JP2004214083A - 燃料電池改質器用のバーナー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で良好な改質処理を安定的に継続できる燃料電池改質器用のバーナー装置を提供する。
【解決手段】燃料Ｎ（Ｎ１）を燃焼用酸素含有ガスＡ１の供給下で燃焼させる起動時用燃焼運転と、燃料電池１の燃料極側から排出される電池排ガスＯＧを、又は、電池排ガスＯＧと燃料Ｎ（Ｎ１）との両方を燃焼用酸素含有ガスＡ１の供給下で燃焼させる定常運転時用燃焼運転との切り換え実施が可能な主バーナー８を設けるとともに、燃料Ｎ（Ｎ２）を燃焼用酸素含有ガスＡ２の供給下で燃焼させる種火バーナー９を設け、この種火バーナー９を主バーナー８に対し近接状態に配置して、種火バーナー９の形成炎を主バーナー８の形成炎に対し保炎作用させる構成にする。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池改質器用のバーナー装置に関し、詳しくは、都市ガスなどの燃料、及び、燃料電池の燃料極側から排出される電池排ガス（未反応水素含有ガス）を燃焼させて、燃料電池に対する供給燃料の改質処理に要する熱（すなわち、起動時における改質用触媒の昇温に要する熱や定常運転時における改質反応の維持に要する熱）を発生させる燃料電池改質器用のバーナー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記の如き燃料電池改質器用のバーナー装置では、燃料電池の起動時で未だ電池排ガスを使用できない状況では、燃料を燃焼用酸素含有ガス（一般に空気）の供給下で燃焼させ、その後、燃料電池が定常運転状態に移行して電池排ガスが安定的に排出されるようになると、その電池排ガスを、又は、電池排ガスと燃料との両方を燃焼用酸素含有ガスの供給下で燃焼させて電池排ガスを改質処理に利用する運転形態が採られる。
【０００３】
ところで従来、この種のバーナー装置としては、図４に示す如く、燃焼用ブロア３０から供給される燃焼用酸素含有ガスＡＡ（燃焼用空気）を噴出させるバーナー形成筒３１の筒内に、燃料噴出ノズル３２と電池排ガス噴出ズル３３とを配置してバーナー３４を構成し、この構成において、燃料電池１の起動時には、燃料Ｎを燃料噴出ノズル３２から噴出させることにより、燃焼用ブロア３０からの燃焼用酸素含有ガスＡＡの供給下で燃料Ｎのみを燃焼させて所要の熱を発生させ、一方、燃料電池１が定常運転状態に移行すると、燃料Ｎの噴出を停止した状態で電池排ガスＯＧを電池排ガス噴出ノズル３３から噴出させることにより、同じく燃焼用ブロア３０からの燃焼用酸素含有ガスＡＡの供給下で電池排ガスＯＧのみを燃焼させて所要の熱を発生させ、また、電池排ガスＯＧが不足のときにはその不足分を賄う燃料Ｎを燃料噴出ノズル３２から噴出させるとともに電池排ガスＯＧを電池排ガス噴出ノズル３３から噴出させることにより、同じく燃焼用ブロア３０からの燃焼用酸素含有ガスＡＡの供給下で燃料Ｎと電池排ガスＯＧとの両方を燃焼させて所要の熱を発生させるようにしたものがある（特許文献１参照）。………従来例１
【０００４】
また、別の形式として、図５に示す如く、燃料Ｎを燃焼用酸素含有ガスＡＡ（燃焼用空気）の供給下で燃焼させるバーナー４０の炎口４０ａの周部に電池排ガスＯＧの噴出口４１を環状に配置した装置構成にし、この構成において、燃料電池１の起動時にはバーナー４０の燃焼運転により燃料Ｎのみを燃焼用酸素含有ガスＡＡの供給下で燃焼させて所要の熱を発生させ、一方、燃料電池１が定常運転状態に移行すると、バーナー４０の燃焼運転により燃料Ｎを燃焼用酸素含有ガスＡＡの供給下で燃焼させるとともに、電池排ガスＯＧを噴出口４１から噴出させて、噴出させた電池排ガスＯＧをバーナー４０の燃焼ガスに含まれる余剰酸素と反応させて燃焼させ、これにより、所要の熱を発生させるようにしたものもある（特許文献２参照）。………従来例２
【０００５】
なお、図中Ｒは燃料電池１に対する供給燃料ＧＧ（改質対象の原燃料）を導く器内燃料経路４に配置した改質用触媒であり、燃料電池改質器２は、これら器内燃料経路４、改質用触媒Ｒ、及び、器内燃料経路４を加熱する上記バーナー装置３により構成される。
【０００６】
【特許文献１】
実開平６−４１０５６号公報
【特許文献２】
