃焼器は、低温用触媒と高温用触媒を直列配置するようにしたものであるが、上記低温用触媒にてガス燃料と空気からなる予混合気を燃焼させる際、耐熱性の低い上記低温用触媒の耐久性を確保させるためには、該低温用触媒に供給される予混合気におけるガス燃料と空気との混合比を厳密に制御して該予混合気の断熱火炎温度を制御する必要がある。更に、上記低温用触媒の下流側で且つ高温用触媒よりも上流側位置に、上記低温用触媒にて燃焼されて昇温された部分燃焼ガスにガス燃料を供給して混合させるためのベンチュリーを設ける必要があることから、装置が複雑になるという問題がある。
【００１８】
上記特許文献３に示された触媒燃焼器は、直列に配置される複数段の触媒ごとにそれぞれ直後位置に熱交換器を設ける必要があることから、装置が複雑化するという問題がある。更に、各段の触媒にて予混合気の部分燃焼を行なわせるためには各段の触媒の有効容積を十分に小さくするか、或いはガス流速を十分に大きく設定する必要があるため、図２に示した如きＭＣＦＣ発電装置用の触媒燃焼器１８のように、ＭＣＦＣ発電装置の起動時と通常運転時で供給される予混合気の組成や、可燃成分の濃度が大幅に変化するような触媒燃焼器として採用することは困難である。
【００１９】
更に、上記特許文献２及び特許文献３に記載された触媒燃焼器は、いずれも、後述する本発明の燃料電池発電装置用触媒燃焼器のように、触媒成分を部分担持させてなる触媒を構成部材の一部とする考えは全く示されておらず、示唆されるものでもない。
【００２０】
そこで、本発明は、ＭＣＦＣ発電装置の起動時間の短縮化を図ることができると共に、優れた耐久性を発揮できる燃料電池発電装置用触媒燃焼器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、上記課題を解決するために、燃料電池のアノードより導かれるガス中の可燃成分を触媒燃焼させて改質器の改質熱源を発生させる燃料電池発電装置用触媒燃焼器において、低温着火特性に優れる触媒成分を部分担持させた部分担持低温用触媒と、耐熱性に優れる触媒成分を全面担持させた全面担持高温用触媒とを、ガス流通方向の上流側より順に直列配置してなる構成とし、更に、部分担持低温用触媒は、低温着火特性に優れる触媒成分を担持させたチャンネルと、触媒成分を担持しないチャンネルとを所要の比率で備えてなる構成とする。
【００２２】
又、上記構成における部分担持低温用触媒は、メタルハニカムに低温着火特性に優れる触媒を部分担持させたチャンネルと、触媒を担持しないチャンネルを交互に設けてなる構成とする。
【００２３】
更に、上記における低温着火特性に優れる触媒として白金を使用し、且つ耐熱性に優れる触媒成分としてパラジウムを使用するようにした構成とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の燃料電池発電装置用触媒燃焼器によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
（１）燃料電池のアノードより導かれるガス中の可燃成分を触媒燃焼させて改質器の改質熱源を発生させる燃料電池発電装置用触媒燃焼器において、低温着火特性に優れる触媒成分を部分担持させた部分担持低温用触媒と、耐熱性に優れる触媒成分を全面担持させた全面担持高温用触媒とを、ガス流通方向の上流側より順に直列配置してなる構成とし、更に、部分担持低温用触媒は、低温着火特性に優れる触媒成分を担持させたチャンネルと、触媒成分を担持しないチャンネルとを所要の比率で備えてなる構成としてあるので、部分担持低温用触媒では、ＭＣＦＣ発電装置にてスタートアップ燃料として使用される天然ガスを燃料として含む予混合気を、比較的低い温度から部分燃焼を開始させることが可能になる。 
