JP2017033869A - Combustor and fuel cell module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼器及び燃料電池モジュールに関する。 The present invention relates to a combustor and a fuel cell module.
従来、固体酸化物形燃料電池セルスタックと、原燃料ガスを改質し燃料電池セルスタックに供給される改質ガスを生成する改質部と、燃料電池セルスタックから排出されたスタック排ガスを燃焼する燃焼部とを備えた燃料電池モジュールが知られている。 Conventionally, a solid oxide fuel cell stack, a reforming unit that reforms raw fuel gas and generates reformed gas supplied to the fuel cell stack, and burns stack exhaust gas discharged from the fuel cell stack 2. Description of the Related Art A fuel cell module including a combustion unit that performs the above-mentioned is known.
また、この種の燃料電池モジュールには、燃焼部が単一の燃焼器で構成されたものがある(例えば、特許文献1参照)。この燃料電池モジュールでは、起動時に改質部にて未反応の原燃料ガス及び酸化剤ガスを含み燃料電池セルスタックを通過したスタック排ガスが燃焼器で燃焼され、発電時には燃料電池セルスタックにて発電に供されなかった改質ガス及び酸化剤ガスを含むスタック排ガスが起動時と同じ燃焼器で燃焼される。 Further, in this type of fuel cell module, there is one in which a combustion section is configured by a single combustor (see, for example, Patent Document 1). In this fuel cell module, the stack exhaust gas containing unreacted raw fuel gas and oxidant gas that has passed through the fuel cell stack at the reforming section at the time of start-up is combusted in the combustor, and at the time of power generation The stack exhaust gas containing the reformed gas and the oxidant gas that has not been supplied to is burned in the same combustor as at the time of startup.
このように、燃焼部が単一の燃焼器で構成された場合、起動時と発電時とで性状や組成等の異なるスタック排ガスが単一の燃焼器で燃焼される。しかしながら、このような構成の場合には、起動時における未反応の原燃料ガスが着火しにくく火炎の吹き消えを起こしやすいなど、燃焼器での着火性及び燃焼安定性に課題がある。 Thus, when a combustion part is comprised with a single combustor, stack exhaust gas from which a property, a composition, etc. differ at the time of starting and at the time of electric power generation is burned with a single combustor. However, in the case of such a configuration, there are problems in ignitability and combustion stability in the combustor, for example, unreacted raw fuel gas at the time of start-up is difficult to ignite and the flame is easily blown out.
そこで、燃焼部を一対の燃焼器で構成し、一方の燃焼器で起動時にて未反応の原燃料ガス及び酸化剤ガスを含むスタック排ガスを燃焼し、他方の燃焼器で発電時に燃料電池セルスタックにて発電に供されなかった改質ガス及び酸化剤ガスを含むスタック排ガスを燃焼する燃料電池モジュールが提案されている(例えば、特許文献2,3参照)。 Therefore, the combustor is composed of a pair of combustors, one of the combustors burns stack exhaust gas containing unreacted raw fuel gas and oxidant gas at start-up, and the other combustor is fuel cell stack when generating power Has proposed a fuel cell module that burns stack exhaust gas containing reformed gas and oxidant gas that have not been used for power generation (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
ところが、燃焼部が一対の燃焼器で構成された場合、一対の燃焼器に対して二系統のガス供給経路が必要になるため、燃焼部及びその周辺の構造が複雑化し、大型化及び高コスト化の要因となる。 However, when the combustor is composed of a pair of combustors, two gas supply paths are required for the pair of combustors, which complicates the structure of the combustor and its surroundings, and increases the size and cost. Cause
また、燃焼器の下流側に未燃分の改質ガスを完全燃焼させる触媒燃焼器を備える燃料電池モジュール(例えば、特許文献4参照)も提案されているが、触媒燃焼器を備える分、構造の複雑化及び高コスト化の要因となる。 Further, a fuel cell module (see, for example, Patent Document 4) including a catalytic combustor that completely combusts the unburned reformed gas on the downstream side of the combustor has been proposed. This increases the complexity and cost.
したがって、起動時と発電時とで性状や組成等の異なるスタック排ガスを単一の燃焼器で安定して燃焼させることができることが理想である。なお、以上は、燃料電池モジュールにおける燃焼器の課題であるが、上記課題は、燃料電池モジュール以外の機器における燃焼器においても生じ得るものである。 Therefore, it is ideal that the stack exhaust gas having different properties and compositions at the time of start-up and power generation can be stably burned with a single combustor. In addition, although the above is the subject of the combustor in a fuel cell module, the said subject may arise also in the combustor in apparatuses other than a fuel cell module.
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、その目的は、燃料ガス及び酸化剤ガスが混合された混合ガスの性状や組成等が異なる場合でも、混合ガスを安定して燃焼させることができる燃焼器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to stably burn a mixed gas even when the properties and composition of the mixed gas in which the fuel gas and the oxidant gas are mixed are different. It is to provide a combustor that can.
また、本発明の他の目的は、燃焼器及びその周辺の構造を簡素化でき、小型化及び低コスト化を実現することができる燃料電池モジュールを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a fuel cell module capable of simplifying the combustor and its peripheral structure, and realizing a reduction in size and cost.
上記目的を達成するために、本発明の燃焼器は、筒状の燃焼室周壁の内側に形成され、燃料ガス及び酸化剤ガスが混合された混合ガスが燃焼される燃焼室と、前記燃焼室の軸方向一方側に設けられると共に、前記燃焼室の中心軸線上に配置され、前記燃焼室の軸方向他方側に向けて前記燃料ガスを噴出する燃料ガスノズルと、前記燃料ガスノズルよりも前記燃焼室の軸方向他方側に設けられると共に、前記燃焼室の中心軸線と交差する第一軸線上に配置され、前記燃料ガスノズルから噴出された前記燃料ガスと交差するように前記酸化剤ガスを前記第一軸線に沿って噴出し、前記酸化剤ガスを前記燃料ガスと混合させる第一酸化剤ガスノズルと、前記燃料ガスノズルよりも前記燃焼室の軸方向他方側に設けられると共に、前記燃焼室の中心軸線とねじれの位置にある第二軸線上に配置され、前記燃料ガスノズルから噴出された前記燃料ガスと交差しないように予備酸化剤ガスを前記第二軸線に沿って噴出する第二酸化剤ガスノズルと、を備える。 In order to achieve the above object, a combustor according to the present invention includes a combustion chamber formed inside a cylindrical combustion chamber peripheral wall, in which a mixed gas in which a fuel gas and an oxidant gas are mixed is burned, and the combustion chamber A fuel gas nozzle that is disposed on a central axis of the combustion chamber and that ejects the fuel gas toward the other axial side of the combustion chamber, and the combustion chamber more than the fuel gas nozzle The oxidant gas is disposed on a first axis that intersects the central axis of the combustion chamber and crosses the fuel gas ejected from the fuel gas nozzle so as to intersect the first oxidant gas. A first oxidant gas nozzle that jets along the axis and mixes the oxidant gas with the fuel gas; and is provided on the other axial side of the combustion chamber with respect to the fuel gas nozzle, and a central axis of the combustion chamber And a second dioxide gas nozzle that is disposed on a second axis at a twisted position and ejects a pre-oxidant gas along the second axis so as not to intersect the fuel gas ejected from the fuel gas nozzle. Prepare.
この燃焼器によれば、燃料ガスノズルから噴出された燃料ガスの噴流と、酸化剤ガスノズルから噴出された酸化剤ガスの噴流とが交差される。これにより、燃料ガスの噴流と酸化剤ガスの噴流とが互いに拡散しながら、燃料ガスの燃焼範囲に収まる酸化剤ガスと燃料ガスとで混合領域が形成されるので、燃料ガス及び酸化剤ガスを効果的に混合させることができる。これにより、燃料ガス及び酸化剤ガスが混合された混合ガスの性状や組成等が異なる場合でも、混合ガスを安定して燃焼させることができる。 According to this combustor, the jet of the fuel gas ejected from the fuel gas nozzle intersects with the jet of the oxidant gas ejected from the oxidant gas nozzle. As a result, the fuel gas jet and the oxidant gas jet diffuse to each other and a mixed region is formed by the oxidant gas and the fuel gas that fall within the combustion range of the fuel gas. Can be mixed effectively. Thereby, even when the property, composition, etc. of the mixed gas in which the fuel gas and the oxidant gas are mixed are different, the mixed gas can be stably burned.
また、例えば、通常の空気比(理論空気比)の場合には、第一酸化剤ガスノズルから噴出された酸化剤ガスだけでは混合ガスの燃焼に必要な酸素が不足するため、燃焼は緩慢になり、第二酸化剤ガスノズルから噴出された予備酸化剤ガスからも混合ガスの燃焼に必要な酸素が火炎に供給され、燃焼反応が完結する。 In addition, for example, in the case of a normal air ratio (theoretical air ratio), the oxidant gas ejected from the first oxidant gas nozzle alone lacks oxygen necessary for the combustion of the mixed gas, so that the combustion becomes slow. The oxygen necessary for the combustion of the mixed gas is also supplied to the flame from the pre-oxidant gas ejected from the second dioxide gas nozzle, and the combustion reaction is completed.
一方、空気比が高い場合には、第一酸化剤ガスノズルから噴出された酸化剤ガスで混合ガスの燃焼に必要な酸素が足りるため、第一酸化剤ガスノズルから噴出された酸化剤ガスから混合ガスの燃焼に必要な酸素が火炎に供給され、燃焼反応が完結する。この場合には、第二酸化剤ガスノズルから噴出された予備酸化剤ガスの噴流が、混合ガスの燃焼によって生ずる燃焼排ガスに混合され、燃焼室から排出される。 On the other hand, when the air ratio is high, the oxidant gas ejected from the first oxidant gas nozzle has sufficient oxygen for combustion of the mixed gas, so the mixed gas from the oxidant gas ejected from the first oxidant gas nozzle Oxygen necessary for combustion is supplied to the flame, and the combustion reaction is completed. In this case, the jet of the pre-oxidant gas ejected from the second dioxide gas nozzle is mixed with the combustion exhaust gas generated by the combustion of the mixed gas and discharged from the combustion chamber.
以上より、通常の空気比(理論空気比)から高空気比(例えばλ=5程度)までの広い空気比の範囲で火炎が吹き消えず安定な燃焼を得ることができる。 As described above, the flame does not blow out and stable combustion can be obtained in a wide air ratio range from a normal air ratio (theoretical air ratio) to a high air ratio (for example, about λ = 5).
なお、本発明の燃焼器は、前記第一酸化剤ガスノズルを一対備え、一対の前記第一酸化剤ガスノズルは、前記燃料ガスノズルの両側に互いに対向して配置されていても良い。 The combustor according to the present invention may include a pair of the first oxidant gas nozzles, and the pair of first oxidant gas nozzles may be disposed opposite to each other on both sides of the fuel gas nozzle.
この燃焼器によれば、互いに対向して配置された一対の酸化剤ガスノズルから噴出された酸化剤ガスの噴流が、燃料ガスノズルから噴出された燃料ガスの噴流の両側からこの燃料ガスの噴流と交差される。これにより、燃料ガスの噴流と酸化剤ガスの噴流との拡散を促すことができるので、燃料ガス及び酸化剤ガスをより一層効果的に混合させることができる。 According to this combustor, the jet of oxidant gas ejected from a pair of oxidant gas nozzles arranged opposite to each other intersects the jet of fuel gas from both sides of the jet of fuel gas ejected from the fuel gas nozzle. Is done. Thereby, since the diffusion of the jet of fuel gas and the jet of oxidant gas can be promoted, the fuel gas and the oxidant gas can be mixed more effectively.