特開２００２−２８００４２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来例１のバーナー装置では次の（イ）〜（ニ）の問題があった。
（イ）電池排ガスＯＧは都市ガスなどの燃料Ｎに比べ低カロリーで組成も不安定であるため、電池排ガスＯＧのみの燃焼時、特に電池排ガスＯＧのみの燃焼時で燃料電池１の負荷変動などに伴い電池排ガスＯＧの流量や組成が変動したときに、燃焼が不安定になり易くて失火に至ることも多く、これが原因で改質処理に支障を来たして燃料電池１の運転に支障を来たし易い。
【０００８】
（ロ）燃料電池１の起動時には、燃料Ｎだけで所要の熱を発生させるために大流量の燃料Ｎを燃焼させる必要があり、また、燃料電池１の定常運転時には、低カロリーの電池排ガスＯＧを主として所要の熱を発生させるために大流量の電池排ガスＯＧを燃焼させる必要があり、この為、装置における燃料系統部分及び電池排ガス系統部分の両方が大型になって、装置が大型なものになる。
【０００９】
（ハ）燃料電池１の負荷変動等に応じてバーナー装置３全体の燃焼量を調整するには、燃焼用酸素含有ガスＡＡの供給流量も調整する必要があるが、空燃比の理由から燃焼用酸素含有ガスＡＡの供給流量は燃料Ｎの供給流量に比べはるかに大きくて、燃焼用ファン３０も燃料供給ブロアに比べはるかに大型なものになることから、燃焼用ファン３０の出力調整により燃焼用酸素含有ガスＡＡの供給流量を調整することにおいて、また、弁装置により燃焼用酸素含有ガスＡＡの供給流量を調整するにしても、燃焼用酸素含有ガスＡＡの供給流量調整は燃料Ｎの供給流量調整に比べ微調整時の調整精度（換言すれば調整分解能）が低くなり、この為、装置全体としての燃焼量調整の調整精度が低く制限されて、改質処理に対する調整機能が低くなる。
【００１０】
（ニ）上記の如く装置における燃料系統部分（特に燃料噴出部分）が大型になることで、燃料Ｎの供給流量調整における調整下限流量が燃焼用酸素含有ガスＡＡの調整下限流量よりも小さいとは言え大きくなって、そのことからも装置全体としての燃焼量調整の調整機能（特に電池排ガスＯＧの流量変動や組成変動に対して燃料供給流量の微調整により対応する機能）が低く制限され、このことからも、改質処理に対する調整機能が低くなる。
【００１１】
一方、従来２のバーナー装置では、電池排ガス噴出口４１の中央部に配置したバーナー４０において燃料Ｎを燃焼用酸素含有ガスＡＡの供給下で継続的に燃焼させることから上記（イ）の問題はあまり無いものの、やはり上記（ロ）〜（ニ）の問題については従来例１のバーナー装置と同様であった。
【００１２】
以上の実情に鑑み、本発明の主たる課題は、合理的な装置構成を採ることで上記問題を効果的に解消する点にある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
〔１〕請求項１に係る発明は燃料電池改質器用のバーナー装置に係り、その特徴は、
燃料及び燃料電池の燃料極側から排出される電池排ガスを燃焼させて、前記燃料電池に対する供給燃料の改質処理に要する熱を発生させる燃料電池改質器用のバーナー装置を構成するのに、
前記燃料を燃焼用酸素含有ガスの供給下で燃焼させる起動時用燃焼運転と、前記電池排ガスを、又は、前記電池排ガスと前記燃料との両方を燃焼用酸素含有ガスの供給下で燃焼させる定常運転時用燃焼運転との切り換え実施が可能な主バーナーを設けるとともに、
前記燃料を燃焼用酸素含有ガスの供給下で燃焼させる種火バーナーを設け、
この種火バーナーを前記主バーナーに対し近接状態に配置して、前記種火バーナーの形成炎を前記主バーナーの形成炎に対し保炎作用させる構成にしてある点にある。
【００１４】
つまり、この構成によれば、燃料を燃焼酸素含有ガスの供給下で燃焼させることで種火バーナーにおいて安定した燃焼炎を形成して、その安定燃焼炎を主バーナーの形成炎に対し保炎作用させるから、電池排ガス又は電池排ガスと燃料との両方を主バーナーで燃焼させる主バーナーの定常運転時用燃焼運転において、燃料電池の負荷変動等に伴う電池排ガスの多少の流量変動や組成変動があったとしても、その保炎作用により主バーナーでの燃焼を安定的に維持して、良好な改質処理を安定的に継続することができ、これにより、燃料電池の運転安定性を効果的に高めることができる。
【００１５】
