JP2023084334A - オフガス燃焼器、燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】熱損失を抑制しつつ、改質器を昇温させることが可能なオフガス燃焼器および燃料電池システムを提供する。【解決手段】オフガス燃焼器６０は、燃料電池１０から排出されるオフガスであるオフ空気およびオフ燃料を燃焼させる。オフガス燃焼器６０は、オフ空気およびオフ燃料を混合して燃焼させる燃焼部６３と、改質器３４を燃焼部６３で生ずる熱を利用して昇温させる昇温部６４と、燃料電池１０から排出されるオフ空気が流れるオフ空気流路６１と、を備える。オフ空気流路６１は、オフ空気の一部を一次空気として燃焼部６３に流す一次空気流路６１１と、オフ空気における一次空気を除く他の空気を二次空気として燃焼部６３を迂回して流す二次空気流路６１２と、を含んでいる。【選択図】図１

Description

本開示は、燃料電池のオフガスを燃焼させるオフガス燃焼器および当該オフガス燃焼器を含む燃料電池システムに関する。

従来、燃料電池からオフガスとして排出されるオフ空気およびオフ燃料を燃焼させるオフガス燃焼器を改質器の直下に配置し、オフガスを燃焼させた際に生ずる炎によって直に改質器を加熱する燃料電池モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５－９３７９２号公報

ところで、改質器を適切に昇温させるためには、オフガスの燃焼が安定していることが前提となるが、特許文献１には、オフガスの燃焼の安定性について特に考慮されておらず、改善の余地がある。

例えば、特許文献１に記載の燃料電池モジュールの如く、オフ空気の全量がオフガス燃焼器に導入される構成になっていると、オフガス燃焼器における空気比（＝実空気量／理論空気量）が大きくなり過ぎる。この場合、燃焼に寄与しないオフ空気が増え、熱損失（すなわち、温度低下）が過大となることで、燃焼器におけるオフガスの燃焼が不安定になってしまう。

本開示は、オフガスの燃焼が不安定となることを抑制しつつ、改質器を昇温させることが可能なオフガス燃焼器および燃料電池システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、
燃料電池（１０）から排出されるオフガスであるオフ空気およびオフ燃料を燃焼させるオフガス燃焼器であって、
オフ空気およびオフ燃料を混合して燃焼させる燃焼部（６３）と、
燃料電池の燃料となる改質ガスを生成する改質器（３４）を燃焼部で生ずる熱を利用して昇温させる昇温部（６４）と、
燃料電池から排出されるオフ空気が流れるオフ空気流路（６１）と、を備え、
オフ空気流路は、オフ空気の少なくとも一部を一次空気として燃焼部に流す一次空気流路（６１１）を含んでおり、
燃焼部は、オフ空気およびオフ燃料を混合して着火させる燃焼室（６３１）、燃焼室で生成されるオフ燃焼ガスが流れる燃焼流路（６３２）を有し、
一次空気流路は、オフ燃焼ガスの熱が一次空気に伝わるように燃焼室および燃焼流路の少なくとも一方に対して隣接して配置されている。

請求項９に記載の発明は、
燃料電池システムであって、
燃料電池（１０）と、
燃料電池から排出されるオフガスを燃焼させるオフガス燃焼器（６０）と、
燃料電池の燃料となる改質ガスを生成する改質器（３４）と、を備え、
オフガス燃焼器は、オフガスであるオフ空気およびオフ燃料を混合して燃焼させる燃焼部（６３）と、改質器を燃焼部で生ずる熱を利用して昇温させる昇温部（６４）と、燃料電池から排出されるオフ空気が流れるオフ空気流路（６１）と、を含み、
オフ空気流路は、オフ空気の少なくとも一部を一次空気として燃焼部に流す一次空気流路（６１１）を含んでおり、
燃焼部は、オフ空気およびオフ燃料を混合して着火させる燃焼室（６３１）、燃焼室で生成されるオフ燃焼ガスが流れる燃焼流路（６３２）を有し、
一次空気流路は、オフ燃焼ガスの熱が一次空気に伝わるように燃焼室および燃焼流路の少なくとも一方に対して隣接して配置されている。

請求項１および請求項９に記載の発明によれば、オフ燃焼ガスによって昇温されたオフ空気がオフガス燃焼器に導入される。これによると、低温のオフガスがオフガス燃焼器に導入されることが抑制されるので、オフガスの燃焼が不安定となることを抑制して、改質器を適切に昇温させることができる。