また、本発明の燃焼器は、前記燃焼室周壁の内側に形成されると共に、前記燃焼室の軸方向一方側に前記燃焼室と隣接され、外部から前記燃料ガスが供給される燃料ガス室と、前記燃焼室周壁の内側に形成されると共に、前記燃焼室周壁の径方向に前記燃料ガス室と隣接され、外部から前記酸化剤ガスが供給される酸化剤ガス室と、前記燃焼室周壁の内側に設けられ、前記燃焼室と前記燃料ガス室とを区画すると共に、前記燃料ガスノズルが形成された燃料ガス室仕切壁と、前記燃料ガス室仕切壁から前記燃焼室側に立設され、前記燃焼室と前記酸化剤ガス室とを区画すると共に、前記第一酸化剤ガスノズル及び前記第二酸化剤ガスノズルが形成された燃焼室側仕切壁と、前記燃料ガス室仕切壁から前記燃焼室と反対側に立設され、前記燃料ガス室と前記酸化剤ガス室とを区画する燃料ガス室側仕切壁とを有する酸化剤ガス室側面仕切壁と、前記燃焼室側仕切壁の高さ方向の上端部と前記燃焼室周壁とを繋ぎ、前記燃焼室と前記酸化剤ガス室とを区画する酸化剤ガス室天面仕切壁とを備えていても良い。 Further, the combustor of the present invention is formed inside the combustion chamber peripheral wall, adjacent to the combustion chamber on one axial side of the combustion chamber, and a fuel gas chamber to which the fuel gas is supplied from the outside An oxidant gas chamber formed inside the combustion chamber peripheral wall, adjacent to the fuel gas chamber in a radial direction of the combustion chamber peripheral wall, and supplied with the oxidant gas from the outside; and Provided inside, partitioning the combustion chamber and the fuel gas chamber, a fuel gas chamber partition wall in which the fuel gas nozzle is formed, and standing from the fuel gas chamber partition wall to the combustion chamber side, A combustion chamber-side partition wall in which the first oxidant gas nozzle and the second dioxide gas nozzle are formed, and a side opposite to the combustion chamber from the fuel gas chamber partition wall. The fuel An oxidant gas chamber side partition wall having a fuel gas chamber side partition wall that partitions the gas chamber and the oxidant gas chamber, an upper end portion in the height direction of the combustion chamber side partition wall, and the combustion chamber peripheral wall. An oxidant gas chamber top partition wall that connects and divides the combustion chamber and the oxidant gas chamber may be provided.
この燃焼器によれば、燃料ガス室仕切壁と、酸化剤ガス室側面仕切壁と、酸化剤ガス室天面仕切壁とによって、燃焼器を複数の空間(燃焼室、燃料ガス室、酸化剤ガス室)に区画することができるので、燃焼器の構造を簡素化することができる。これにより、燃焼器の小型化及び低コスト化を図ることができる。 According to this combustor, the combustor is divided into a plurality of spaces (combustion chamber, fuel gas chamber, oxidizer) by the fuel gas chamber partition wall, the oxidant gas chamber side partition wall, and the oxidant gas chamber top partition wall. Since it can be partitioned into gas chambers, the structure of the combustor can be simplified. Thereby, size reduction and cost reduction of a combustor can be achieved.
また、本発明の燃焼器において、前記燃焼室側仕切壁は、前記燃料ガスノズルに面して設けられ、前記第一酸化剤ガスノズルが形成された中央壁部と、前記中央壁部に対して前記燃焼室の外周部側へ鈍角に折り曲げられ、前記第二酸化剤ガスノズルが形成された側壁部とを有していても良い。 Further, in the combustor of the present invention, the combustion chamber side partition wall is provided facing the fuel gas nozzle, and a central wall portion on which the first oxidant gas nozzle is formed, and the central wall portion with respect to the central wall portion. A side wall portion that is bent at an obtuse angle toward the outer peripheral portion side of the combustion chamber and in which the second dioxide gas nozzle is formed may be provided.
この燃焼器によれば、第一酸化剤ガスノズルが形成された中央壁部に対して第二酸化剤ガスノズルが形成された側壁部が燃焼室の外周部側へ鈍角に折り曲げられている。したがって、第一酸化剤ガスノズルからの酸化剤ガスの噴出方向と、第二酸化剤ガスノズルからの予備酸化剤ガスの噴出方向とが鋭角を成すので、例えば、通常の空気比(理論空気比)の場合には、第一酸化剤ガスノズルからの酸化剤ガスにより燃焼された火炎に、第二酸化剤ガスノズルから噴出された予備酸化剤ガスを効率良く供給することができる。一方、空気比が高い場合には、火炎の燃焼により生じた燃焼排ガスに、第二酸化剤ガスノズルから噴出された予備酸化剤ガスを効率良く混合させることができる。 According to this combustor, the side wall portion on which the second dioxide gas nozzle is formed is bent at an obtuse angle toward the outer peripheral side of the combustion chamber with respect to the central wall portion on which the first oxidant gas nozzle is formed. Therefore, the direction in which the oxidant gas is ejected from the first oxidant gas nozzle and the direction in which the preliminary oxidant gas is ejected from the second dioxide gas nozzle form an acute angle. For example, in the case of a normal air ratio (theoretical air ratio) In this case, the preliminary oxidant gas ejected from the second dioxide gas nozzle can be efficiently supplied to the flame burned by the oxidant gas from the first oxidant gas nozzle. On the other hand, when the air ratio is high, the pre-oxidant gas ejected from the second dioxide agent gas nozzle can be efficiently mixed with the combustion exhaust gas generated by the combustion of the flame.
また、本発明の燃焼器において、前記燃焼室側仕切壁は、前記燃料ガスノズルに面して設けられ、前記第一酸化剤ガスノズルが形成された中央壁部と、前記中央壁部に対して前記燃焼室の外周部側へ直角に折り曲げられ、前記第二酸化剤ガスノズルが形成された側壁部とを有していても良い。 Further, in the combustor of the present invention, the combustion chamber side partition wall is provided facing the fuel gas nozzle, and a central wall portion on which the first oxidant gas nozzle is formed, and the central wall portion with respect to the central wall portion. It may be bent at a right angle toward the outer peripheral side of the combustion chamber and may have a side wall portion on which the second dioxide gas nozzle is formed.
この燃焼器によれば、第一酸化剤ガスノズルが形成された中央壁部に対して第二酸化剤ガスノズルが形成された側壁部が燃焼室の外周部側へ直角に折り曲げられている。したがって、第一酸化剤ガスノズルからの酸化剤ガスの噴出方向と、第二酸化剤ガスノズルからの予備酸化剤ガスの噴出方向とが直角を成すので、燃料ガスノズルから噴出された燃料ガスと、第一酸化剤ガスノズルから噴出された酸化剤ガスとの混合ガスに、第二酸化剤ガスノズルから噴出された予備酸化剤ガスの噴流(二次空気)が干渉することを抑制することができる。これにより、例えば、空気比が高い場合には、混合ガスの燃焼に影響することを抑制することができるので、混合ガスの燃焼の安定性を向上させることができる。 According to this combustor, the side wall portion on which the second dioxide gas nozzle is formed is bent perpendicularly to the outer peripheral side of the combustion chamber with respect to the central wall portion on which the first oxidant gas nozzle is formed. Therefore, the direction of the oxidant gas ejected from the first oxidant gas nozzle and the direction of the preliminary oxidant gas ejected from the second dioxide gas nozzle form a right angle, so that the fuel gas ejected from the fuel gas nozzle and the first oxidation gas It can suppress that the jet (secondary air) of the preliminary oxidant gas ejected from the second dioxide gas nozzle interferes with the mixed gas with the oxidant gas ejected from the oxidant gas nozzle. Thereby, for example, when the air ratio is high, it is possible to suppress the influence on the combustion of the mixed gas, so that the stability of the combustion of the mixed gas can be improved.
また、本発明の燃焼器において、前記燃焼室側仕切壁は、前記燃料ガスノズルに面して設けられ、前記第一酸化剤ガスノズルが形成された中央壁部と、前記中央壁部に対して前記燃焼室の外周部側へ直角に折り曲げられ、前記第二酸化剤ガスノズルが形成された側壁部とを有していても良い。 Further, in the combustor of the present invention, the combustion chamber side partition wall is provided facing the fuel gas nozzle, and a central wall portion on which the first oxidant gas nozzle is formed, and the central wall portion with respect to the central wall portion. It may be bent at a right angle toward the outer peripheral side of the combustion chamber and may have a side wall portion on which the second dioxide gas nozzle is formed.
この燃焼器によれば、酸化剤ガス室側面仕切壁が、燃焼室内壁の径方向に沿って直線状に形成されているので、酸化剤ガス室側面仕切壁の構造、ひいては、燃焼器の内部構造を簡素化することができる。これにより、燃焼器の小型化及び低コスト化を図ることができる。 According to this combustor, since the oxidant gas chamber side partition wall is formed linearly along the radial direction of the combustion chamber wall, the structure of the oxidant gas chamber side partition wall, and thus the inside of the combustor The structure can be simplified. Thereby, size reduction and cost reduction of a combustor can be achieved.
また、本発明の燃焼器は、前記燃焼室周壁の内側に設けられると共に、前記燃焼室の軸方向他方側に配置され、前記燃焼室周壁とで、前記燃焼室で生じた燃焼排ガスが流入する燃焼排ガス流路の入口部を形成する燃焼室内壁と、前記燃焼室内壁から前記燃焼室の軸方向一方側に向けて延出されると共に、前記燃焼室の軸方向他方側に向かうに従って拡径する円錐又はドーム状に形成された整流部とを備えていても良い。 The combustor according to the present invention is provided on the inner side of the combustion chamber peripheral wall and disposed on the other axial side of the combustion chamber, and the combustion exhaust gas generated in the combustion chamber flows into the combustion chamber peripheral wall. A combustion chamber wall that forms an inlet portion of the combustion exhaust gas passage, and extends from the combustion chamber wall toward one side in the axial direction of the combustion chamber and increases in diameter toward the other side in the axial direction of the combustion chamber. You may provide the rectification | straightening part formed in the cone or the dome shape.
この燃焼器によれば、円錐又はドーム状の整流部によって燃焼排ガスを燃焼室の外周側に集めて整流することができるので、例えば、燃焼器の周囲に流路が設けられた場合には、この流路を流れるガスに燃焼排ガスの熱を効率良く伝達することができる。 According to this combustor, it is possible to collect and rectify the combustion exhaust gas on the outer peripheral side of the combustion chamber by the conical or dome-shaped rectification unit, so, for example, when a flow path is provided around the combustor, The heat of the combustion exhaust gas can be efficiently transmitted to the gas flowing through this flow path.
また、本発明の燃焼器において、前記整流部の内側は、空洞、又は、断熱材が充填された断熱部とされていても良い。 Moreover, the combustor of this invention WHEREIN: The inside of the said rectification | straightening part may be made into the heat insulation part with which the cavity or the heat insulating material was filled.
この燃焼器によれば、整流部の内側は、空洞、又は、断熱材が充填された断熱部とされているので、整流部の内側への放熱を抑制して、燃焼器の外部へ伝達する熱量を増加させることができる。 According to this combustor, since the inside of the rectifying unit is a cavity or a heat insulating unit filled with a heat insulating material, heat dissipation to the inside of the rectifying unit is suppressed and transmitted to the outside of the combustor. The amount of heat can be increased.
また、本発明の燃焼器において、前記整流部は、耐火材により形成されていても良い。 Moreover, the combustor of this invention WHEREIN: The said rectification | straightening part may be formed with the refractory material.
この燃焼器によれば、整流部は、耐火材により形成されているので、整流部の耐久性を確保することができる。 According to this combustor, since the rectification unit is formed of a refractory material, the durability of the rectification unit can be ensured.
また、本発明の燃焼器は、前記燃焼室内壁及び前記整流部の軸芯部に設けられたパイプと、前記パイプにおける前記整流部側と反対側の開口から前記パイプの内側に挿抜可能に挿入され、先端側に前記パイプから突出する点火電極を有する点火プラグとを備えていても良い。 Further, the combustor according to the present invention is inserted into the pipe so as to be insertable / removable from a pipe provided on the combustion chamber wall and the axial core portion of the rectifying unit, and an opening opposite to the rectifying unit side of the pipe. And an ignition plug having an ignition electrode protruding from the pipe on the tip side.
この燃焼器によれば、点火プラグは、パイプにおける整流部側と反対側の開口を通じてパイプに対して挿抜可能とされているので、外部から点火プラグの交換を容易に行うことができる。 According to this combustor, since the spark plug can be inserted into and removed from the pipe through the opening on the side opposite to the rectifying unit side of the pipe, the spark plug can be easily replaced from the outside.
また、本発明の燃焼器は、前記第一酸化剤ガスノズル及び前記第二酸化剤ガスノズルにより構成された酸化剤ガスノズルを一対備え、一対の前記酸化剤ガスノズルは、前記燃焼室の中心軸線を中心に点対称に配置されていても良い。 Further, the combustor of the present invention includes a pair of oxidant gas nozzles configured by the first oxidant gas nozzle and the second dioxide gas nozzle, and the pair of oxidant gas nozzles is centered on a central axis of the combustion chamber. You may arrange | position symmetrically.
この燃焼器によれば、第一酸化剤ガスノズル及び第二酸化剤ガスノズルにより構成された酸化剤ガスノズルは、燃焼室の中心軸線を中心に点対称に配置されている。したがって、酸化剤ガスノズルから噴出された酸化剤ガスの噴流によって燃焼室の中心軸線周りに旋回流が形成され、これにより、火炎及び燃焼排ガスも旋回されるので、火炎及び燃焼排ガスが燃焼室の外周側に拡がり、燃焼室周壁への熱伝達が促進される。これにより、例えば、燃焼器の周囲に流路が設けられた場合には、この流路を流れるガスに燃焼排ガスの熱を均一に伝達することができる。 According to this combustor, the oxidant gas nozzle constituted by the first oxidant gas nozzle and the second dioxide gas nozzle is disposed point-symmetrically around the central axis of the combustion chamber. Therefore, a swirl flow is formed around the central axis of the combustion chamber by the jet of the oxidant gas ejected from the oxidant gas nozzle, thereby also swirling the flame and the combustion exhaust gas. The heat transfer to the combustion chamber peripheral wall is promoted. Thereby, for example, when a flow path is provided around the combustor, the heat of the combustion exhaust gas can be uniformly transmitted to the gas flowing through the flow path.