そしてまた、上記構成の場合、所要の熱を発生させるのに、燃料電池の定常運転時には主バーナーの定常運転時用燃焼運転において大流量の電池排ガスを主バーナーで燃焼させ、また、燃料電池の起動時には主バーナーの起動時用燃焼運転において大流量の燃料を主バーナーで燃焼させることになって主バーナーは大型なものになるが、保炎用の安定燃焼炎は小さな炎で十分であることから種火バーナーは燃料の供給流量が小さな小型なものでよく、このことから、装置における燃料系統部分及び電池排ガス系統部分の両方が大型になる先述の従来例１，２のバーナー装置に比べ、種火バーナーが小型である分、装置の全体構成を小型化することができ、これにより、改質器を含む燃料電池システムの小型化及び低コスト化を効果的に促進することができる。
【００１６】
なお、請求項１に係る発明の実施において、種火バーナーの燃焼運転は必ずしも主バーナーの起動時用燃焼運転及び定常運転時用燃焼運転の両方を通じて継続的に実施する必要はなく、電池排ガスの流量変動や組成変動で主バーナーの燃焼運転が不安定になる可能性がある主バーナーの定常運転時用燃焼運転の際にのみ、種火バーナーの燃焼運転を実施するようにしてもよい。
【００１７】
〔２〕請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の実施に好適な実施形態を特定するものであり、その特徴は、
前記種火バーナーを前記燃料と燃焼用酸素含有ガスとの混合気を炎口から噴出させて燃焼させる予混合型のバーナーにし、
前記主バーナーの炎口を、前記種火バーナーの炎口に近接させてその種火バーナーの炎口の周りに環状に配置してある点にある。
【００１８】
つまり、この構成によれば、種火バーナーを予混合型のバーナーにして燃料とその燃料量に応じた量の燃焼用酸素含有ガスとの予混合気を種火バーナーで独立に燃焼させるから、例えば、種火バーナーと主バーナーとを燃焼用酸素含有ガスの噴出経路が共通する先混合型のバーナーにするに比べ、また、種火バーナーを独立の先混合型バーナーにするに比べても、一層安定した保炎用の燃焼炎を種火バーナーにおいて形成することができる。
【００１９】
そしてまた、このように安定した燃焼炎が形成される種火バーナーの炎口に近接させて、主バーナーの炎口を種火バーナーの炎口の周部に環状に配置することにより、位置的な関係からも種火バーナーの形成炎を主バーナーの形成炎に対して一層効果的に保炎作用させることができ、これらのことから、電池排ガスの多少の流量変動や組成変動にかかわらず主バーナーでの燃焼を一層安定的に維持することができて、燃料電池の運転安定性を一層効果的に高めることができる。
【００２０】
〔３〕請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明の実施に好適な実施形態を特定するものであり、その特徴は、
前記燃料電池の負荷変動に応じて、又は、前記電池排ガスの流量変動又は組成変動に応じて前記種火バーナーの燃焼量を調整する種火バーナー用の燃焼量調整手段を設けてある点にある。
【００２１】
つまり、前述の如く種火バーナーは燃料の供給流量が小さな小型なものですむことから、種火バーナーに対する燃料の供給流量を調整して種火バーナーの燃焼量を調整する場合、その燃料供給流量の調整における調整下限流量（換言すれば、種火バーナーの調整下限燃焼量）はかなり小さなものにすることができ、このことから、上記の如く、燃料電池の負荷変動に応じて、又は、電池排ガスの流量変動や組成変動に応じて種火バーナーの燃焼量を調整するようにすれば、それらの変動に対し装置全体としての燃焼量をきめ細かに微調整して対応することができ、これにより、先述の従来例１，２に比べ改質処理に対する調整機能を高めて、その面からも燃料電池の運転安定性を一層効果的に高めることができる。
【００２２】
〔４〕請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に係る発明の実施に好適な実施形態を特定するものであり、その特徴は、
前記主バーナーに対して燃焼用酸素含有ガスを供給する主バーナー用の燃焼用ブロアと、前記種火バーナーに対して燃焼用酸素含有ガスを供給する種火バーナー用の燃焼用ブロアとを個別に設けてある点にある。
【００２３】