請求項２に記載の発明は、
燃料電池（１０）から排出されるオフガスであるオフ空気およびオフ燃料を燃焼させるオフガス燃焼器であって、
オフ空気およびオフ燃料を混合して燃焼させる燃焼部（６３）と、
燃料電池の燃料となる改質ガスを生成する改質器（３４）を燃焼部で生ずる熱を利用して昇温させる昇温部（６４）と、
燃料電池から排出されるオフ空気が流れるオフ空気流路（６１）と、を備え、
オフ空気流路は、オフ空気の一部を一次空気として燃焼部に流すことが可能な一次空気流路（６１１）を含んでいる。

請求項１０に記載の発明は、
燃料電池システムであって、
燃料電池（１０）と、
燃料電池から排出されるオフガスを燃焼させるオフガス燃焼器（６０）と、
燃料電池の燃料となる改質ガスを生成する改質器（３４）と、を備え、
オフガス燃焼器は、オフガスであるオフ空気およびオフ燃料を混合して燃焼させる燃焼部（６３）と、改質器を燃焼部で生ずる熱を利用して昇温させる昇温部（６４）と、燃料電池から排出されるオフ空気が流れるオフ空気流路（６１）と、を含み、
オフ空気流路は、オフ空気の一部を一次空気として燃焼部に流す一次空気流路（６１１）を含んでいる。

請求項２および請求項１０に記載の発明は、オフ空気の全量ではなく、一部がオフガス燃焼器に導入される構成になっているので、オフガス燃焼器における空気比（＝実空気量／理論空気量）が大きくなり過ぎることが抑制される。これにより、オフガス燃焼器における過剰な空気による熱損失（すなわち、温度低下）が抑制されるので、オフガスの燃焼が不安定となることを抑制して、改質器を適切に昇温させることができる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

一実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。 ホットモジュールの模式的な縦断面図である。 ホットモジュールの容器内でのセルスタックの配置態様を示す模式的な横断面図である。 図２のＩＶ部分の拡大図である。 ホットモジュールの断熱容器内での燃焼部の配置態様を示す模式的な横断面図である。 ホットモジュールの内部構造の一部を示す模式的な斜視図である。 燃焼部の燃焼室の模式的な拡大図である。 一次空気流路と燃焼部の燃焼流路との関係を説明するための説明図である。 複数の燃焼部同士の繋がりを説明するための説明図である。 燃焼部近傍におけるオフガスおよびオフ燃焼ガスの流れを説明するための説明図である。 オフ燃料中の水素濃度、オフ空気の温度、自着火領域との関係を説明するための説明図である。

本開示の一実施形態について図１～図１１に基づいて説明する。本実施形態では、図１に示すように、本開示のオフガス燃焼器６０を固体酸化物型の燃料電池１０を備える燃料電池システム１に適用した例について説明する。

燃料電池システム１は、燃料処理系統および電池系統を断熱要素で覆うことで高温に保持するホットモジュールＨＭを含んでいる。ホットモジュールＨＭは、断熱容器ＩＣ、固体酸化物型の燃料電池１０、空気予熱器２２、スタック温調器２３、改質器３４、水蒸発器４２、オフガス燃焼器６０を備える。

固体酸化物型の燃料電池１０は、一般的にＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cell の略）とも呼ばれ、作動温度が高温（例えば、５００℃～１０００℃）となるものである。燃料電池１０は、燃料ガスおよび酸化剤ガス（本例では空気）の電気化学反応により電気エネルギを出力するセルＣを複数備える。セルＣは、以下の反応式Ｆ１、Ｆ２に示す水素および酸素の電気化学反応により外部回路ＥＣに対して電気エネルギを出力する。

（燃料極）２Ｈ_２＋２Ｏ^２－→２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ^－ …（Ｆ１）

（空気極）Ｏ_２＋４ｅ^－→２Ｏ^２－ …（Ｆ２）
また、セルＣは、以下の反応式Ｆ３、Ｆ４に示す一酸化炭素および酸素の電気化学反応により外部回路ＥＣに対して電気エネルギを出力する。

（燃料極）２ＣＯ＋２Ｏ^２－→２ＣＯ_２＋４ｅ^－ …（Ｆ３）

（空気極）Ｏ_２＋４ｅ^－→２Ｏ^２－ …（Ｆ４）
燃料電池１０が出力する電力は、インバータＩＮＶ等の電力変換器を介して負荷機器やバッテリに供給される。本実施形態の燃料電池１０は、所定数のセルＣを積層して構成されるセルスタックＣＳを複数備える。セルスタックＣＳは、平板型のセルＣが所定の積層方向に積層されている。セルスタックＣＳを構成する所定数のセルＣは、電気的に直列に接続されている。セルスタックＣＳは、所定数のセルＣを一列に積層した積層体である。セルスタックＣＳには、セルＣの積層方向の端部に燃料ガスの導入口、空気の導入口、オフ燃料の導出口、オフ空気の導出口が形成されている。