また、本発明の燃焼器は、前記酸化剤ガス室、前記酸化剤ガス室側面仕切壁、及び、前記酸化剤ガス室天面仕切壁をそれぞれ一対備え、各前記酸化剤ガス室側面仕切壁の前記燃焼室側仕切壁は、前記燃料ガスノズルに面して設けられ、前記第一酸化剤ガスノズルが形成された中央壁部と、前記中央壁部の横幅方向の両側に設けられ、前記中央壁部と前記燃焼室周壁とを繋ぐ一対の延長壁部とを有し、各前記酸化剤ガス室側面仕切壁の前記燃焼室側仕切壁において、前記第二酸化剤ガスノズルは、前記一対の延長壁部の一方に形成され、各前記酸化剤ガス室天面仕切壁は、他方の前記延長壁部側から一方の前記延長壁部側に向かうに従って前記燃焼室の軸方向他方側に向かうように前記燃焼室の軸方向に対して傾斜されていても良い。 Further, the combustor of the present invention includes a pair of the oxidant gas chamber, the oxidant gas chamber side partition wall, and the oxidant gas chamber top partition wall, and each of the oxidant gas chamber side partition walls. The combustion chamber-side partition wall is provided facing the fuel gas nozzle, and is provided on a central wall portion where the first oxidant gas nozzle is formed, on both sides of the central wall portion in a lateral width direction, and the central wall portion And a pair of extension wall portions connecting the combustion chamber peripheral walls, and in the combustion chamber side partition walls of each of the oxidant gas chamber side partition walls, the second dioxide gas nozzle is formed of the pair of extension wall portions. Each of the oxidant gas chamber top surface partition walls is formed on one side, and the combustion chamber is directed to the other side in the axial direction of the combustion chamber from the other extension wall portion side toward the one extension wall portion side. It may be inclined with respect to the axial direction.
この燃焼器によれば、酸化剤ガス室天面仕切壁は、他方の延長壁部側(第二酸化剤ガスノズルが無い側)から一方の延長壁部側(第二酸化剤ガスノズルが有る側)に向かうに従って燃焼室の軸方向他方側に向かうように燃焼室の軸方向に対して傾斜されている。したがって、傾斜する酸化剤ガス室天面仕切壁によって、酸化剤ガスの噴流により形成された旋回流の旋回性、ひいては、火炎及び燃焼排ガスの旋回性が増加されるので、燃焼室周壁への熱伝達効率を向上させることができる。また、例えば、燃焼器の周囲に流路が設けられた場合には、この流路を流れるガスに燃焼排ガスの熱をより一層均一に伝達することができる。さらに、酸化剤ガス室側面仕切壁の折り曲げが不要なので、燃焼器を小型化及び低コスト化することができる。 According to this combustor, the top partition wall of the oxidant gas chamber is directed from the other extension wall side (side without the second dioxide gas nozzle) to one extension wall side (side with the second dioxide gas nozzle). Accordingly, it is inclined with respect to the axial direction of the combustion chamber so as to be directed to the other side in the axial direction of the combustion chamber. Accordingly, the inclined oxidant gas chamber top partition wall increases the swirlability of the swirl flow formed by the jet of the oxidant gas, and consequently the swirlability of the flame and the combustion exhaust gas. Transmission efficiency can be improved. Further, for example, when a flow path is provided around the combustor, the heat of the combustion exhaust gas can be more uniformly transmitted to the gas flowing through the flow path. Furthermore, since it is not necessary to bend the oxidant gas chamber side partition wall, the combustor can be reduced in size and cost.
また、上記目的を達成するために、本発明の燃料電池モジュールは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する固体酸化物形燃料電池セルスタックと、原燃料が気化されて原燃料ガスが生成される気化部と、前記原燃料ガスから前記燃料ガスが生成される改質部と、前記燃料電池セルスタックの燃料極から排出された燃料極排ガスである燃料ガスと、前記燃料電池セルスタックの空気極から排出された空気極排ガスである酸化剤ガスとを含むスタック排ガスを燃焼させる、前記燃焼器とを備える。 In order to achieve the above object, a fuel cell module of the present invention includes a solid oxide fuel cell stack that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, and a raw fuel that is vaporized from the raw fuel. A gasification unit that generates gas; a reforming unit that generates the fuel gas from the raw fuel gas; a fuel gas that is a fuel electrode exhaust gas discharged from a fuel electrode of the fuel cell stack; and the fuel cell A combustor that burns stack exhaust gas containing oxidant gas that is exhaust gas from the air electrode of the cell stack.
この燃料電池モジュールによれば、上述の燃焼器が適用されているので、起動時や発電時に燃料ガス及び酸化剤ガスを含むスタック排ガスの性状や組成等が異なる場合でも、その混合ガスを単一の燃焼器で安定して燃焼させることができる。これにより、燃焼器及びその周辺の構造を簡素化できるので、燃料電池モジュールの小型化及び低コスト化を図ることができる。 According to this fuel cell module, since the above-described combustor is applied, even if the properties and composition of the stack exhaust gas containing the fuel gas and the oxidant gas are different at the time of start-up and power generation, the mixed gas is used as a single gas mixture. It can be burned stably with this combustor. Thereby, since the structure of a combustor and its periphery can be simplified, size reduction and cost reduction of a fuel cell module can be achieved.
なお、本発明の燃料電池モジュールにおいて、前記燃焼器は、前記燃料電池セルスタックの上方に設けられ、前記改質部は、前記燃焼器の上方に前記燃焼器と同軸上に設けられると共に、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の筒状壁によって構成され、かつ、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記燃焼器から排出された燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記燃焼排ガスの熱を利用して前記原燃料ガスが改質されて前記燃料ガスが生成される改質流路をそれぞれ有し、前記気化部は、前記改質部の上方に前記改質部と同軸上に設けられると共に、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、かつ、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記燃焼排ガスとの熱交換により前記原燃料が気化されて前記原燃料ガスが生成される気化流路をそれぞれ有していても良い。 In the fuel cell module of the present invention, the combustor is provided above the fuel cell stack, and the reformer is provided coaxially with the combustor above the combustor, and Combustion exhaust gas that is constituted by at least a triple cylindrical wall having a gap between the inner wall and the cylindrical wall between the triple cylindrical wall and in which the combustion exhaust gas discharged from the combustor flows. A flow path and a reforming flow path in which the raw fuel gas is reformed using the heat of the combustion exhaust gas to generate the fuel gas, and the vaporization section is located above the reforming section. Are provided on the same axis as the reforming portion, and are configured by at least a triple cylindrical or elliptical cylindrical wall having a gap between each other, and an inner side and a cylindrical shape of the triple cylindrical wall Insulated space between walls Flue gas passage of the combustion exhaust gas flows, and the vaporization flow path wherein raw fuel the raw fuel gas is vaporized is generated by heat exchange with the flue gases of which may have, respectively.
この燃料電池モジュールによれば、気化部及び改質部は、少なくとも三重の筒状壁によってそれぞれ形成されているので、気化部及び改質部の構造を簡素化することができると共に、気化部及び改質部を小型化することができる。また、燃焼器、改質部、気化部は、同軸上に配置されているので、燃料電池モジュールを径方向に小型化することができる。 According to this fuel cell module, since the vaporization part and the reforming part are each formed by at least a triple cylindrical wall, the structure of the vaporization part and the reforming part can be simplified, and the vaporization part and The reforming part can be reduced in size. Moreover, since the combustor, the reforming section, and the vaporizing section are arranged on the same axis, the fuel cell module can be downsized in the radial direction.
以上詳述したように、本発明の燃焼器によれば、燃料ガス及び酸化剤ガスが混合された混合ガスの性状や組成等が異なる場合でも、混合ガスを安定して燃焼させることができる。 As described above in detail, according to the combustor of the present invention, the mixed gas can be stably combusted even when the properties and composition of the mixed gas in which the fuel gas and the oxidant gas are mixed are different.