つまり、前述の如く種火バーナーは小型なものですむことから、上記構成によれば、種火バーナー用の燃焼用ブロアは先述の従来例１，２のバーナー装置における燃焼用ブロア（すなわち、装置で必要な燃焼酸素含有ガスの全量を送給する１つの燃焼用ブロア）に比べかなり小型なものにすることができ、このことから、燃料電池の負荷変動等に応じて装置全体の燃焼量を調整する際に、燃焼用酸素含有ガスの供給流量を種火バーナー用の燃焼用ブロアの出力調整（例えば回転数調整やベーン角調整など）によりきめ細かに精度良く調整することが可能になって、そのことで装置全体としての燃焼量調整の調整精度を高めることができ、これにより、先述の従来例１，２に比べ改質処理に対する調整機能を高めて、燃料電池の運転安定性を一層効果的に高めることができる。
【００２４】
なお、請求項４に係る発明は、小型な種火バーナーの燃焼量調整により装置全体としての燃焼量を精度良く調整することと併せて実施するのが好適であるが、種火バーナー及び主バーナーの夫々を先混合型のバーナーにする場合など、場合によっては、主バーナーの燃焼量調整や主バーナーと種火バーナーとの両方の燃焼量調整により装置全体としての燃焼量を調整する形式において請求項４に係る発明を実施するようにしてもよい。
【００２５】
〔５〕請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明の実施において好適な実施形態を特定するものであり，その特徴は、
前記燃料の供給路を前記主バーナーに対して前記燃料を供給する主バーナー側の分岐燃料路と前記種火バーナーに対して前記燃料を供給する種火バーナー側の分岐燃料路とに分岐し、
前記主バーナーに対する前記燃料の供給を断続する、又は、その供給流量を調整する主バーナー用の燃料弁を前記主バーナー側の分岐燃料路に装備し、
前記種火バーナー用の燃焼用ブロアからの燃焼用酸素含有ガスの供給に伴い前記種火バーナー側の分岐燃料路を通じ前記燃料を吸入して、それら吸入燃料と燃焼用酸素含有ガスとを混合するエゼクタ式の混合器を設け、
この混合器による前記燃料と燃焼用酸素含有ガスとの混合気を前記種火バーナーに供給する構成にしてある点にある。
【００２６】
つまり、この構成によれば、前述の如く種火バーナー用の燃焼用ブロアの出力調整により燃焼用酸素含有ガスの供給流量を調整する場合、その調整で燃焼用酸素含有ガスの供給流量が変化すると、それに伴い、エゼクタ作用によりエゼクタ式混合器における燃料の吸入流量も追従的に変化することから、種火バーナーに対して供給する混合気の混合比（燃料と燃焼用酸素含有ガスとの混合比、一般には空燃比）を燃焼用酸素含有ガスの供給流量変化にかかわらず適切な値に安定的に保ち易いものになり、この点で、種火バーナーにおいて一層安定した保炎用の燃焼炎を形成することができて、燃料電池の運転安定性を一層効果的に高めることができる。
【００２７】
〔６〕請求項６に係る発明は、請求項４又は５に係る発明の実施に好適な実施形態を特定するものであり、その特徴は、
前記燃料を供給する燃料供給ブロアからの燃料供給路を、前記主バーナーに対して前記燃料を供給する主バーナー側の分岐燃料路と前記種火バーナーに対して前記燃料を供給する種火バーナー側の分岐燃料路とに分岐し、
前記主バーナーに対する前記燃料の供給を断続する、又は、その供給流量を調整する主バーナー用の燃料弁を前記主バーナー側の分岐燃料路に装備し、
前記種火バーナー用の燃焼量調整手段を、前記種火バーナー用の燃焼用ブロア及び前記燃料供給ブロア夫々の出力調整により前記種火バーナーの燃焼量を調整する構成にしてある点にある。
【００２８】
つまり、種火バーナー用の燃焼用ブロア及び燃料供給ブロア夫々の出力調整により種火バーナーの燃焼量を調整する上記構成によれば、前述の如く燃焼用酸素含有ガスの供給流量を種火バーナー用の燃焼用ブロアの出力調整によりきめ細かに精度良く調整できることと、燃焼用酸素含有ガスを送給する燃焼用のブロアに比べ空燃比の理由から本来的に小型な燃料供給ブロアの出力調整により燃料の供給流量をきめ細かに精度良く調整できることとが相俟って、燃料と燃焼用酸素含有ガスとの混合比を適切な値に精度良く保ちながら、種火バーナーに対する混合気の供給流量を精度良く調整して、種火バーナーの燃焼量（ひいては装置全体としての燃焼量）を精度良く調整することができ、これにより、改質処理に対する調整機能を一層効果的に高めて、燃料電池の運転安定性をさらに効果的に高めることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は燃料電池システムを示し、１は固体高分子型の燃料電池、２は原燃料ＧＧを改質処理して水素リッチな改質ガスＧを生成する改質器であり、この改質器２により生成した改質ガスＧ及び酸化剤ガスとしての空気Ａを燃料電池１に供給することで燃料電池１において電力を発生させる。