（２）又、上記部分担持低温用触媒では、特別な制御を要することなく天然ガスを燃料として含む予混合気を部分燃焼させることができ、これにより、該部分担持低温用触媒の温度の上昇を抑えることができることから、低温着火特性に優れる触媒成分が、あまり耐熱性の高くないものである場合にも、劣化を防止することができて、耐久性の向上化を図ることが可能になる。 
（３）更に、上記天然ガスを燃料として含む予混合気を、部分担持低温用触媒にて部分燃焼させて昇温させた後、下流側の全面担持高温用触媒へ導くことができるため、該全面担持高温用触媒における耐熱性に優れた触媒成分が、低温活性が比較的低い場合であっても速やかに上記天然ガスを燃料として含む予混合気の燃焼を開始させることが可能になる。
（４）したがって、ＭＣＦＣ発電装置における起動時間の短縮化を図ることが可能になる。更に、上記ＭＣＦＣ発電装置のスタートアップ燃料である天然ガスを含んだ予混合気を予熱するための熱を発生させる燃焼器の小型化を図ることが可能になる。 
（５）部分担持低温用触媒は、メタルハニカムに低温着火特性に優れる触媒を部分担持させたチャンネルと、触媒を担持しないチャンネルを交互に設けてなる構成とすることにより、供給される予混合気中の可燃成分を、特別な制御を要することなく半分程度部分燃焼させる部分担持低温用触媒を容易に製造できる。 
（６）低温着火特性に優れる触媒として白金を使用し、且つ耐熱性に優れる触媒成分としてパラジウムを使用するようにした構成とすることにより、天然ガスを燃料として含む予混合気を比較的低い温度から燃焼開始させることができる特性と、水素を燃料として含む予混合気の燃焼に長期使用できる耐久性を併せて備える燃料電池発電装置用触媒燃焼器を容易に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００２６】
図１（イ）（ロ）は本発明の燃料電池発電装置用触媒燃焼器の実施の一形態を示すもので、低温活性に優れ且つ耐熱性のあまりよくない低温用触媒成分としてのＰｔ４４を部分担持させてなる部分担持低温用触媒としてのＰｔ部分担持触媒４５を製造すると共に、低温活性はあまり高くないが耐熱性に優れた高温用触媒成分としてのＰｄ３７を全面担持させてなる全面担持高温用触媒として、図３（イ）（ロ）に示したと同様のＰｄ担持触媒３３を製造しておき、図３（イ）（ロ）に示したと同様にガス入口３９とガス出口４０を両端部に備えてなる容器３８内に、上記Ｐｔ部分担持触媒４５とＰｄ担持触媒３３とを、上流側より順に直列配置し、且つ上記Ｐｔ部分担持触媒４５とＰｄ担持触媒３３を、それぞれ容器３８の内面に上下流方向を仕切るように取り付けて、本発明の燃料電池発電装置用触媒燃焼器１８ａを形成する。
【００２７】
なお、上記における「部分担持」とは、ガスを流通させ得る多数のチャンネルを有する触媒担持用の所要の構造体に低温用触媒成分を担持させて触媒を形成するときに、該低温用触媒成分を担持したチャンネルと、触媒成分を担持しないチャンネルが所要の比率で共に存在する構成として、可燃成分と酸素を含んだ予混合気が上記低温用触媒成分を担持したチャンネルを通過される際に上記可燃成分が燃焼されて発生する熱を、上記触媒成分を担持しないチャンネルを通過する予混合気と熱交換させることにより、上記低温用触媒成分を含む触媒全体の温度を、該低温用触媒成分が長期使用時にも劣化しない所要の温度領域まで低下させて平均化させることができるようにすることを意味するものとする。