また、本発明の燃料電池モジュールによれば、燃焼器及びその周辺の構造を簡素化でき、小型化及び低コスト化を実現することができる。 Moreover, according to the fuel cell module of the present invention, the combustor and the surrounding structure can be simplified, and downsizing and cost reduction can be realized.
以下、本発明の一実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
<燃料電池モジュール>
図1に示されるように、本実施形態に係る燃料電池モジュールMは、燃料電池セルスタック10と、容器20と、断熱層130と、断熱材140とを備える。
<Fuel cell module>
As shown in FIG. 1, the fuel cell module M according to the present embodiment includes a
<燃料電池セルスタック>
燃料電池セルスタック10には、一例として、固体酸化物形燃料電池(SOFC)が適用されている。この燃料電池セルスタック10は、鉛直方向に積層された複数の平板形のセル12と、マニホールド14と有している。セル12の形状は、平板形以外に、円筒形、円筒平板形など、どのような形状でも良い。各セル12は、燃料極、電解質層、空気極を有する。
<Fuel battery cell stack>
As an example, a solid oxide fuel cell (SOFC) is applied to the
各セル12の燃料極には、燃料ガス(改質ガス)が供給され、各セル12の空気極には、酸化剤ガスが供給される。各セル12は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電すると共に、発電に伴い発熱する。
Fuel gas (reformed gas) is supplied to the fuel electrode of each
<容器>
容器20は、複数(九個)の管材21〜29により構成されている。この複数の管材21〜29は、いずれも横断面が真円形状である円筒状に形成され、伝熱性の高い金属で形成される。この複数の管材21〜29は、容器20の内側から外側に順に配置されている。
<Container>
The
容器20の内側から一番目の管材21は、燃料電池セルスタック10の上方から容器20の上端部に亘って設けられている。二番目の管材22及び三番目の管材23は、一番目の管材21の上部に対応する長さで形成されており、二番目の管材22は、一番目の管材21の外側から管材21の上部に接合されている。四番目の管材24は、容器20の高さ方向の中央部に設けられており、五番目の管材25及び六番目の管材26は、容器20の下端部から上端部に亘って設けられている。七番目の管材27、八番目の管材28、及び、九番目の管材29は、容器20の高さ方向の中央部から上端部に亘って設けられている。
The
六番目の管材26と七番目の管材27とは、水平方向に延びる連結部31を介して連結され、五番目の管材25と八番目の管材28とは、水平方向に延びる連結部32を介して連結されている。また、九番目の管材29の上端部は、水平方向に延びる連結部33を介して三番目の管材23の上端部に固定されている。
The
五番目の管材25の下端部は、底壁部34に固定されており、六番目の管材26の下端部は、底壁部35に固定されている。底壁部34には、燃料電池セルスタック10が載置されており、また、底壁部34と底壁部35とは、スペーサ36により固定されている。
The lower end portion of the
この複数の管材21〜29によって構成される容器20は、機能別には、気化部40と、改質部60と、燃焼部90と、予熱部100と、熱交換部110とを有する。
The
<気化部>
気化部40は、図2,図3に示されるように、四重の筒状壁41〜44によって構成されている。四重の筒状壁41〜44のうち最も内側に位置する筒状壁41は、一番目の管材21の上部と、二番目の管材22とによって構成され、四重の筒状壁41〜44のうち内側から二番目の筒状壁42は、三番目の管材23によって構成されている。また、四重の筒状壁41〜44のうち内側から三番目の筒状壁43は、五番目の管材25の上部によって構成され、四重の筒状壁41〜44のうち最も外側の筒状壁44は、六番目の管材26の上部によって構成されている。
<Vaporization part>
As shown in FIGS. 2 and 3, the vaporizing
この四重の筒状壁41〜44によって構成された気化部40は、後述する改質部60の上方に改質部60と同軸上に設けられている。この気化部40を構成する四重の筒状壁41〜44は、互いの間に隙間を有しており、この四重の筒状壁41〜44の内側から外側には、断熱空間45、気化流路46、燃焼排ガス流路47、及び、酸化剤ガス流路48が順に形成されている。
The vaporizing
つまり、一番目の筒状壁41の内側の空間は、断熱空間45として形成され、一番目の筒状壁41と、二番目の筒状壁42との間の隙間は、気化流路46として形成されている。また、二番目の筒状壁42と、三番目の筒状壁43との間の隙間は、燃焼排ガス流路47として形成され、三番目の筒状壁43と、四番目の筒状壁44との間の隙間は、酸化剤ガス流路48として形成されている。図2において、断熱空間45は、空洞とされているが、この断熱空間45には、断熱材49が充填されても良い。
That is, the space inside the first
気化流路46の上端部には、容器20の径方向外側に延びる原燃料供給管50が接続されている。原燃料供給管50は、連結部31〜33の上方に位置する。気化流路46は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この気化流路46には、原燃料供給管50から供給された原燃料161が鉛直方向上側から下側に流れる。この原燃料供給管50から供給される原燃料161としては、炭化水素燃料に改質用水が混合されたものが使用される。また、この原燃料161に含まれる炭化水素燃料としては、例えば、都市ガスが好適に用いられるが、プロパンなどの炭化水素を主成分とするガスが用いられても良く、また、炭化水素系液体が用いられても良い。
A raw
この気化流路46には、気化部40の軸方向回りに螺旋状に形成された螺旋部材51が設けられており、この螺旋部材51により、気化流路46は、気化部40の軸方向回りに螺旋状に形成されている。
The
燃焼排ガス流路47の下端部は、後述する改質部60に形成された燃焼排ガス流路67を介して燃焼器200に形成された燃焼室207(図4,図5参照)と連通されている。燃焼排ガス流路47は、鉛直方向下側を上流側として形成されており、この燃焼排ガス流路47には、燃焼器200から排出されると共に改質部60の燃焼排ガス流路67を通じて供給された燃焼排ガス168が鉛直方向下側から上側に流れる。
A lower end portion of the combustion
燃焼排ガス流路47の上端部には、この燃焼排ガス流路47の周方向に沿って環状に形成された整流板52が設けられている。この整流板52には、周方向に間隔を空けて複数のオリフィス53が形成されている。この複数のオリフィス53は、整流板52の板厚方向に貫通している。なお、この整流板52は、省かれても良い。
A rectifying
酸化剤ガス流路48の上端部は、後述する熱交換部110に形成された酸化剤ガス流路118と連通されている。この酸化剤ガス流路48は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この酸化剤ガス流路48には、熱交換部110の酸化剤ガス流路118から供給された酸化剤ガス164が鉛直方向上側から下側に流れる。
The upper end portion of the oxidant
<改質部>
図3に示されるように、改質部60は、四重の筒状壁61〜64によって構成されている。四重の筒状壁61〜64のうち最も内側に位置する筒状壁61は、一番目の管材21の下部によって構成され、四重の筒状壁61〜64のうち内側から二番目の筒状壁62は、四番目の管材24によって構成されている。また、四重の筒状壁61〜64のうち内側から三番目の筒状壁63は、五番目の管材25における高さ方向の中央部によって構成され、四重の筒状壁61〜64のうち最も外側の筒状壁64は、六番目の管材26における高さ方向の中央部によって構成されている。
<Reforming section>
As shown in FIG. 3, the reforming
この四重の筒状壁61〜64によって構成された改質部60は、後述する燃焼器200(図4参照)の上方に燃焼器200と同軸上に設けられている。この改質部60を構成する四重の筒状壁61〜64は、互いの間に隙間を有している。そして、この四重の筒状壁61〜64の内側から外側には、断熱空間65、燃焼排ガス流路67、改質流路66、及び、酸化剤ガス流路68が順に形成されている。
The reforming
つまり、一番目の筒状壁61の内側の空間は、断熱空間65として形成され、一番目の筒状壁61と、二番目の筒状壁62との間の隙間は、燃焼排ガス流路67として形成されている。また、二番目の筒状壁62と、三番目の筒状壁63との間の隙間は、改質流路66として形成され、三番目の筒状壁63と、四番目の筒状壁64との間の隙間は、酸化剤ガス流路68として形成されている。
That is, the space inside the first
断熱空間65は、上述の気化部40の断熱空間45と連通している。図3において、断熱空間65は、空洞とされているが、この断熱空間65には、断熱材69が充填されても良い。燃焼排ガス流路67の下端部は、後述する燃焼器200に形成された燃焼室207(図4,図5参照)と連通されている。燃焼排ガス流路67は、鉛直方向下側を上流側として形成されており、この燃焼排ガス流路67には、後述する燃焼器200から排出された燃焼排ガス168が鉛直方向下側から上側に流れる。
The
<混合部及び分散部>
改質部60の上端部には、鉛直方向上側に延長された混合部80が形成されている。この混合部80は、気化部40と改質部60との間、すなわち、より具体的には、改質部60の上側且つ気化部40の下端部の径方向外側に位置する。気化部40の下端部における周方向の一部からは、連結管81が径方向外側に延びている。連結管81は、混合部80における気化部40との接続部を構成しており、この連結管81の内側は、水平方向に貫通するオリフィス82として形成されている。連結管81(オリフィス82)は、気化流路46の径方向外側に位置しており、気化流路46の下端部と連通する。混合部80は、連結管81(オリフィス82)を一つのみ有する。混合部80には、オリフィス82に対する改質流路66側(径方向外側)に位置しオリフィス82と対向する対向壁部86が設けられている。
<Mixing part and dispersion part>
A mixing
改質流路66の入口(上端)は、混合部80及び連結管81を介して気化流路46と連通されている。改質流路66は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この改質流路66には、気化流路46から供給された原燃料ガス162が鉛直方向上側から下側に流れる。
The inlet (upper end) of the reforming
この改質流路66の入口には、改質流路66の周方向に沿って環状に形成された仕切板83が設けられている。この仕切板83には、周方向に一定の間隔を空けて複数のオリフィス84が形成されている。この複数のオリフィス84は、仕切板83の板厚方向(鉛直方向)に貫通しており、改質流路66には、複数のオリフィス84を通じて原燃料ガス162が流入する。この仕切板83は、鉛直方向に間隔を空けて複数設けられていても良い。
A
改質流路66には、原燃料ガス162から燃料ガス163を生成するための改質触媒層70が改質流路66の周方向及び軸方向の全長に亘って設けられている。改質触媒層70には、例えば、活性金属としてニッケル、ルテニウム、白金、ロジウム等の金属を担持した粒状触媒又はハニカム触媒等が用いられる。
A reforming
酸化剤ガス流路68の上端部は、上述の気化部40に形成された酸化剤ガス流路48と連通されている。この酸化剤ガス流路68は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この酸化剤ガス流路68には、気化部40の酸化剤ガス流路48から供給された酸化剤ガス164が鉛直方向上側から下側に流れる。
The upper end portion of the oxidant
<燃焼部>
図4に示されるように、燃焼部90は、上述の改質部60の下方に改質部60と同軸上に設けられている。この燃焼部90の内部には、図5,図6に示される燃焼器200が適用されている。燃焼器200は、燃焼室周壁201と、燃焼室内壁202と、整流部203と、燃料ガス室仕切壁204と、一対の酸化剤ガス室側面仕切壁205と、一対の酸化剤ガス室天面仕切壁206とを有する。
<Combustion part>
As shown in FIG. 4, the
燃焼室周壁201は、上述の改質部60を構成する四重の筒状壁61〜64のうち内側から二番目の筒状壁62を下方へ延長することにより形成されている(図4参照)。なお、図5,図6に示される燃焼器200では、燃焼室周壁201に段部201Aが形成されているが、図1,図4の燃料電池モジュールMは、段部201Aが省かれた状態で示されている。この燃焼室周壁201は、筒状に形成されており、この燃焼室周壁201の内側には、燃焼室207が形成されている。燃焼室周壁201の内側に形成された燃焼室207は、鉛直方向を軸方向として形成されている。燃焼室207では、後述する燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガスと、第一酸化剤ガスノズル215から噴出された酸化剤ガスとが混合された混合ガスが燃焼される。
The combustion chamber
燃焼室内壁202は、燃焼室周壁201よりも小径であり、燃焼室周壁201の内側に設けられている。この燃焼室内壁202は、上述の改質部60を構成する四重の筒状壁61〜64のうち最も内側の筒状壁61の下端部によって形成されている(図4参照)。図5,図6に示されるように、燃焼室内壁202は、燃焼室207の上側に配置されている。燃焼室周壁201と燃焼室内壁202との間の隙間は、上述の改質部60に形成された燃焼排ガス流路67の入口部67Aとして形成されている。燃焼室207で生じた燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路67の入口部67Aから燃焼排ガス流路67に流入する。
The
この燃焼室内壁202の下端部には、燃焼室207の下側に向けて延出する整流部203が形成されている。この整流部203は、燃焼室207の上側(下流側)に向かうに従って拡径する円錐状に形成されている。この整流部203の内側及び燃焼室内壁202の内側は、一例として、空洞とされている。