【００３０】
燃料電池１は、固体高分子電解質膜を燃料極側及び酸素極側のガス拡散電極により挟持した構造のセルを多数積層して構成してあり、各セルの燃料極側に改質ガスＧを供給するとともに、各セルの酸素極側に酸化剤ガスとしての空気Ａを供給することで電力を発生する。
【００３１】
改質器２は、同図１に示す如く、燃料Ｎ及び燃料電池１から排出される電池排ガスＯＧを燃焼させて改質処理に要する熱を発生させるバーナー装置３の燃焼部３ａを中央部に配置し、かつ、原燃料ＧＧを水蒸気Ｓとともに通過させる縦断面視蛇行状の器内燃料経路４を上記燃焼部３ａの周囲に同芯状に配置した多重円筒構造にしてあり、器内燃料経路４の経路内には、改質触媒Ｒ１、ＣＯ変性触媒Ｒ２、ＣＯ酸化触媒Ｒ３夫々の通気性層をその順に原燃料ＧＧの通過方向で上流側から並べて、かつ、その順に燃焼部３ａの近傍（すなわち改質器２の中央部）から外側へ離間させる状態にして配置してある。
【００３２】
５は改質器２の中央部でバーナー装置３の燃焼部３ａを囲む燃焼室形成筒であり、燃焼部３ａで発生した燃焼排ガスＥは燃焼室形成筒５の先端開口から流出させた後、燃焼室形成筒５と器内燃料経路４との間を燃焼室形成筒５の基端側に向かって流動させる過程で器内燃料経路４の加熱に寄与させ、その後、改質器２の一端に装備した水蒸気生成槽６の底部と接する熱回収路７を通じて改質器２の外部に排出する。
【００３３】
水蒸気生成槽６は熱回収路７を通過する燃焼排ガスＥにより槽内の水Ｗを加熱して水蒸気Ｓを発生させる槽であり、この水蒸気生成槽６で発生させた水蒸気Ｓを原燃料ＧＧとともに改質器２の器内燃料経路４に送給することにより、それら原燃料ＧＧと水蒸気Ｓをバーナー装置３による加熱下及び上記各触媒Ｒ１〜Ｒ３の作用下で反応させて改質ガスＧを生成し、この改質ガスＧを燃料電池１に供給する。
【００３４】
図２に示す如く、バーナー装置３には、燃料Ｎを燃焼用酸素含有ガスとしての燃焼用空気Ａ１の供給下で燃焼させる起動時用燃焼運転と、燃料供給を停止した状態で電池排ガスＯＧを燃焼用空気Ａ１の供給下で燃焼させる定常運転時用燃焼運転との切り換え実施が可能な主バーナー８、及び、燃料Ｎを燃焼用酸素含有ガスとしての燃焼用空気Ａ２の供給下で燃焼させる種火バーナー９を備えさせてあり、具体的には、バーナー装置３の燃焼部３ａを大径筒１０と小径筒１１とからなる二重筒構造にして、燃料供給ブロア１２からの供給燃料Ｎを導く燃料供給路１３から分岐した主バーナー側の分岐燃料路１３ａと、主バーナー用の燃焼用ブロア１４から供給される燃焼用空気Ａ１を導く主バーナー側の空気供給路１５と、燃料電池１から排出される電池排ガスＯＧを導く電池排ガス路１６との３路を大径筒１０と小径筒１１との間の筒間経路１７に連通させることで、その筒間経路１７を混合路とし、かつ、その筒間経路１７の端部を炎口８ａとする予混合型の主バーナー８を形成してあり、主バーナー側の分岐燃料路１３ａには主バーナー８に対する燃料Ｎ（Ｎ１）の供給を断続する主バーナー用の燃料弁１８を装備してある。
【００３５】
また、種火バーナー用の燃焼用ブロア１９から供給される燃焼用空気Ａ２を導く種火バーナー側の空気供給路２０と、上記燃料供給路１３から分岐した種火バーナー側の分岐燃料路１３ｂとの接続部に、種火バーナー用の燃焼用ブロア１９からの燃焼用空気Ａ２の供給に伴い種火バーナー側の分岐燃料路１３ｂから燃料Ｎ（Ｎ２）を吸入してそれら吸入燃料Ｎ２と燃焼用空気Ａ２とを混合するエゼクタ式の混合器２１を設け、この混合器２１からの送出混合気Ｍを導く混合気路２２を上記小径筒１１の筒内に連通させることで、小径筒１１の筒内を混合気噴出路とし、かつ、小径筒１１の端部開口を炎口９ａとする予混合型の種火バーナー９を形成してあり、これにより、主バーナー８の炎口８ａを種火バーナー９の炎口９ａに近接させてその種火バーナー９の炎口９ａの周りに環状に位置させた状態にしてある。
【００３６】
２３は主バーナー８の炎口８ａに装備した網状ないし多孔状の炎安定化用整流具である。なお、種火バーナー９には点火具及び着火検知具（図示省略）を装備してある。
【００３７】
２４はバーナー装置３の燃焼運転を制御する燃焼制御器であり、この燃焼制御器２４は次の（イ）〜（ニ）の制御を実行する（図３参照）。
【００３８】