【００２８】
詳述すると、上記Ｐｔ部分担持触媒４５は、上記Ｐｄ担持触媒３３のメタルハニカム３４と同様に多数のチャンネルを備えてなるメタルハニカム３４を触媒担持用の構造体としてあり、該メタルハニカム３４に低温用触媒成分としてのＰｔ４４を担持させるときに、内面に高表面積酸化物３６を介してＰｔ４４を担持させてなるチャンネル（以下、Ｐｔ担持チャンネルという）３５ａと、内面になんら触媒成分を担持しないチャンネル（以下、触媒非担持チャンネルという）３５ｂが交互に配置されるよう構成してある。
【００２９】
なお、図１（ロ）では、図示する便宜上、高表面積酸化物３６の層を厚く示し、又、Ｐｔ４４の粒子サイズを大きく示してある。このために、上記Ｐｔ担持チャンネル３５ａと触媒非担持チャンネル３５ｂにおける流路の断面積が図面上大きく相違しているが、実際には、上記高表面積酸化物３６の厚み及び触媒成分としてのＰｔ４４の粒子サイズはごく小さいものであり、上記Ｐｔ担持チャンネル３５ａと触媒非担持チャンネル３５ｂにおける流路断面積はほぼ同等となっている。又、図１（イ）におけるメタルハニカム３４の各チャンネル３５ａ，３５ｂの寸法や、Ｐｔ４４並びにＰｄ３７の粒子サイズも、図示するための便宜的なサイズであり、したがって、実際の寸法を反映するものではない。その他、図３（イ）（ロ）に示したものと同一のものには同一符号が付してある。
【００３０】
上記構成としてある本発明の燃料電池発電装置用触媒燃焼器１８ａに、ガス入口３９より可燃成分と酸素を含む予混合気４１を供給すると、該予混合気４１は、先ず、Ｐｔ部分担持触媒４５におけるＰｔ担持チャンネル３５ａと触媒非担持チャンネル３５ｂにほぼ等量ずつ分配させられる。上記Ｐｔ担持チャンネル３５ａ内では、チャンネル内面に担持されているＰｔ４４の存在により、該Ｐｔ担持チャンネル内３５ａ内を通る予混合気４１中の可燃成分が燃焼させられ、発生する燃焼熱により昇温させられるようになる。一方、上記触媒非担持チャンネル３５ｂ内では、チャンネル内面に触媒が存在しないため、予混合気４１は可燃成分が燃焼されることなくそのまま通過させられる。したがって、上記Ｐｔ部分担持触媒４５の下流側では、上記触媒非担持チャンネル３５ｂをそのまま通過した予混合気４１に、上記Ｐｔ担持チャンネル３５ａを通過するときにＰｔ４４上にて可燃成分が燃焼されたガスがほぼ等量混合されることになり、したがって、半分程度の可燃成分が部分燃焼された予混合気４１が排出されるようになる。
【００３１】
更に、上記触媒非担持チャンネル３５ｂを通過する予混合気４１は、該予混合気４１中の可燃成分の燃焼熱による昇温を受けないため、可燃成分が燃焼されることで昇温するようになる上記Ｐｔ担持チャンネル３５ａ内の予混合気４１とは温度差が生じる。このために、上記Ｐｔ担持チャンネル３５ａ内における予混合気４１の燃焼により発生する燃焼熱は、上記触媒非担持チャンネル３５ｂ内をそのまま通過する予混合気４１と熱交換されるようになり、この熱交換により上記Ｐｔ部分担持触媒４５は、全体的に温度が平均化される。しかも、上記したように、該Ｐｔ部分担持触媒４５全体で見ると、予混合気４１中の可燃成分は半分程度が部分燃焼されるのみである。したがって、上記予混合気４１の燃料として、図２に示す如きＭＣＦＣ発電装置の通常運転時にアノード３の出口側に排出される水素の未反応分を含んだアノード出口ガス１６を供給して部分燃焼させる場合であっても、該アノード出口ガス１６の完全燃焼時に発生する温度が８００℃程度であるため、上記Ｐｔ部分担持触媒４５の温度は、７００℃を超えることはなく、このため長期使用しても低温触媒成分であるＰｔ４４が劣化する虞は防止される。