A rectifying
燃焼室内壁202及び整流部203は、上述の容器20を構成する複数の管材21〜29のうち最も内側の管材21(図1も参照)に形成されている。この管材21の軸芯部には、パイプ150が設けられている。パイプ150は、管材21に固定されており、このパイプ150の内側には、点火プラグ151が挿入されている。図1に示されるように、パイプ150の上端部は、管材21における整流部203側と反対側の端部(上端部)から上方に導出されており、点火プラグ151は、パイプ150の上端側の開口を通じてパイプ150の内側に挿抜可能に挿入されている。
The combustion chamber
図6に示されるように、点火プラグ151は、導電性の芯材152と、芯材152を被覆する絶縁材153とを有する。芯材152の先端部(下端部)は、点火電極154として形成されており、芯材152の先端部よりも上側の部分は、導電部155として形成されている。パイプ150及び絶縁材153の下端部は、整流部203の先端部から突出されている。また、点火電極154は、パイプ150及び絶縁材153の下端部から突出されており、燃焼室207の中心軸線L上に配置されている。なお、この点火電極154は、火炎電流検知用のフレームロッドを兼ねている。点火電極154が火炎電流検知用のフレームロッドを兼ねる技術には、例えば、特公平7−117241号公報に記載の技術が適用される。
As shown in FIG. 6, the
図5,図6に示されるように、燃焼室周壁201の内側には、燃焼室207に加えて、燃料ガス室208及び一対の酸化剤ガス室209が形成されている。燃料ガス室208は、燃焼室207の下側に燃焼室207と隣接して設けられている。この燃料ガス室208には、燃料電池セルスタック10(図4参照)の燃料極から排出された燃料極排ガスが燃料ガスとして供給される。一対の酸化剤ガス室209は、燃焼室周壁201の径方向における燃料ガス室208の両側に燃料ガス室208と隣接して設けられている。各酸化剤ガス室209には、燃料電池セルスタック10(図4参照)の空気極から排出された空気極排ガスが酸化剤ガスとして供給される。
As shown in FIGS. 5 and 6, a
燃料ガス室仕切壁204は、燃焼室周壁201の内側に設けられている。この燃料ガス室仕切壁204は、燃焼室周壁201の軸方向を板厚方向として配置されており、燃焼室207と燃料ガス室208とを区画している。この燃料ガス室仕切壁204には、燃料ガス室仕切壁204を貫通する多数の孔によって燃料ガスノズル210が形成されている。
The fuel gas
燃料ガスノズル210は、燃焼室207の下側に設けられており、燃焼室207の上側に向けて開口されている。この燃料ガスノズル210は、燃料ガス室仕切壁204の中央部に形成されることにより、燃焼室207の中心軸線L上に配置されている。図7に示されるように、燃料ガスノズル210からは、燃料ガス室208に供給された燃料ガス165が燃焼室207の上側に向けて噴出される。
The
図5,図6に示されるように、一対の酸化剤ガス室側面仕切壁205は、燃焼室周壁201の径方向における燃料ガスノズル210の両側に設けられている。各酸化剤ガス室側面仕切壁205は、燃焼室側仕切壁211と、燃料ガス室側仕切壁212とを有する。燃焼室側仕切壁211は、燃料ガス室仕切壁204から燃焼室207側(上側)に立設されており、燃焼室207と酸化剤ガス室209とを区画している。一方、燃料ガス室側仕切壁212は、燃料ガス室仕切壁204から燃焼室207と反対側(下側)に立設されており、燃料ガス室208と酸化剤ガス室209とを区画している。
As shown in FIGS. 5 and 6, the pair of oxidant gas chamber
燃焼室側仕切壁211は、中央壁部213と、一対の側壁部214とを有する。中央壁部213は、燃料ガスノズル210に面して設けられている。一対の側壁部214は、中央壁部213の横幅方向の両側に形成され、中央壁部213に対して燃焼室207の外周部側へ鈍角に折り曲げられている。一対の側壁部214は、中央壁部213の横幅方向の両端部と燃焼室周壁201とを繋いでいる。なお、燃料ガス室側仕切壁212も、燃焼室側仕切壁211と同様の形状とされている。
The combustion chamber
各燃焼室側仕切壁211において、中央壁部213には、この中央壁部213を貫通する多数の孔によって第一酸化剤ガスノズル215が形成されており、一対の側壁部214には、各側壁部214を貫通する多数の孔によって第二酸化剤ガスノズル216が形成されている。
In each combustion chamber
第一酸化剤ガスノズル215は、燃料ガスノズル210よりも燃焼室207の上側(下流側)に設けられている。第一酸化剤ガスノズル215を形成する多数の孔は、中央壁部213の全体に散りばめられて形成されており、これにより、中央壁部213の多数の孔によって形成された第一酸化剤ガスノズル215は、燃焼室207の中心軸線Lと交差(一例として直交)する第一軸線L1上に配置されている。この第一軸線L1は、中央壁部213の中央部を通過する。第一酸化剤ガスノズル215は、第一軸線L1の軸方向(燃焼室周壁201の径方向)に沿って開口されている。各中央壁部213に形成された一対の第一酸化剤ガスノズル215は、燃焼室周壁201の径方向における燃料ガスノズル210の両側に互いに対向して配置されている。
The first
図7に示されるように、第一酸化剤ガスノズル215からは、酸化剤ガス室209に供給された酸化剤ガス166が第一軸線L1に沿って燃焼室周壁201の径方向内側に向けて噴出される。この第一酸化剤ガスノズル215から噴出された酸化剤ガス166は、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165と交差(直交)し、燃料ガス165と混合される。
As shown in FIG. 7, the
図5,図6に示されるように、第二酸化剤ガスノズル216は、第一酸化剤ガスノズル215と同様に、燃料ガスノズル210よりも燃焼室207の上側(下流側)に設けられている。この第二酸化剤ガスノズル216を形成する多数の孔は、側壁部214の全体に散りばめられて形成されており、これにより、側壁部214の多数の孔によって形成された第二酸化剤ガスノズル216は、燃焼室207の中心軸線Lとねじれの位置にある第二軸線L2上に配置されている。この第二軸線L2は、側壁部214の中央部を通過する。第二酸化剤ガスノズル216は、第二軸線L2の軸方向(燃焼室周壁201の接線方向)に沿って開口されている。各燃焼室側仕切壁211において、一対の第二酸化剤ガスノズル216は、第一酸化剤ガスノズル215の両側に配置されている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the second dioxide
図8に示されるように、第二酸化剤ガスノズル216からは、酸化剤ガス室209に供給された酸化剤ガスが予備酸化剤ガス167として噴出される。この予備酸化剤ガス167は、第二酸化剤ガスノズル216から第二軸線L2に沿って燃焼室周壁201の接線方向に向けて噴出される。燃料ガスノズル210の軸線である中心軸線Lと、第二酸化剤ガスノズル216の軸線である第二軸線L2とは、上述の如くねじれの位置関係にあるため、第二酸化剤ガスノズル216から噴出された予備酸化剤ガス167は、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165(図7参照)と交差しない。
As shown in FIG. 8, the oxidant gas supplied to the
図6に示されるように、酸化剤ガス室天面仕切壁206は、燃焼室周壁201の軸方向を板厚方向として配置されており、燃焼室側仕切壁211の高さ方向の上端部と燃焼室周壁201とを繋いでいる。この酸化剤ガス室天面仕切壁206は、燃焼室207と酸化剤ガス室209とを区画している。
As shown in FIG. 6, the oxidant gas chamber
図4に示されるように、上述の燃焼器200の周囲には、改質部60の改質流路66及び酸化剤ガス流路68が形成されている。つまり、四重の筒状壁61〜64のうち内側から三番目及び四番目の筒状壁63,64は、下方へ延長されている。そして、筒状壁62と筒状壁63との間には、改質部60の改質流路66が延長して形成されており、筒状壁63と筒状壁64との間には、改質部60の酸化剤ガス流路68が延長して形成されている。
As shown in FIG. 4, a reforming
なお、本実施形態において、燃焼室207の下側は、本発明における「燃焼室の軸方向一方側」に相当し、燃焼室207の上側は、本発明における「燃焼室の軸方向他方側」に相当する。
In the present embodiment, the lower side of the
<予熱部>
図4に示されるように、予熱部100(収容部)は、燃焼部90の下方に設けられた二重の筒状壁101,102によって構成されている。二重の筒状壁101,102のうち内側の筒状壁101は、五番目の管材25の下部によって構成され、二重の筒状壁101,102のうち外側の筒状壁102は、六番目の管材26の下部によって構成されている。
<Preheating part>
As shown in FIG. 4, the preheating unit 100 (accommodating unit) is configured by double
この予熱部100は、燃料電池セルスタック10の周囲に設けられており、燃料電池セルスタック10を収容している。予熱部100の内側には、内側空間104が形成されており、予熱部100を構成する二重の筒状壁101,102の間には、予熱流路105が形成されている。
The preheating
この予熱流路105には、予熱部100の軸方向回りに螺旋状に形成された螺旋部材106が設けられており、この螺旋部材106により、予熱流路105は、予熱部100の軸方向回りに螺旋状に形成されている。
The preheating
この予熱流路105の上端部は、上述の改質部60の酸化剤ガス流路68と連通され、予熱流路105の下端部は、図1に示される底壁部34と底壁部35との間に形成された導入路37を通じて燃料電池セルスタック10の酸化剤ガス取入口15と連通されている。図4に示されるように、予熱流路105は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この予熱流路105には、改質部60の酸化剤ガス流路68を通じて供給された酸化剤ガス164が鉛直方向上側から下側に流れる。
The upper end portion of the preheating
また、予熱部100の内側には、上述の改質流路66と、燃料電池セルスタック10の燃料ガス取入口16(図1参照)とを接続する燃料ガス配管107が設けられている。改質流路66と燃料ガス配管107の内側とは、改質流路66の下端部に設けられたオリフィス98を通じて連通されている。
In addition, a
<熱交換部>
図2に示されるように、熱交換部110は、上述の改質部60及び気化部40の周囲に設けられた三重の筒状壁111〜113によって構成されている。三重の筒状壁111〜113における内側の筒状壁111は、七番目の管材27によって構成され、三重の筒状壁111〜113における中央の筒状壁112は、八番目の管材28によって構成され、三重の筒状壁111〜113における外側の筒状壁113は、九番目の管材29によって構成されている。
<Heat exchange part>
As shown in FIG. 2, the
この熱交換部110を構成する三重の筒状壁111〜113は、互いの間に隙間を有している。そして、内側の筒状壁111と中央の筒状壁112との間には、酸化剤ガス流路118が形成され、外側の筒状壁113と中央の筒状壁112との間には、燃焼排ガス流路117が形成されている。
The triple
酸化剤ガス流路118には、熱交換部110の軸方向回りに螺旋状に形成された螺旋部材121が設けられており、この螺旋部材121により、酸化剤ガス流路118は、熱交換部110の軸方向回りに螺旋状に形成されている。同様に、燃焼排ガス流路117には、熱交換部110の軸方向回りに螺旋状に形成された螺旋部材120が設けられており、この螺旋部材120により、燃焼排ガス流路117は、熱交換部110の軸方向回りに螺旋状に形成されている。
The oxidant
酸化剤ガス流路118の下端部には、容器20の径方向外側に延びる酸化剤ガス供給管122(図1参照)が接続されている。連結部31と連結部32との間の隙間は、容器20の径方向に延びる連結流路38として形成されており、酸化剤ガス流路118の上端部は、連結流路38を介して上述の気化部40に形成された酸化剤ガス流路48と連通されている。酸化剤ガス流路118は、鉛直方向下側を上流側として形成されており、この酸化剤ガス流路118には、酸化剤ガス供給管122(図1参照)から供給された酸化剤ガス164が鉛直方向下側から上側に流れる。
An oxidant gas supply pipe 122 (see FIG. 1) extending outward in the radial direction of the
また、連結部32と連結部33との間の隙間は、容器20の径方向に延びる連結流路39として形成されており、燃焼排ガス流路117の上端部は、連結流路39を介して上述の気化部40に形成された燃焼排ガス流路47と連通されている。この燃焼排ガス流路117の下端部には、容器20の径方向外側に延びるガス排出管123(図1参照)が接続されている。燃焼排ガス流路117は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この燃焼排ガス流路117には、気化部40の燃焼排ガス流路47から供給された燃焼排ガス168が鉛直方向上側から下側に流れる。
The gap between the connecting
<断熱層>
図1に示されるように、改質部60及び気化部40と、熱交換部110とは、容器20の径方向に離間しており、この改質部60及び気化部40と熱交換部110との間には、円筒状の断熱層130が介在されている。この断熱層130は、気化部40及び改質部60を外側から覆っている。
<Insulation layer>
As shown in FIG. 1, the reforming
<断熱材>
断熱材140は、円筒状の本体部141と、円盤状の上部142及び下部143とを有し、容器20を覆っている。つまり、本体部141は、容器20の周囲に設けられており、容器20を外側から覆っている。上部142は、本体部141を鉛直方向上側から覆うと共に、容器20の上部の周囲に設けられている。上部142は、鉛直方向上側から固定部材144により固定されている。下部143は、容器20及び本体部141を鉛直方向下側から覆っている。この断熱材140の表面は、被覆シート145によって覆われている。
<Insulation material>
The
<燃料電池モジュールの動作>
次に、本実施形態に係る燃料電池モジュールMの動作について説明する。
<Operation of fuel cell module>
Next, the operation of the fuel cell module M according to this embodiment will be described.