このように構成される燃料電池１０は、空気予熱器２２、スタック温調器２３、改質器３４、水蒸発器４２、オフガス燃焼器６０等とともに断熱容器ＩＣの内側に配置されている。断熱容器ＩＣの内側における燃料電池１０の配置態様については後述する。

燃料電池１０には、空気の流通経路である空気経路２０が接続されている。空気経路２０は配管等によって構成される。空気経路２０には、燃料電池１０に空気を圧送する圧送ブロワ２１、燃料電池１０に供給する空気を加熱する空気予熱器２２、スタック温調器２３が設けられている。

圧送ブロワ２１は、大気中の空気を吸い込んで燃料電池１０に供給する酸化剤ポンプである。圧送ブロワ２１は、後述の制御装置１００からの制御信号によって作動が制御される電動式のブロワで構成されている。

空気予熱器２２は、燃料電池１０の発電時に、圧送ブロワ２１から圧送された空気をオフガス燃焼器６０で生成されたオフ燃焼ガスと熱交換させて加熱する熱交換器である。空気予熱器２２は、燃料電池１０に供給する空気と燃料ガスとの温度差を縮小して、燃料電池１０の発電効率の向上を図るために設けられている。

スタック温調器２３は、空気予熱器２２を通過した空気が流れるように、空気予熱器２２と燃料電池１０との間に接続されている。これにより、スタック温調器２３は、セルスタックＣＳに供給される前の空気が流れる。

スタック温調器２３は、燃料電池１０のセルスタックＣＳと熱交換可能なようにセルスタックＣＳと所定間隔をあけて対向して配置されている。スタック温調器２３およびセルスタックＣＳは、燃料電池１０の起動時にスタック温調器２３の熱がセルスタックＣＳ側に伝わる。また、スタック温調器２３およびセルスタックＣＳは、燃料電池１０の発電時にセルスタックＣＳの熱がスタック温調器２３側に伝わる。

スタック温調器２３は、燃料電池１０の起動時に、スタック温調器２３を流れる空気と後述の暖機用バーナ５０で生成される燃焼ガスとが熱交換可能なように暖機用バーナ５０で生成された燃焼ガスが流れる暖機ガス流路５１に隣接して設けられている。スタック温調器２３は、少なくとも一部が、暖機ガス流路５１と燃料電池１０のセルスタックＣＳとの間に配置されている。スタック温調器２３は、燃料電池１０の起動時に暖機ガス流路５１を流れる燃焼ガスから受熱して加熱される。また、燃料電池１０の起動時には、スタック温調器２３の熱がセルスタックＣＳに放熱される。なお、スタック温調器２３は、燃料電池１０の発電時に、発電に伴う自己発熱により昇温したセルスタックＣＳから吸熱してセルスタックＣＳの温度を調整する。

上述の暖機用バーナ５０は、燃料電池１０の起動時にセルスタックＣＳを暖機するための燃焼ガスを生成する。暖機用バーナ５０は、圧送ブロワ２１とは別に設けられた起動用ブロワ５２から送風される空気および燃料ポンプ３１とは別に設けられた起動用ポンプ５３から供給される燃料の混合ガスを可燃ガスとして燃焼させる。可燃ガスの燃焼により生成される高温の燃焼ガスは暖機ガス流路５１に流れる。

また、燃料電池１０は、改質用原料や燃料ガスの流通経路である燃料経路３０が接続されている。燃料経路３０は配管等によって構成される。燃料経路３０には、上流側から順に、燃料ポンプ３１、脱硫器３２、エジェクタ３３、改質器３４が設けられている。

燃料ポンプ３１は、燃料電池１０側に向けて改質用原料を供給するためのポンプである。燃料ポンプ３１は、後述の制御装置１００からの制御信号によって作動が制御される電動ポンプで構成されている。

脱硫器３２は、燃料ポンプ３１から供給される改質用原料に含まれる硫黄成分を除去するための装置である。なお、都市ガスには、付臭剤（具体的には硫黄成分）が含まれている。硫黄成分は触媒被毒物質であるため改質器３４よりも上流で除去する必要がある。