【００３２】
一方、上記予混合気４１の燃料として、図２に示す如きＭＣＦＣ発電装置の起動時にアノード３の出口側より導かれる天然ガス１１を供給する場合には、上記Ｐｔ部分担持触媒４５を通ることにより可燃成分が部分燃焼されるため、この部分燃焼に伴って、可燃成分の部分燃焼された予混合気４１が、Ｐｄ担持触媒３３における天然ガス１１の着火温度以上に昇温された状態にて、下流側のＰｄ担持触媒３３へ送られるようになる。
【００３３】
上記Ｐｄ担持触媒３３では、上記Ｐｔ部分担持触媒４５を通過することにより可燃成分が部分燃焼されると共に昇温された予混合気４１が供給されると、該Ｐｄ担持触媒３３は全てのチャンネル３５の内面にＰｄ３７を担持させるようにしてあるため、上記可燃成分が部分燃焼された状態で供給される予混合気４１は、可燃成分が各チャンネル内面のＰｄ３７上にて完全燃焼させられるようになる。
【００３４】
このように、上記本発明の燃料電池発電装置用触媒燃焼器１８ａは、特別な制御を行うことなく予混合気４１をＰｔ部分担持触媒４５にて部分燃焼させることができ、しかる後、この部分燃焼により昇温させた部分燃焼後の予混合気４１を、Ｐｄ担持触媒３３にて完全燃焼させることができる。
【００３５】
したがって、上記本発明の燃料電池発電装置用触媒燃焼器１８ａを、図２に示したＭＣＦＣ発電装置の触媒燃焼器として採用すれば、上記ＭＣＦＣ発電装置の通常運転時にアノード出口ガスライン１７を通して導かれるアノード出口ガス１６を燃焼させるときにも、上記触媒燃焼器１８ａにおけるＰｔ部分担持触媒４５が７００℃を越える虞を防止することができ、このため、該Ｐｔ部分担持触媒４５の劣化を防止することができて、長期使用に対しても安定な耐久性の優れたものとすることができる。
【００３６】
更に、上記したように、Ｐｔ部分担持触媒４５は温度を７００℃よりも低くすることができるものであるため、上記ＭＣＦＣ発電装置の通常運転時に、たとえアノード３より水素濃度の高いアノード出口ガス１６が送られる場合であっても、該水素濃度の高いアノード出口ガス１６が高温の触媒と接触することを防止できて、逆火の発生する虞を抑制でき、このため、上記ＭＣＦＣ発電装置の運転制御を容易なものとすることができる。
【００３７】
更に又、上記ＭＣＦＣ発電装置の起動時に、アノード出口ガスライン１７を通して原燃料である天然ガス１１が供給される場合には、該天然ガス１１を、低温活性に優れた触媒成分であるＰｔ４４を担持させたＰｔ部分担持触媒４５にて比較的低温で部分燃焼を開始させることができると共に、この部分燃焼により下流側のＰｄ担持触媒３３へ送られる部分燃焼後の天然ガス１１を昇温させることができ、このため上記Ｐｄ担持触媒３３における天然ガス１１の燃焼も速やかに開始させることができるようになることから、上記触媒燃焼器１８ａに供給して燃焼を開始させるためのスタートアップ燃料である天然ガス１１の予熱温度を、従来に比して引き下げることができる。このため、天然ガス１１の予熱のために用いる燃焼器２５の小型化を図ることが可能になり、たとえば、燃料電池１の排熱を回収して発電するマイクロガスタービンが備える燃焼器でも十分に昇温可能になる。又、従来に比して低い温度から改質器１４の起動が可能になるため、上記ＭＣＦＣ発電装置の起動時間の短縮化を図ることもできる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、Ｐｔ担持チャンネル３５ａにおける予混合気４１の燃焼熱を、触媒非担持チャンネル３５ｂを通過する予混合気４１と熱交換させて、Ｐｔ部分担持触媒４５の全体の温度を、長期使用してもＰｔ４４が劣化しない温度領域まで引き下げることができれば、上記Ｐｔ担持チャンネル３５ａと触媒非担持チャンネル３５ｂの配置は交互配置としなくてもよい。