図1に示される原燃料供給管50を通じて図2に示される気化流路46に原燃料161(原燃料及び改質用水が混合されたもの)が供給されると、この原燃料161は、螺旋状に形成された気化流路46を鉛直方向上側から下側へ流れる。このとき、気化部40では、燃焼器200(図4参照)から排出された燃焼排ガス168が燃焼排ガス流路47を鉛直方向下側から上側に流れる。気化流路46に隣接する燃焼排ガス流路47に燃焼排ガス168が流れると、気化流路46を流れる原燃料161と燃焼排ガス168との間で熱交換される。そして、気化流路46では、原燃料161が気化され、図3に示される原燃料ガス162が生成される。
When raw fuel 161 (a mixture of raw fuel and reforming water) is supplied to the
この気化流路46で気化された原燃料ガス162は、連結管81の内側に形成されたオリフィス82を通り、改質部60の上方に形成された混合部80の内側空間85に流入する。このとき、気化流路46で気化された原燃料ガス162は、連結管81の内側のオリフィス82を通過する際に流速が高められて噴流となり、混合部80における径方向外側の対向壁部86に衝突する。そして、原燃料ガス162が対向壁部86に衝突することにより乱流が生じ、原燃料ガス162に含まれる炭化水素系ガス及び水蒸気が混合される。
The
このようにして混合された原燃料ガス162は、対向壁部86に衝突することにより径方向外側から鉛直方向下側に向きを変え、改質流路66の入口に形成された複数のオリフィス84を通じて改質流路66に流入する。複数のオリフィス84は、改質流路66の周方向に一定の間隔を空けて並んでいるので、この複数のオリフィス84を通過することで、改質流路66には、原燃料ガス162が周方向に分散して流入する。
The
また、このとき、改質部60では、燃焼器200(図4参照)から排出された燃焼排ガス168が燃焼排ガス流路67を鉛直方向下側から上側に流れる。改質流路66に隣接する燃焼排ガス流路67に燃焼排ガス168が流れると、改質流路66を流れる原燃料ガス162と燃焼排ガス168との間で熱交換される。そして、改質流路66では、燃焼排ガス168の熱を利用して改質触媒層70により原燃料ガス162から燃料ガス163が生成される。
At this time, in the reforming
改質流路66にて生成された燃料ガス163は、図4に示されるように、オリフィス98を通過し、燃料ガス配管107の内側に流入する。そして、この燃料ガス163は、燃料ガス配管107を通じて燃料電池セルスタック10の燃料ガス取入口16(図1参照)に供給される。
The
一方、このとき、図2に示される熱交換部110では、酸化剤ガス供給管122(図1参照)を通じて酸化剤ガス流路118に酸化剤ガス164が供給される。この酸化剤ガス164は、螺旋状に形成された酸化剤ガス流路118を鉛直方向下側から上側に流れる。このとき、熱交換部110では、燃焼器200(図4参照)から排出された燃焼排ガス168が燃焼排ガス流路117を鉛直方向上側から下側に流れる。この燃焼排ガス168は、図1に示されるガス排出管123を通じて燃料電池モジュールMの外部に排出される。
On the other hand, at this time, in the
図2に示されるように、酸化剤ガス流路118に隣接する燃焼排ガス流路117に燃焼排ガス168が流れると、酸化剤ガス流路118を流れる酸化剤ガス164と燃焼排ガス168との間で熱交換される。そして、燃料電池モジュールMの外部へ排出される燃焼排ガス168の温度が低下され、燃料電池モジュールMの外部への放熱が抑制される。一方、酸化剤ガス164は、燃焼排ガス168の熱を吸収し、予熱される。この熱交換部110にて予熱された酸化剤ガス164は、連結流路38を通じて気化部40の酸化剤ガス流路48に流入し、その後、気化部40の酸化剤ガス流路48及び改質部60の酸化剤ガス流路68(図3,図4参照)を鉛直方向上側から下側に流れる。
As shown in FIG. 2, when the
図2に示される気化部40では、上述の通り、燃焼器200(図4参照)から排出された燃焼排ガス168が燃焼排ガス流路47を鉛直方向下側から上側に流れる。酸化剤ガス流路48に隣接する燃焼排ガス流路47に燃焼排ガス168が流れると、酸化剤ガス流路48を流れる酸化剤ガス164と燃焼排ガス168との間で熱交換され、酸化剤ガス164がさらに予熱される。
In the
同様に、図3に示されるように、改質部60では、燃焼器200(図4参照)から排出された燃焼排ガス168が燃焼排ガス流路67を鉛直方向下側から上側に流れる。改質流路66を挟んだ酸化剤ガス流路68と反対側の燃焼排ガス流路67に燃焼排ガス168が流れると、酸化剤ガス流路68を流れる酸化剤ガス164と燃焼排ガス168とが改質流路66(改質触媒層70)を介して熱交換し、このことによっても、酸化剤ガス164が予熱される。
Similarly, as shown in FIG. 3, in the reforming
このように酸化剤ガス流路68を流れることで予熱された酸化剤ガス164は、図4に示される予熱流路105に流入し、この螺旋状に形成された予熱流路105を鉛直方向上側から下側に流れる。この予熱流路105を流れる酸化剤ガス164は、燃料電池セルスタック10の熱によってさらに予熱される。そして、この予熱流路105にて予熱された酸化剤ガス164は、燃料電池セルスタック10の酸化剤ガス取入口15(図1参照)に供給される。
The
以上のようにして、図1に示される燃料電池セルスタック10の燃料ガス取入口16に燃料ガス(改質ガス)が供給されると共に、燃料電池セルスタック10の酸化剤ガス取入口15に酸化剤ガスが供給されると、燃料電池セルスタック10では、各セル12において、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する。また、各セル12は、発電に伴い発熱する。
As described above, the fuel gas (reformed gas) is supplied to the
このように燃料電池セルスタック10が起動すると、燃料電池セルスタック10の燃料極からは、燃料極排ガスが排出され、燃料電池セルスタック10の空気極からは、空気極排ガスが排出される。燃料極排ガスには、燃料電池セルスタック10にて発電に供されなかった燃料ガスが含まれ、同様に、空気極排ガスには、燃料電池セルスタック10にて発電に供されなかった酸化剤ガスが含まれる。
When the
図4に示されるように、燃料電池セルスタック10の燃料極から排出された燃料極排ガスは、燃焼器200の燃料ガス室208に燃料ガスとして供給され、燃料電池セルスタック10の空気極から排出された空気極排ガスは、燃焼器200の一対の酸化剤ガス室209に酸化剤ガスとしてそれぞれ供給される。
As shown in FIG. 4, the fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel electrode of the
そして、図7に示されるように、燃料ガスノズル210からは、燃料ガス室208に供給された燃料極排ガスである燃料ガス165が燃焼室207の上側に向けて燃焼室207内に噴出される。また、第一酸化剤ガスノズル215からは、酸化剤ガス室209に供給された空気極排ガスである酸化剤ガス166が燃焼室207内に噴出される。さらに、図8に示されるように、第二酸化剤ガスノズル216からは、酸化剤ガス室209に供給された空気極排ガスである予備酸化剤ガス167が燃焼室207内に噴出される。
As shown in FIG. 7, the
ここで、図8に示されるように、燃料ガスノズル210(燃料ガス室仕切壁204の多孔)は、燃焼室207の中心軸線L上に設けられ、第二酸化剤ガスノズル216(側壁部214の多孔)は、燃焼室207の中心軸線Lとねじれの位置にある第二軸線L2上に配置されている。したがって、第二酸化剤ガスノズル216から噴出された予備酸化剤ガス167は、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165(図7参照)と交差しない。一方、図7に示されるように、第一酸化剤ガスノズル215(中央壁部213の多孔)は、燃焼室207の中心軸線Lと交差する第一軸線L1上に配置されているので、第一酸化剤ガスノズル215から噴出された酸化剤ガス166の噴流は、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165の噴流と交差する。
Here, as shown in FIG. 8, the fuel gas nozzle 210 (perforated fuel gas chamber partition wall 204) is provided on the central axis L of the
そして、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165と、第一酸化剤ガスノズル215から噴出された酸化剤ガス166とが交差することで混合され、混合ガスが生成される。この燃焼室207にて混合された混合ガスは、図4等に示される点火電極154とパイプ150や燃料ガス仕切壁204等の金属との間に形成されるスパークによって点火されて燃焼される。
The
ここで、図9に示されるように、例えば、通常の空気比(理論空気比)の場合には、第一酸化剤ガスノズル215から噴出された酸化剤ガス166だけでは混合ガスの燃焼に必要な酸素が不足するため、燃焼は緩慢になる。したがって、この場合には、第二酸化剤ガスノズル216から噴出された予備酸化剤ガス167からも混合ガスの燃焼に必要な酸素が火炎169に供給され、燃焼反応が完結する。
Here, as shown in FIG. 9, for example, in the case of a normal air ratio (theoretical air ratio), only the
一方、図10に示されるように、空気比が高い場合には、第一酸化剤ガスノズル215から噴出された酸化剤ガス166で混合ガスの燃焼に必要な酸素が足りるため、第一酸化剤ガスノズル215から噴出された酸化剤ガス166から混合ガスの燃焼に必要な酸素が火炎169に供給され、燃焼反応が完結する。したがって、この場合には、第二酸化剤ガスノズル216から噴出された予備酸化剤ガス167の噴流が、混合ガスの燃焼によって生ずる燃焼排ガス168に混合され、燃焼室207から排出される。
On the other hand, as shown in FIG. 10, when the air ratio is high, the
このように、本実施形態では、通常の空気比(理論空気比)から高空気比(例えばλ=5程度)までの広い空気比の範囲で火炎169が吹き消えず安定な燃焼が得られる。
As described above, in the present embodiment, the
そして、このようにして燃焼室207に燃焼反応が生じ、この燃焼反応にて発生した燃焼排ガス168は、図4に示される整流部203に沿って燃焼排ガス流路67の入口部67Aに流入する。この燃焼排ガス流路67の入口部67Aに流入した燃焼排ガス168は、上述の通り、改質部60の燃焼排ガス流路67、気化部40の燃焼排ガス流路47(図3参照)、連結流路39及び熱交換部110の燃焼排ガス流路117(図2参照)を流れた後、図1に示されるガス排出管123を通じて燃料電池モジュールMの外部に排出される。
Then, a combustion reaction occurs in the
次に、本発明の一実施形態の作用及び効果について説明する。 Next, the operation and effect of one embodiment of the present invention will be described.
以上詳述したように、本実施形態の燃焼器200によれば、図7に示される如く、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165の噴流と、第一酸化剤ガスノズル215から噴出された酸化剤ガス166の噴流とが交差される。これにより、燃料ガス165の噴流と酸化剤ガス166の噴流とが互いに拡散しながら、燃料ガス165の燃焼範囲に収まる酸化剤ガス166と燃料ガス165とで混合領域が形成されるので、燃料ガス165及び酸化剤ガス166を効果的に混合させることができる。これにより、燃料ガス165及び酸化剤ガス166が混合された混合ガスの性状や組成等が異なる場合でも、混合ガスを安定して燃焼させることができる。
As described above in detail, according to the
また、図9に示されるように、例えば、通常の空気比(理論空気比)の場合には、第一酸化剤ガスノズル215から噴出された酸化剤ガス166だけでは混合ガスの燃焼に必要な酸素が不足するため、燃焼は緩慢になり、第二酸化剤ガスノズル216から噴出された予備酸化剤ガス167からも混合ガスの燃焼に必要な酸素が火炎169に供給され、燃焼反応が完結する。
As shown in FIG. 9, for example, in the case of a normal air ratio (theoretical air ratio), the oxygen necessary for combustion of the mixed gas is obtained only with the
一方、図10に示されるように、空気比が高い場合には、第一酸化剤ガスノズル215から噴出された酸化剤ガス166で混合ガスの燃焼に必要な酸素が足りるため、第一酸化剤ガスノズル215から噴出された酸化剤ガス166から混合ガスの燃焼に必要な酸素が火炎169に供給され、燃焼反応が完結する。この場合には、第二酸化剤ガスノズル216から噴出された予備酸化剤ガス167の噴流が、混合ガスの燃焼によって生ずる燃焼排ガス168に混合され、燃焼室207から排出される。
On the other hand, as shown in FIG. 10, when the air ratio is high, the
以上より、通常の空気比(理論空気比)から高空気比(例えばλ=5程度)までの広い空気比の範囲で火炎169が吹き消えず安定な燃焼を得ることができる。
As described above, the
また、図7に示されるように、燃焼器200では、互いに対向して配置された一対の第一酸化剤ガスノズル215から噴出された酸化剤ガス166の噴流が、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165の噴流の両側からこの燃料ガス165の噴流と交差される。これにより、燃料ガス165の噴流と酸化剤ガス166の噴流との拡散を促すことができるので、燃料ガス165及び酸化剤ガス166をより一層効果的に混合させることができる。
Further, as shown in FIG. 7, in the
また、図5,図6に示されるように、燃焼器200では、燃料ガス室仕切壁204と、一対の酸化剤ガス室側面仕切壁205と、一対の酸化剤ガス室天面仕切壁206とによって、燃焼器200を複数の空間(燃焼室207、燃料ガス室208、一対の酸化剤ガス室209)に区画することができるので、燃焼器200の構造を簡素化することができる。これにより、燃焼器200の小型化及び低コスト化を図ることができる。
As shown in FIGS. 5 and 6, in the
また、図8に示されるように、燃焼器200では、第一酸化剤ガスノズル215が形成された中央壁部213に対して第二酸化剤ガスノズル216が形成された側壁部214が燃焼室207の外周部側へ鈍角に折り曲げられている。したがって、第一酸化剤ガスノズル215からの酸化剤ガス166の噴出方向と、第二酸化剤ガスノズル216からの予備酸化剤ガス167の噴出方向とが鋭角を成すので、図9に示されるように、例えば、通常の空気比(理論空気比)の場合には、第一酸化剤ガスノズル215からの酸化剤ガス166により燃焼された火炎169に、第二酸化剤ガスノズル216から噴出された予備酸化剤ガス167を効率良く供給することができる。一方、図10に示されるように、空気比が高い場合には、火炎169の燃焼により生じた燃焼排ガス168に、第二酸化剤ガスノズル216から噴出された予備酸化剤ガス167を効率良く混合させることができる。
Further, as shown in FIG. 8, in the
また、図4に示されるように、燃焼器200では、円錐状の整流部203によって燃焼排ガス168を燃焼室207の外周側に集めて整流することができるので、燃焼器200の周囲に設けられた流路(図2〜図4に示される改質流路66、改質部60の酸化剤ガス流路68、熱交換部110の酸化剤ガス流路118)を流れるガスに燃焼排ガス168の熱を効率良く伝達することができる。
Further, as shown in FIG. 4, in the
また、整流部203の内側は、空洞とされているので断熱作用があり、整流部203の内側への放熱を抑制して、燃焼器200の外部(図2〜図4に示される改質流路66等)へ伝達する熱量を増加させることができる。
Further, since the inside of the rectifying
また、図1に示されるように、点火プラグ151は、パイプ150における整流部203側と反対側の開口を通じてパイプ150に対して挿抜可能とされているので、燃料電池モジュールMの外部から点火プラグ151の交換を容易に行うことができる。
Further, as shown in FIG. 1, since the
また、本実施形態の燃料電池モジュールMによれば、上述の燃焼器200が適用されているので、起動時や発電時に燃料ガス及び酸化剤ガスを含むスタック排ガスの性状や組成等が異なる場合でも、その混合ガスを単一の燃焼器200で安定して燃焼させることができる。これにより、燃焼器200及びその周辺の構造を簡素化できるので、燃料電池モジュールMの小型化及び低コスト化を図ることができる。
Further, according to the fuel cell module M of the present embodiment, since the above-described
また、気化部40及び改質部60は、多重の筒状壁によってそれぞれ形成されているので、気化部40及び改質部60の構造を簡素化することができると共に、気化部40及び改質部60を小型化することができる。また、燃焼器200、改質部60、気化部40は、同軸上に配置されているので、燃料電池モジュールMを径方向に小型化することができる。
Moreover, since the
次に、本発明の一実施形態の変形例について説明する。 Next, a modification of one embodiment of the present invention will be described.