エジェクタ３３は、燃料経路３０における脱硫器３２と改質器３４との間に配置されている。エジェクタ３３は、ノズル部３３１、吸引部３３２、吐出部３３３を有する。ノズル部３３１は、燃料ポンプ３１から供給される改質用原料を駆動流として噴射する。吸引部３３２は、ノズル部３３１から噴射される駆動流によって吸引部３３２に接続された流路を流れるガスを吸引流として吸引する。吐出部３３３は、駆動流と吸引流との混合流を吐出する。ノズル部３３１は、燃料経路３０における脱硫器３２の下流に接続されている。吐出部３３３は、燃料経路３０における改質器３４の上流に接続されている。吸引部３３２は、オフ燃料が流れるオフ燃料流路６２から分岐された分岐流路６６に接続されている。

改質器３４は、エジェクタ３３の吐出部３３３の下流に接続されている。改質器３４は、エジェクタ３３から吐出される改質用原料を、水蒸気を用いて改質して燃料ガスとなる改質ガスを生成する。改質器３４は、例えば、ロジウムやルテニウム等の貴金属を含む水蒸気改質触媒を含んで構成されている。

具体的には、改質器３４は、改質用原料および水蒸気を混合した混合ガスを燃焼ガスと熱交換させて加熱するとともに、以下の反応式Ｆ５に示す改質反応、および反応式Ｆ６に示すシフト反応により燃料ガス（水素、一酸化炭素）を生成する。

ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ_２ …（Ｆ５）
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２ …（Ｆ６）
ここで、改質器３４における水蒸気改質は吸熱反応であり、高温となる条件下にて改質率が向上する特性を有している。このため、改質器３４は、燃料電池１０の発電時に、オフガス燃焼器６０で生ずる熱を吸熱できるように、オフガス燃焼器６０の近くに配設されている。

燃料経路３０には、燃料ポンプ３１とエジェクタ３３との間に水供給経路４０が接続されている。水供給経路４０には、水ポンプ４１および水蒸発器４２が設けられている。水ポンプ４１は、水蒸発器４２に水を供給するポンプである。水ポンプ４１は、後述の制御装置１００からの制御信号によって作動が制御される電動ポンプで構成されている。水蒸発器４２は、水ポンプ４１からの水を水蒸気（すなわち、気体）にする蒸発機能を有する。

また、燃料電池１０には、オフガス燃焼器６０が接続されている。オフガス燃焼器６０は、燃料電池１０の発電時等に燃料電池１０から排出されるオフガスであるオフ空気およびオフ燃料を燃焼させるものである。

オフガス燃焼器６０は、オフ空気流路６１、オフ燃料流路６２、燃焼部６３、燃焼部６３で生ずる熱を利用して改質器３４を昇温させる昇温部６４を含んでいる。

オフ空気流路６１は、燃料電池１０から排出されるオフ空気が流れるオフガス流路である。オフ空気流路６１は、燃料電池１０のオフ空気の導出口と燃焼部６３とを連通させるための流路を含んでいる。オフ空気流路６１の詳細は後述する。

オフ燃料流路６２は、燃料電池１０から排出されるオフ燃料が流れるオフガス流路である。オフ燃料流路６２は、燃料電池１０のオフ燃料の導出口と燃焼部６３とを連通させるための流路を含んでいる。

オフ燃料流路６２には、分岐流路６６が接続されている。分岐流路６６は、エジェクタ３３の吸引部３３２に接続されている。オフ燃料流路６２を流れるオフ燃料の一部は、分岐流路６６およびエジェクタ３３を介して燃料電池１０の上流に戻される。これによると、オフ燃料に含まれる未反応の燃料ガスを燃料電池１０で消費して、燃料電池１０の効率向上を図ることができる。

燃焼部６３は、オフ空気およびオフ燃料を燃焼してオフ燃焼ガスを生成する。燃焼部６３は、点火プラグが設けられておらず、自着火によりオフ空気およびオフ燃料を燃焼させるプラグレスのガスバーナで構成されている。燃焼部６３の詳細は後述する。

昇温部６４は、燃焼部６３で生成されたオフ燃焼ガスが流れるガス流路である。昇温部６４は、燃焼部６３で生ずる炎ではなく、燃焼部６３で生成されたオフ燃焼ガスを利用して改質器３４を昇温させる。具体的には、昇温部６４は、燃焼部６３の内部流路を通過後のオフ燃焼ガスを改質器３４と熱交換させて改質器３４を昇温させる熱交換部として構成されている。

オフガス燃焼器６０には、高温のオフ燃焼ガスを流通させる排気経路７０が接続されている。排気経路７０は、オフ燃焼ガスの熱を有効活用すべく、空気予熱器２２等に熱的に接続されている。