更には、Ｐｔ担持チャンネル３５ａの周囲がすべて触媒非担持チャンネル３５ｂに囲まれる配置とする等、両者の存在比をほぼ１対１より外れた比率として、Ｐｔ部分担持触媒４５にて予混合気４１が部分燃焼する割合を変化させるようにしてもよい。Ｐｔ担持チャンネル３５ａと触媒非担持チャンネル３５ｂの断面形状は自在に設定してよい。上記Ｐｔ部分担持触媒４５は、圧力損失を考慮すると、触媒成分担持用の構造体としてはメタルハニカム３４を採用し、該メタルハニカム３４のチャンネル内面にＰｔ４４を担持させてＰｔ担持チャンネル３５ａを形成させることが好ましいが、Ｐｔ担持チャンネル３５ａ内で発生する予混合気４１の燃焼熱を、触媒非担持チャンネル３５ｂ内を流通する予混合気４１と熱交換させることによって、上記Ｐｔ担持チャンネル３５ａ内のＰｔ４４を含む触媒全体の温度を、長期使用してもＰｔ４４が劣化しない温度領域まで引き下げて維持できるようにすれば、比較的大きなチャンネルを多数備えた触媒成分担持用の構造体に、表面にＰｔ４４を担持させたペレットを充填してなるチャンネルと、触媒を担持していないペレットを充填したチャンネルとを設けることで、上記Ｐｔ担持チャンネル３５ａと触媒非担持チャンネル３５ｂとを形成させるようにしてもよい。又、Ｐｔ部分担持触媒４５とＰｄ担持触媒３３は、ガス流通方向にほぼ等しい長さ寸法として示してあるが、Ｐｔ部分担持触媒４５にて予混合気４１を所要の割合で部分燃焼させた後、Ｐｄ担持触媒３３で完全燃焼させることができるようにすれば、上記Ｐｔ部分担持触媒４５とＰｄ担持触媒３３のガス流れ方向の長さ寸法は、それぞれ適宜変化させてもよい。低温活性に優れ且つ耐熱性のあまりよくない低温用触媒成分としては、Ｐｔ４４以外の触媒成分を採用してもよく、又、低温活性はあまり高くないが耐熱性に優れた高温用触媒成分としては、Ｐｄ３７以外の触媒成分を採用するようにしてもよい。容器３８のガス入口３９とガス出口４０の間に、ガス流通方向の上流側より順にＰｔ部分担持触媒４５とＰｄ担持触媒３３を設けることができれば、容器３８の形状は任意に設定でき、該容器３８の形状に対応して上記Ｐｔ部分担持触媒４５及びＰｄ担持触媒３３の形状は任意に設定してよい。その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の燃料電池発電装置用触媒燃焼器の実施の一形態を示すもので、（イ）は概略切断側面図、（ロ）は（イ）のＡ部を拡大して示す図である。
【図２】ＭＣＦＣ発電装置の一例を示す概要図である。
【図３】従来用いられている燃料電池発電装置用の触媒燃焼器を示すもので、（イ）は概略切断側面図、（ロ）は（イ）のＢ部を拡大して示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１８ａ  触媒燃焼器
３３  Ｐｄ担持触媒（全面担持高温用触媒）
３５  メタルハニカム
３５ａ  Ｐｔ担持チャンネル（低温着火特性に優れる触媒成分を担持させたチャンネル）
３５ｂ  触媒非担持チャンネル（触媒成分を担持しないチャンネル）
３７  Ｐｄ（耐熱性に優れる触媒成分）
４４  Ｐｔ（低温着火特性に優れる触媒成分）
４５  Ｐｔ部分担持触媒（部分担持低温用触媒）
【図１】
2005195254.tif 000003
【図２】
2005195254.tif 000004
【図３】
2005195254.tif 000005