（イ）燃料電池システムの起動指令が与えられると、種火バーナー用の燃焼用ブロア１９を起動してインバータ制御により空気側の設定基本回転数で運転し、続いて、主バーナー用の燃料弁１８を閉じた状態で燃料供給ブロア１２を起動して同じくインバータ制御により燃料側の設定基本回転数で運転し、これにより、種火バーナー９に対する点火用設定流量の混合気供給を開始する。
そして、この混合気供給の開始とともに点火具を作動させて、種火バーナー９を点火する。
【００３９】
（ロ）種火バーナーの着火が着火検知具により検出されると、主バーナー用の燃焼用ブロア１４を起動してインバータ制御により空気側設定回転数で運転し、続いて、インバータ制御により燃料供給ブロア１２の回転数を起動時用の燃料側設定回転数に高めるとともに主バーナー用の燃料弁１８を開弁し、これにより、主バーナー８に対する燃料Ｎ１及び燃焼用空気Ａ１の供給を開始して、種火バーナー９の形成炎により主バーナー８を点火し、主バーナー８を起動時用燃焼運転の状態にする。
すなわち、主バーナー８及び種火バーナー９の両方で燃料Ｎ１，Ｎ２を燃焼させることにより、その燃焼熱で各触媒Ｒ１〜Ｒ３を所定温度まで昇温させて改質処理を開始させ、この改質処理の開始により燃料電池１に対する改質ガスＧの供給を開始して燃料電池１を起動する。
【００４０】
（ハ）その後、種火バーナー９の燃焼運転、及び、主バーナー８の起動時用燃焼運転の実施下で燃料電池１からの電池排ガスＯＧの排出を待ち、そして、検出手段により燃料電池１からの電池排ガスＯＧの排出（すなわち、主バーナー８に対する電池排ガスＯＧの供給開始）が検出されると、主バーナー用の燃料弁１８を閉弁するとともに、インバータ制御により燃料供給ブロア１２の回転数を再び燃料側の設定基本回転数まで低下させ、これにより、主バーナー８での燃焼を燃料Ｎ１の燃焼から電池排ガスＯＧの燃焼に切り換えて、主バーナー８を定常運転時用燃焼運転の状態にする。
また、種火バーナー９の燃焼運転は継続して、燃料Ｎ２の燃焼により形成される種火バーナー９の安定燃焼炎を主バーナー８の形成炎に対し保炎作用させる。
【００４１】
（ニ）主バーナー８の定常運転時用燃焼運転においては、検出手段により電池排ガスＯＧの流量を監視し、電池排ガスＯＧの流量変動があると、それに応じ燃料供給ブロア１２及び種火バーナー用の燃焼用ブロア１９夫々の回転数をインバータ制御により調整して種火バーナー９に対する燃料Ｎ２の供給流量及び燃焼用空気Ａ２の供給流量を調整することで種火バーナー９の燃焼量を調整し、この種火バーナー９の燃焼量調整によりバーナー装置３全体としての燃焼量をその時の所要燃焼量に保つ。
【００４２】
以上、本実施形態においては、燃料Ｎ及び燃料電池１の燃料極側から排出される電池排ガスＯＧを燃焼させて、燃料電池１に対する供給燃料ＧＧの改質処理に要する熱を発生させる燃料電池改質器用のバーナー装置３を構成するのに、燃料Ｎ（Ｎ１）を燃焼用酸素含有ガスＡ１の供給下で燃焼させる起動時用燃焼運転と、電池排ガスＯＧを燃焼用酸素含有ガスＡ１の供給下で燃焼させる定常運転時用燃焼運転との切り換え実施が可能な主バーナー８を設けるとともに、燃料Ｎ（Ｎ２）を燃焼用酸素含有ガスＡ２の供給下で燃焼させる種火バーナー９を設け、この種火バーナー９を主バーナー８に対し近接状態に配置して、種火バーナー９の形成炎を主バーナー８の形成炎に対し保炎作用させる構成にしてある。
【００４３】
そして具体的には、種火バーナー９を燃料Ｎ（Ｎ２）と燃焼用酸素含有ガスＡ２との混合気Ｍを炎口９ａから噴出させて燃焼させる予混合型のバーナーにし、主バーナー８の炎口８ａを、種火バーナー９の炎口９ａに近接させてその種火バーナー９の炎口９ａの周りに環状に配置してある。
【００４４】
また、燃料Ｎを供給する燃料供給ブロア１２からの燃料供給路１３を主バーナー８に対して燃料Ｎ（Ｎ１）を供給する主バーナー側の分岐燃料路１３ａと種火バーナー９に対して燃料Ｎ（Ｎ２）を供給する種火バーナー側の分岐燃料路１３ｂとに分岐し、主バーナー８に対する燃料Ｎ（Ｎ２）の供給を断続する主バーナー用の燃料弁１８を主バーナー側の分岐燃料路１３ａに装備し、種火バーナー用の燃焼用ブロア１９からの燃焼用酸素含有ガスＡ２の供給に伴い種火バーナー側の分岐燃料路１３ｂを通じ燃料Ｎ（Ｎ２）を吸入して、それら吸入燃料Ｎ（Ｎ２）と燃焼用酸素含有ガスＡ２とを混合するエゼクタ式の混合器２１を設け、この混合器２１による燃料Ｎ（Ｎ２）と燃焼用酸素含有ガスＡ２との混合気Ｍを種火バーナー９に供給する構成にしてある。