上記実施形態では、図5に示されるように、酸化剤ガス室側面仕切壁205の燃焼室側仕切壁211に設けられた一対の側壁部214が、中央壁部213に対して燃焼室207の外周部側へ鈍角に折り曲げられているが、図11に示されるように、一対の側壁部214は、中央壁部213に対して燃焼室207の外周部側へ直角に折り曲げられていても良い。
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 5, the pair of
このように構成されていると、第一酸化剤ガスノズル215からの酸化剤ガスの噴出方向と、第二酸化剤ガスノズル216からの予備酸化剤ガスの噴出方向とが直角を成すので、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガスと、第一酸化剤ガスノズル215から噴出された酸化剤ガスとの混合ガスに、第二酸化剤ガスノズル216から噴出された予備酸化剤ガスの噴流(二次空気)が干渉することを抑制することができる。これにより、例えば、空気比が高い場合には、混合ガスの燃焼に影響することを抑制することができるので、混合ガスの燃焼の安定性を向上させることができる。
With this configuration, the direction in which the oxidant gas is ejected from the first
また、図5や図11に示される例では、酸化剤ガス室側面仕切壁205が折り曲げられているが、図12に示されるように、酸化剤ガス室側面仕切壁205は、折り曲げられずに、燃焼室周壁201の径方向に沿って直線状に形成されていても良い。
5 and FIG. 11, the oxidant gas chamber
このように構成されていると、酸化剤ガス室側面仕切壁205の構造、ひいては、燃焼器200の内部構造を簡素化することができる。これにより、燃焼器200の小型化及び低コスト化を図ることができる。
If comprised in this way, the structure of the oxidant gas chamber
また、上記実施形態において、整流部203は、円錐状に形成されているが、ドーム状に形成されていても良い。
Moreover, in the said embodiment, although the rectification | straightening
このように構成されていても、図4に示されるように、整流部203によって燃焼排ガス168を燃焼室207の外周側に集めて整流することができるので、燃焼器200の周囲に設けられた流路(図2〜図4に示される改質流路66、改質部60の酸化剤ガス流路68、熱交換部110の酸化剤ガス流路118)を流れるガスに燃焼排ガス168の熱を効率良く伝達することができる。
Even in such a configuration, as shown in FIG. 4, the
また、上記実施形態において、整流部203の内側は、空洞とされているが、図13に示されるように、整流部203の内側は、断熱材が充填された断熱部217とされていても良い。
Moreover, in the said embodiment, although the inner side of the rectification | straightening
このように構成されていても、整流部203の内側への放熱を抑制して、燃焼器200の外部(図2〜図4に示される改質流路66等)へ伝達する熱量を増加させることができる。また、断熱材を用いる分、断熱性が向上するので、整流部203の内側が空洞とされる場合に比して、燃焼器200の外部へ伝達する熱量をより一層増加させることができる。
Even in such a configuration, heat radiation to the inside of the rectifying
また、上記実施形態において、整流部203は、容器20を構成する管材21(図4参照)に形成されることで、金属製とされているが、図14に示されるように、整流部203は、例えばセラミックなどの耐火材218により形成されていても良い。
Moreover, in the said embodiment, although the rectification | straightening
このように構成されていると、整流部203の近傍で火炎が生じる場合でも、整流部203の耐久性を確保することができる。
If comprised in this way, even if a flame arises in the vicinity of the rectification | straightening
また、上記実施形態では、酸化剤ガス室側面仕切壁205の燃焼室側仕切壁211に設けられた一対の側壁部214のそれぞれに第二酸化剤ガスノズル216が形成されているが、図15に示されるように、各燃焼室側仕切壁211において、一対の側壁部214の一方には、第二酸化剤ガスノズル216が形成され、一対の側壁部214の他方には、第二酸化剤ガスノズル216が形成されていなくても良い。また、各燃焼室側仕切壁211において、第一酸化剤ガスノズル215は、中央壁部213における一方の側壁部214側(第二酸化剤ガスノズル216が形成された側)に偏って配置されていても良い。
Further, in the above embodiment, the second
そして、各燃焼室側仕切壁211において、第一酸化剤ガスノズル215及び第二酸化剤ガスノズル216によって酸化剤ガスノズル220が形成され、この各燃焼室側仕切壁211に形成された一対の酸化剤ガスノズル220が、燃焼室207の中心軸線Lを中心に点対称に配置されても良い。
In each combustion chamber
このように構成されていると、第二酸化剤ガスノズル220から噴出された酸化剤ガスの噴流によって燃焼室207の中心軸線Lを中心に旋回流170が形成され、これにより、火炎及び燃焼排ガスも旋回されるので、火炎及び燃焼排ガスが燃焼室207の外周側に拡がり、燃焼室周壁201への熱伝達が促進される。これにより、燃焼器200の周囲に設けられた流路(図2〜図4に示される改質流路66、改質部60の酸化剤ガス流路68、熱交換部110の酸化剤ガス流路118)を流れるガスに燃焼排ガス168の熱を均一に伝達することができる。
With this configuration, a
また、上記実施形態において、酸化剤ガス室側面仕切壁205が、燃焼室周壁201の径方向に沿って直線状に形成された場合に、燃焼室側仕切壁211は、例えば、次のように形成されても良い。
In the above embodiment, when the oxidant gas chamber
すなわち、図16に示される例において、各酸化剤ガス室側面仕切壁205の燃焼室側仕切壁211は、燃料ガスノズル210に面して設けられた中央壁部213と、中央壁部213の横幅方向の両側に設けられた一対の延長壁部219とを有している。一対の延長壁部219は、中央壁部213と燃焼室周壁201とを繋いでいる。
That is, in the example shown in FIG. 16, the combustion chamber
中央壁部213には、第一酸化剤ガスノズル215が形成されている。各酸化剤ガス室側面仕切壁205の燃焼室側仕切壁211において、第二酸化剤ガスノズル216は、一対の延長壁部219の一方に形成されており、一対の延長壁部219の他方には形成されていない。各燃焼室側仕切壁211では、第一酸化剤ガスノズル215及び第二酸化剤ガスノズル216によって酸化剤ガスノズル220が形成されており、この各燃焼室側仕切壁211に形成された一対の酸化剤ガスノズル220は、燃焼室207の中心軸線Lを中心に点対称に配置されている。
A first
また、各酸化剤ガス室天面仕切壁206は、他方の延長壁部219側(第二酸化剤ガスノズル216が無い側)から一方の延長壁部219側(第二酸化剤ガスノズル216が有る側)に向かうに従って燃焼室207の上側に向かうように燃焼室207の軸方向に対して傾斜されている。
In addition, each oxidant gas chamber
このように構成されていると、傾斜する酸化剤ガス室天面仕切壁206によって、酸化剤ガスの噴流により形成された旋回流170の旋回性、ひいては、火炎及び燃焼排ガスの旋回性が増加されるので、燃焼室周壁201への熱伝達効率を向上させることができる。また、燃焼器200の周囲に設けられた流路(図2〜図4に示される改質流路66、改質部60の酸化剤ガス流路68、熱交換部110の酸化剤ガス流路118)を流れるガスに燃焼排ガス168の熱をより一層均一に伝達することができる。さらに、酸化剤ガス室側面仕切壁205の折り曲げが不要なので、燃焼器200を小型化及び低コスト化することができる。
With such a configuration, the tilting property of the swirling
また、上記実施形態において、第一酸化剤ガスノズル215及び第二酸化剤ガスノズル216は、燃焼室内壁201の径方向(横方向)に開口されているが、例えば、燃焼室207の斜め上方向に開口されていても良い。
Further, in the above embodiment, the first
また、上記実施形態において、予熱部100、燃焼部90、改質部60、気化部40、及び、熱交換部110等を構成する複数の筒状壁は、いずれも横断面が真円形状である円筒状に形成されている。しかしながら、これらの筒状壁は、いずれも横断面が楕円形状である楕円筒状に形成されていても良い。
Moreover, in the said embodiment, as for the several cylindrical wall which comprises the preheating
また、予熱部100、燃焼部90、改質部60、気化部40、及び、熱交換部110等を構成する複数の筒状壁は、円筒状に形成されたものと、楕円筒状に形成されたものの両方を含んでいても良い。
The plurality of cylindrical walls constituting the preheating
また、上記実施形態において、気化部40は、四重の筒状壁41〜44の内側から外側に順に、断熱空間45、気化流路46、燃焼排ガス流路47、及び、酸化剤ガス流路48を有するが、四重の筒状壁41〜44の内側から外側に順に、断熱空間45、燃焼排ガス流路47、気化流路46、及び、酸化剤ガス流路48を有しても良い。
Moreover, in the said embodiment, the
また、熱交換部110は、内側の筒状壁111と中央の筒状壁112との間に酸化剤ガス流路118を有し、外側の筒状壁113と中央の筒状壁112との間に燃焼排ガス流路117を有する。しかしながら、熱交換部110は、内側の筒状壁111と中央の筒状壁112との間に燃焼排ガス流路117を有し、外側の筒状壁113と中央の筒状壁112との間に酸化剤ガス流路118を有するように構造が変更されても良い。
The
また、酸化剤ガス164が流れる酸化剤ガス流路は、熱交換部110、気化部40、及び、改質部60に亘って形成されている。しかしながら、熱交換部110、気化部40、及び、改質部60から酸化剤ガス流路が省かれても良い。また、この場合に、気化部40及び改質部60は、三重の筒状壁によってそれぞれ構成されても良く、また、酸化剤ガス供給管122は、予熱流路105の上端部に接続されても良い。
An oxidant gas flow path through which the
また、燃料電池モジュールMは、熱交換部110を備えるが、この熱交換部110は、省かれても良い。
The fuel cell module M includes the
また、熱交換部110は、気化部40及び改質部60の径方向外側に設けられているが、気化部40の上方に気化部40と同軸上に設けられても良い。
In addition, although the
また、予熱部100は、二重の筒状壁101,102によって構成されているが、三重の筒状壁によって構成されても良い。また、この場合に、予熱部100を構成する三重の筒状壁の間には、酸化剤ガスが流れる予熱流路105と、改質流路66と連通し燃料ガスが流れる燃料ガス流路とが形成されても良い。
Moreover, although the preheating
また、予熱部100の代わりに燃料電池セルスタック10を単に収容する収容部(流路を有しない収容部)が設けられても良い。また、予熱部100の代わりに収容部が設けられる場合に、改質流路66及び酸化剤ガス流路68と燃料電池セルスタック10とは、配管等により接続されても良い。
Further, instead of the preheating
また、上記実施形態において、燃焼器200は、燃料電池モジュールに適用されているが、例えば、燃料電池モジュール以外の機器に適用されても良い。また、燃焼器200は、例えば、バイオガスなどの低カロリーガスを燃焼させるための燃焼器として利用されても良い。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、上記実施形態において、燃焼器200は、燃焼室207の軸方向が鉛直方向となるように配置されているが、燃焼室207の軸方向が水平方向となるように配置されても良い。
In the above embodiment, the
なお、上記複数の変形例のうち組み合わせ可能な変形例は、適宜組み合わされて実施されても良い。 In addition, the modification which can be combined among the said several modification may be implemented combining suitably.
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above, and other various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. It is.
M…燃料電池モジュール、10…燃料電池セルスタック、40…気化部、41〜44…筒状壁、45…断熱空間、46…気化流路、47…燃焼排ガス流路、48…酸化剤ガス流路、50…原燃料供給管、60…改質部、61〜64…筒状壁、65…断熱空間、66…改質流路、67…燃焼排ガス流路、67A…入口部、68…酸化剤ガス流路、70…改質触媒層、90…燃焼部、100…予熱部、101,102…筒状壁、105…予熱流路、107…燃料ガス配管、110…熱交換部、111〜113…筒状壁、117…燃焼排ガス流路、118…酸化剤ガス流路、122…酸化剤ガス供給管、123…ガス排出管、150…パイプ、151…点火プラグ、154…点火電極、161…原燃料、162…原燃料ガス、163…燃料ガス、164…酸化剤ガス、165…燃料ガス、166…酸化剤ガス、167…予備酸化剤ガス、168…燃焼排ガス、169…火炎、170…旋回流、200…燃焼器、201…燃焼室周壁、202…燃焼室内壁、203…整流部、204…燃料ガス室仕切壁、205…酸化剤ガス室側面仕切壁、206…酸化剤ガス室天面仕切壁、207…燃焼室、208…燃料ガス室、209…酸化剤ガス室、210…燃料ガスノズル、211…燃焼室側仕切壁、212…燃料ガス室側仕切壁、213…中央壁部、214…側壁部、215…第一酸化剤ガスノズル、216…第二酸化剤ガスノズル、217…断熱部、218…耐火材、219…延長壁部、220…酸化剤ガスノズル
M ... fuel cell module, 10 ... fuel cell stack, 40 ... vaporization section, 41-44 ... cylindrical wall, 45 ... heat insulation space, 46 ... vaporization flow path, 47 ... combustion exhaust gas flow path, 48 ...
Claims (15)
前記燃焼室の軸方向一方側に設けられると共に、前記燃焼室の中心軸線上に配置され、前記燃焼室の軸方向他方側に向けて前記燃料ガスを噴出する燃料ガスノズルと、
前記燃料ガスノズルよりも前記燃焼室の軸方向他方側に設けられると共に、前記燃焼室の中心軸線と交差する第一軸線上に配置され、前記燃料ガスノズルから噴出された前記燃料ガスと交差するように前記酸化剤ガスを前記第一軸線に沿って噴出し、前記酸化剤ガスを前記燃料ガスと混合させる第一酸化剤ガスノズルと、
前記燃料ガスノズルよりも前記燃焼室の軸方向他方側に設けられると共に、前記燃焼室の中心軸線とねじれの位置にある第二軸線上に配置され、前記燃料ガスノズルから噴出された前記燃料ガスと交差しないように予備酸化剤ガスを前記第二軸線に沿って噴出する第二酸化剤ガスノズルと、
を備える燃焼器。 A combustion chamber that is formed inside a cylindrical combustion chamber peripheral wall and in which a mixed gas in which a fuel gas and an oxidant gas are mixed is burned;
A fuel gas nozzle provided on one axial side of the combustion chamber and disposed on a central axis of the combustion chamber and ejecting the fuel gas toward the other axial side of the combustion chamber;
The fuel gas nozzle is provided on the other side in the axial direction of the combustion chamber, is disposed on a first axis that intersects the central axis of the combustion chamber, and intersects the fuel gas ejected from the fuel gas nozzle. A first oxidant gas nozzle that ejects the oxidant gas along the first axis and mixes the oxidant gas with the fuel gas;
The fuel gas nozzle is provided on the other side in the axial direction of the combustion chamber than the fuel gas nozzle, and is disposed on a second axis that is in a twisted position with respect to the center axis of the combustion chamber, and intersects the fuel gas ejected from the fuel gas nozzle. A second dioxide gas nozzle that ejects preoxidant gas along the second axis so as not to
A combustor.
前記第一酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスで前記混合ガスの燃焼に必要な酸素が足りる場合には、前記第二酸化剤ガスノズルから噴出された前記予備酸化剤ガスが、前記混合ガスの燃焼によって生ずる燃焼排ガスに混合される、
請求項1に記載の燃焼器。 When the oxidant gas ejected from the first oxidant gas nozzle lacks oxygen necessary for combustion of the mixed gas, the preliminary oxidant gas ejected from the second dioxide gas nozzle is used as the mixed gas. Supplied to the flame generated by the combustion of
When the oxidant gas ejected from the first oxidant gas nozzle has sufficient oxygen necessary for combustion of the mixed gas, the preliminary oxidant gas ejected from the first dioxide gas nozzle is used as the mixed gas. Mixed with the flue gas produced by combustion,
The combustor according to claim 1.
一対の前記第一酸化剤ガスノズルは、前記燃料ガスノズルの両側に互いに対向して配置されている、
請求項1又は請求項2に記載の燃焼器。 A pair of the first oxidant gas nozzles;
The pair of first oxidant gas nozzles are disposed opposite to each other on both sides of the fuel gas nozzle,
The combustor according to claim 1 or 2.
前記燃焼室周壁の内側に形成されると共に、前記燃焼室周壁の径方向に前記燃料ガス室と隣接され、外部から前記酸化剤ガスが供給される酸化剤ガス室と、
前記燃焼室周壁の内側に設けられ、前記燃焼室と前記燃料ガス室とを区画すると共に、前記燃料ガスノズルが形成された燃料ガス室仕切壁と、
前記燃料ガス室仕切壁から前記燃焼室側に立設され、前記燃焼室と前記酸化剤ガス室とを区画すると共に、前記第一酸化剤ガスノズル及び前記第二酸化剤ガスノズルが形成された燃焼室側仕切壁と、前記燃料ガス室仕切壁から前記燃焼室と反対側に立設され、前記燃料ガス室と前記酸化剤ガス室とを区画する燃料ガス室側仕切壁とを有する酸化剤ガス室側面仕切壁と、
前記燃焼室側仕切壁の高さ方向の上端部と前記燃焼室周壁とを繋ぎ、前記燃焼室と前記酸化剤ガス室とを区画する酸化剤ガス室天面仕切壁とを備える、
請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の燃焼器。 A fuel gas chamber that is formed inside the combustion chamber peripheral wall, is adjacent to the combustion chamber on one axial side of the combustion chamber, and is supplied with the fuel gas from the outside;
An oxidant gas chamber formed inside the peripheral wall of the combustion chamber, adjacent to the fuel gas chamber in a radial direction of the peripheral wall of the combustion chamber, and supplied with the oxidant gas from the outside;
A fuel gas chamber partition wall provided inside the combustion chamber peripheral wall, dividing the combustion chamber and the fuel gas chamber, and having the fuel gas nozzle formed thereon;
Combustion chamber side that is erected on the combustion chamber side from the fuel gas chamber partition wall, partitions the combustion chamber and the oxidant gas chamber, and is formed with the first oxidant gas nozzle and the second dioxide gas nozzle Side surface of the oxidant gas chamber having a partition wall and a fuel gas chamber side partition wall that is provided on the opposite side of the combustion chamber from the fuel gas chamber partition wall and divides the fuel gas chamber and the oxidant gas chamber A partition wall;
An oxidant gas chamber top partition wall that connects the upper end of the combustion chamber side partition wall in the height direction and the combustion chamber peripheral wall, and divides the combustion chamber and the oxidant gas chamber;
The combustor according to any one of claims 1 to 3.
前記燃料ガスノズルに面して設けられ、前記第一酸化剤ガスノズルが形成された中央壁部と、
前記中央壁部に対して前記燃焼室の外周部側へ鈍角に折り曲げられ、前記第二酸化剤ガスノズルが形成された側壁部とを有する、
請求項4に記載の燃焼器。 The combustion chamber side partition wall is
A central wall provided facing the fuel gas nozzle and formed with the first oxidant gas nozzle;
A side wall portion that is bent at an obtuse angle toward the outer peripheral portion side of the combustion chamber with respect to the central wall portion, and the second dioxide gas nozzle is formed.
The combustor according to claim 4.
前記燃料ガスノズルに面して設けられ、前記第一酸化剤ガスノズルが形成された中央壁部と、
前記中央壁部に対して前記燃焼室の外周部側へ直角に折り曲げられ、前記第二酸化剤ガスノズルが形成された側壁部とを有する、
請求項4に記載の燃焼器。 The combustion chamber side partition wall is
A central wall provided facing the fuel gas nozzle and formed with the first oxidant gas nozzle;
A side wall portion that is bent at a right angle to the outer peripheral portion side of the combustion chamber with respect to the central wall portion, and the second dioxide gas nozzle is formed.
The combustor according to claim 4.
請求項4に記載の燃焼器。 The oxidant gas chamber side partition wall is formed linearly along the radial direction of the combustion chamber peripheral wall,
The combustor according to claim 4.
前記燃焼室内壁から前記燃焼室の軸方向一方側に向けて延出されると共に、前記燃焼室の軸方向他方側に向かうに従って拡径する円錐又はドーム状に形成された整流部とを備える、
請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の燃焼器。 Provided inside the combustion chamber peripheral wall and disposed on the other axial side of the combustion chamber to form an inlet portion of a combustion exhaust gas flow path for the combustion exhaust gas generated in the combustion chamber to flow in with the combustion chamber peripheral wall A combustion chamber wall that
A rectifying part formed in a cone or dome shape that extends from the combustion chamber wall toward one side in the axial direction of the combustion chamber and expands in diameter toward the other side in the axial direction of the combustion chamber;
The combustor as described in any one of Claims 1-7.
請求項8に記載の燃焼器。 The inside of the rectifying part is a heat insulating part filled with a cavity or a heat insulating material,
The combustor according to claim 8.
請求項8又は請求項9に記載の燃焼器。 The rectifying part is formed of a refractory material,
The combustor according to claim 8 or 9.
前記パイプにおける前記整流部側と反対側の開口から前記パイプの内側に挿抜可能に挿入され、先端側に前記パイプから突出する点火電極を有する点火プラグとを備える、
請求項10に記載の燃焼器。 A pipe provided on the combustion chamber wall and the axial core of the rectifying unit;
An ignition plug having an ignition electrode inserted into the pipe from the opening opposite to the rectifying unit side in the pipe so as to be insertable / removable and projecting from the pipe on the tip side;
The combustor according to claim 10.
一対の前記酸化剤ガスノズルは、前記燃焼室の中心軸線を中心に点対称に配置されている、
請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載の燃焼器。 A pair of oxidant gas nozzles constituted by the first oxidant gas nozzle and the second dioxide gas nozzle are provided,
The pair of oxidant gas nozzles are arranged symmetrically with respect to the center axis of the combustion chamber.
The combustor as described in any one of Claims 1-11.
各前記酸化剤ガス室側面仕切壁の前記燃焼室側仕切壁は、
前記燃料ガスノズルに面して設けられ、前記第一酸化剤ガスノズルが形成された中央壁部と、
前記中央壁部の横幅方向の両側に設けられ、前記中央壁部と前記燃焼室周壁とを繋ぐ一対の延長壁部とを有し、
各前記酸化剤ガス室側面仕切壁の前記燃焼室側仕切壁において、前記第二酸化剤ガスノズルは、前記一対の延長壁部の一方に形成され、
各前記酸化剤ガス室天面仕切壁は、他方の前記延長壁部側から一方の前記延長壁部側に向かうに従って前記燃焼室の軸方向他方側に向かうように前記燃焼室の軸方向に対して傾斜されている、
請求項4に従属する請求項12に記載の燃焼器。 A pair of the oxidant gas chamber, the oxidant gas chamber side partition wall, and the oxidant gas chamber top partition wall, respectively,
The combustion chamber side partition walls of the oxidant gas chamber side partition walls are
A central wall provided facing the fuel gas nozzle and formed with the first oxidant gas nozzle;
A pair of extended wall portions provided on both sides of the central wall portion in the width direction, and connecting the central wall portion and the combustion chamber peripheral wall;
In the combustion chamber side partition wall of each of the oxidant gas chamber side partition walls, the second dioxide gas nozzle is formed on one of the pair of extension wall portions,
Each of the oxidant gas chamber top partition walls extends in the axial direction of the combustion chamber from the other extension wall portion side toward the other extension wall portion side toward the other axial direction of the combustion chamber. Tilted,
Combustor according to claim 12 when dependent on claim 4.
原燃料が気化されて原燃料ガスが生成される気化部と、
前記原燃料ガスから前記燃料ガスが生成される改質部と、
前記燃料電池セルスタックの燃料極から排出された燃料極排ガスである燃料ガスと、前記燃料電池セルスタックの空気極から排出された空気極排ガスである酸化剤ガスとを含むスタック排ガスを燃焼させる、請求項1〜請求項13のいずれか一項に記載の燃焼器と、
を備える燃料電池モジュール。 A solid oxide fuel cell stack that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
A vaporization section in which raw fuel is vaporized to produce raw fuel gas;
A reforming section in which the fuel gas is generated from the raw fuel gas;
Burning stack exhaust gas containing fuel gas that is fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack and oxidant gas that is air electrode exhaust gas discharged from the air electrode of the fuel cell stack, A combustor according to any one of claims 1 to 13,
A fuel cell module comprising:
前記改質部は、前記燃焼器の上方に前記燃焼器と同軸上に設けられると共に、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の筒状壁によって構成され、かつ、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記燃焼器から排出された燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記燃焼排ガスの熱を利用して前記原燃料ガスが改質されて前記燃料ガスが生成される改質流路をそれぞれ有し、
前記気化部は、前記改質部の上方に前記改質部と同軸上に設けられると共に、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、かつ、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記燃焼排ガスとの熱交換により前記原燃料が気化されて前記原燃料ガスが生成される気化流路をそれぞれ有する、
請求項14に記載の燃料電池モジュール。 The combustor is provided above the fuel cell stack,
The reforming section is provided coaxially with the combustor above the combustor, and is configured by at least a triple cylindrical wall having a gap therebetween, and an inner side of the triple cylindrical wall And between the cylindrical walls, a heat insulating space, a combustion exhaust gas passage through which the combustion exhaust gas discharged from the combustor flows, and the raw fuel gas is reformed using the heat of the combustion exhaust gas, so that the fuel gas Each has a reforming flow path in which
The vaporization unit is provided coaxially with the reforming unit above the reforming unit, and is configured by a cylindrical wall of at least a triple cylindrical or elliptical cylinder having a gap between each other, and Between the inner side and the cylindrical wall of the triple cylindrical wall, the raw fuel gas is vaporized by heat exchange with the heat insulation space, the combustion exhaust gas passage through which the combustion exhaust gas flows, and the combustion exhaust gas. Each has a vaporization channel in which is generated,
The fuel cell module according to claim 14.
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