【００４５】
そしてまた、電池排ガスＯＧの流量変動に応じて種火バーナー９の燃焼量を調整する種火バーナー用の燃焼量調整手段として上記燃焼制御器２４を設け、この燃焼制御器２４を、種火バーナー用の燃焼用ブロア１９及び燃料供給ブロア１２夫々の出力調整により種火バーナー９の燃焼量を調整する構成にしてある。
【００４６】
〔別の実施形態〕
次に別実施形態を列記する。
【００４７】
前述の実施形態では、主バーナー８の定常運転時用燃焼運転の際に、主バーナー８に対する燃料Ｎ（Ｎ１）の供給は停止した状態で電池排ガスＯＧを燃焼用酸素含有ガスＡ１の供給下において主バーナー８で燃焼させるようにしたが、場合によっては、主バーナー８の定常運転時用燃焼運転の際に、起動時用燃焼運転の際よりも少量に絞った燃料Ｎ（Ｎ１）を電池排ガスＯＡとともに燃焼用酸素含有ガスＡ１の供給下において主バーナー８で燃焼させるようにしてもよい。
【００４８】
前述の実施形態では、主バーナー８の炎口８ａを種火バーナー９の炎口９ａに近接させて種火バーナー９の炎口９ａの周りに環状に配置したが、種火バーナー９の形成炎を主バーナー８の形成炎に対し保炎作用させるのに、種火バーナー９の炎口９ａをどのような配置形態で主バーナー８の炎口８ａに対し近接させて配置するかは種々の構成変更が可能であり、例えば、主バーナー８の炎口８ａに対し種火バーナー９の炎口９ａを単に臨ませるだけの配置形態を採用してもよい。
【００４９】
主バーナー８及び種火バーナー９の夫々は予混合型に限らず、先混合型やその他の形式のものであってよく、また、主バーナー８及び種火バーナー９夫々の具体的構造も前述の実施形態で示した二重筒構造に限らず、種々の構造を採用できる。
【００５０】
前述の実施形態では主バーナー側の分岐燃料路１３ａと電池排ガス路１６とを主バーナー８の混合路である筒間経路１７に対し個々に連通させたが、主バーナー側の分岐燃料路１３ａと電池排ガス路１６とを接続した共通路を筒間経路１７に連通させるようにしてもよく、また、主バーナー８に対して供給する燃料Ｎ（Ｎ１）や電池排ガスＯＧと主バーナー側の空気供給路１５により導く主バーナー用の燃焼用酸素含有ガスＡ１とをエゼクタ式などの混合器により混合して主バーナー８に供給するようにしてもよい。
【００５１】
前述の実施形態では、電池排ガスＯＧの流量変動に応じて種火バーナー９の燃焼量を調整する例を示したが、場合によっては、燃料電池１の負荷変動に応じて、あるいは、電池排ガスＯＧの組成変動に応じて種火バーナー９の燃焼量を調整する構成にしてもよく、また、それら電池排ガスＯＧの流量変動、電池排ガスＯＧの組成変動、燃料電池１の負荷変動のうちの二種ないし三種の変動の各々に応じて種火バーナー９の燃焼量を調整する構成にしてもよい。
【００５２】
そしてまた、バーナー装置３全体としての燃焼量調整を種火バーナー９の燃焼量調整のみにより行うに代え、種火バーナー９の燃焼量調整と主バーナー８の燃焼量調整とを併用してバーナー装置３全体としての燃焼量を調整するようにしたり、場合によっては、主バーナー８の燃焼量調整のみによりバーナー装置３全体としての燃焼量を調整するようにしてもよい。
【００５３】
前述の実施形態では、燃料供給ブロア１２の出力調整により種火バーナー９の燃焼量を調整するようにしたが、弁の開度調整による燃料供給流量の調整により種火バーナー９の燃焼量を調整するようにしてもよく、また、主バーナー８の燃焼量を調整する場合には、主バーナー用の燃料弁１８に燃料供給流量の調整が可能な弁を用いて、その燃料弁１８の開度調整により主バーナー８の燃焼量を調整するようにしたり、主バーナー用の燃料供給ブロアと種火バーナー用の燃料供給ブロアとを各別に設けて、主バーナー用燃料供給ブロアの出力調整により主バーナーの燃焼量を調整するようにしてもよい。
【００５４】
改質対象の原燃料ＧＧ及びバーナー装置３の燃料Ｎは夫々、都市ガス、天然ガス、液化石油ガス、プロパンガス、灯油、エタノールなど、どのようなものであってよく、また、改質ガスＧとともに燃料電池１に供給する酸化剤ガスＡ及びバーナー装置３に供給する燃焼用酸素含有ガスＡ１，Ａ２の夫々も、空気に限られるものではない。
【００５５】
改質器２における器内燃料経路４や触媒層の具体的構造は、前述の実施形態で示した構造に限らず種々の変更が可能であり、また、改質用触媒にも種々のものを使用できる。
【００５６】
前述の実施形態では、固体高分子型の燃料電池に本発明を適用した例を示したが、本発明は固体高分子型の燃料電池に限らず種々の形式の燃料電池に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池システム及び改質器の構造を示す図
【図２】バーナー装置の装置構造図
【図３】バーナー装置の運転形態を説明するフローチャート
【図４】従来装置の装置構造図
【図５】他の従来装置の装置構造図
【符号の説明】
Ｎ（Ｎ１，Ｎ２） 燃料
１ 燃料電池
３ バーナー装置
８ 主バーナー
８ａ 主バーナーの炎口
９ 種火バーナー
９ａ 種火バーナーの炎口
１２ 燃料供給ブロア
１３ 燃料供給路
１３ａ 主バーナー側の分岐燃料路
１３ｂ 種火バーナー側の分岐燃料路
１４ 主バーナー用の燃焼用ブロア
１８ 主バーナー用の燃料弁
１９ 種火バーナー用の燃焼用ブロア
２１ 混合器
２４ 燃焼量調整手段
Ａ１，Ａ２ 燃焼用酸素含有ガス
ＧＧ 燃料電池に対する供給燃料（原燃料）
Ｍ 混合気
ＯＧ 電池排ガス

Claims (6)

1. 燃料及び燃料電池の燃料極側から排出される電池排ガスを燃焼させて、前記燃料電池に対する供給燃料の改質処理に要する熱を発生させる燃料電池改質器用のバーナー装置であって、
   前記燃料を燃焼用酸素含有ガスの供給下で燃焼させる起動時用燃焼運転と、前記電池排ガスを、又は、前記電池排ガスと前記燃料との両方を燃焼用酸素含有ガスの供給下で燃焼させる定常運転時用燃焼運転との切り換え実施が可能な主バーナーを設けるとともに、
   前記燃料を燃焼用酸素含有ガスの供給下で燃焼させる種火バーナーを設け、
   この種火バーナーを前記主バーナーに対し近接状態に配置して、前記種火バーナーの形成炎を前記主バーナーの形成炎に対し保炎作用させる構成にしてある燃料電池改質器用のバーナー装置。
2. 前記種火バーナーを前記燃料と燃焼用酸素含有ガスとの混合気を炎口から噴出させて燃焼させる予混合型のバーナーにし、
   前記主バーナーの炎口を、前記種火バーナーの炎口に近接させてその種火バーナーの炎口の周りに環状に配置してある請求項１記載の燃料電池改質器用のバーナー装置。
3. 前記燃料電池の負荷変動に応じて、又は、前記電池排ガスの流量変動又は組成変動に応じて前記種火バーナーの燃焼量を調整する種火バーナー用の燃焼量調整手段を設けてある請求項１又は２記載の燃料電池改質器用のバーナー装置。
4. 前記主バーナーに対して燃焼用酸素含有ガスを供給する主バーナー用の燃焼用ブロアと、前記種火バーナーに対して燃焼用酸素含有ガスを供給する種火バーナー用の燃焼用ブロアとを個別に設けてある請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池改質器用のバーナー装置。
5. 前記燃料の供給路を前記主バーナーに対して前記燃料を供給する主バーナー側の分岐燃料路と前記種火バーナーに対して前記燃料を供給する種火バーナー側の分岐燃料路とに分岐し、
   前記主バーナーに対する前記燃料の供給を断続する、又は、その供給流量を調整する主バーナー用の燃料弁を前記主バーナー側の分岐燃料路に装備し、
   前記種火バーナー用の燃焼用ブロアからの燃焼用酸素含有ガスの供給に伴い前記種火バーナー側の分岐燃料路を通じ前記燃料を吸入して、それら吸入燃料と燃焼用酸素含有ガスとを混合するエゼクタ式の混合器を設け、
   この混合器による前記燃料と燃焼用酸素含有ガスとの混合気を前記種火バーナーに供給する構成にしてある請求項４記載の燃料電池改質器用のバーナー装置。
6. 前記燃料を供給する燃料供給ブロアからの燃料供給路を、前記主バーナーに対して前記燃料を供給する主バーナー側の分岐燃料路と前記種火バーナーに対して前記燃料を供給する種火バーナー側の分岐燃料路とに分岐し、前記主バーナーに対する前記燃料の供給を断続する、又は、その供給流量を調整する主バーナー用の燃料弁を前記主バーナー側の分岐燃料路に装備し、
   前記種火バーナー用の燃焼量調整手段を、前記種火バーナー用の燃焼用ブロア及び前記燃料供給ブロア夫々の出力調整により前記種火バーナーの燃焼量を調整する構成にしてある請求項４又は５記載の燃料電池改質器用のバーナー装置。

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