ここで、オフガス燃焼器６０が自着火型の燃焼器として構成されている場合、オフ燃料およびオフ空気の混合ガスが自着火するまでの期間、水素を含む未反応燃料が排気経路７０を介して外部に流れ出てしまうことが懸念される。

このことを考慮し、本実施形態の排気経路７０には、オフ燃焼ガスに含まれる未反応燃料を燃焼させるための燃焼触媒７１が配置されている。燃焼触媒７１は、例えば、未反応燃料を酸化する酸化触媒等が挙げられる。

続いて、断熱容器ＩＣの内側における燃料電池１０を含む各種機器の配置態様について図２～図１０を参照しつつ説明する。図２等における上下を示す矢印は、ホットモジュールＨＭを設置した際の鉛直方向ＤＲｇを示している。なお、ホットモジュールＨＭの設置態様は、図２等に示すものに限らず、図２等に示すものと異なっていてもよい。

図２に示すように、断熱容器ＩＣの内側には、燃料電池１０、空気予熱器２２、スタック温調器２３、改質器３４、暖機用バーナ５０、オフガス燃焼器６０、燃焼触媒７１等が配置されている。

断熱容器ＩＣは、ホットモジュールＨＭの外殻を構成する。断熱容器ＩＣは、外形状が略円筒形状になっている。

断熱容器ＩＣは、三重の筒構造になっており、その内部に円柱状の空間とドーナツ状の空間が形成されている。具体的には、断熱容器ＩＣは、略円形状の上壁Ｗｕ、略円形状の下壁Ｗｄ、筒形状の内筒壁Ｗｉ、筒形状の中間筒壁Ｗｍ、筒形状の外筒壁Ｗｏを有する。上壁Ｗｕは、断熱容器ＩＣにおける天板を構成している。下壁Ｗｄは、断熱容器ＩＣにおける底板を構成している。内筒壁Ｗｉ、中間筒壁Ｗｍ、外筒壁Ｗｏは、断熱容器ＩＣにおける側壁を構成している。内筒壁Ｗｉ、中間筒壁Ｗｍ、外筒壁Ｗｏは、この順序で筒径（すなわち、外径）が大きくなっている。内筒壁Ｗｉ、中間筒壁Ｗｍ、外筒壁Ｗｏは、軸心ＣＬが一致するように配置されている。なお、内筒壁Ｗｉは、暖機用バーナ５０を収容可能な筒径になっている。中間筒壁Ｗｍは、内筒壁Ｗｉとの間に空気を流通させる隙間が形成可能なように内筒壁Ｗｉよりも若干大きい筒径になっている。外筒壁Ｗｏは、中間筒壁Ｗｍとの間にセルスタックＣＳを収容可能な筒径になっている。

内筒壁Ｗｉの内側は、暖機用バーナ５０が配置されている。そして、内筒壁Ｗｉの内側空間は、暖機ガス流路５１として構成されている。なお、暖機用バーナ５０は、上壁Ｗｕの略中心部分に固定されている。

内筒壁Ｗｉと中間筒壁Ｗｍとの間に形成される隙間空間は、圧送ブロワ２１からの空気が流入する空気流路になっている。上壁Ｗｕには、内筒壁Ｗｉと中間筒壁Ｗｍとの間に形成される隙間空間に対応する位置に、空気経路２０を構成する配管が接続されている。なお、内筒壁Ｗｉと中間筒壁Ｗｍとの間には、スペーサやダボ等の間隔規定部が設けられ、当該間隔規定部によって略一定の隙間が形成されている。

内筒壁Ｗｉと中間筒壁Ｗｍとの間に形成される隙間空間は、空気流れ上流側の上方部分が空気予熱器２２を構成し、空気流れ下流側の下方部分がスタック温調器２３を構成している。なお、内筒壁Ｗｉおよび中間筒壁Ｗｍには、暖機用バーナ５０で生成される燃焼ガスを、中間筒壁Ｗｍと外筒壁Ｗｏとの間に形成される電池収容空間ＢＳに導くための連通路ＰＧが形成されている。

中間筒壁Ｗｍと外筒壁Ｗｏとの間に形成される空間は、下方部分がセルスタックＣＳを収容する電池収容空間ＢＳを構成し、上方部分が改質器３４、オフガス燃焼器６０等を収容する機器収容空間ＤＳを構成している。なお、オフガス燃焼器６０の熱がセルスタックＣＳに直接的に伝わるのを抑制するため、電池収容空間ＢＳおよびＤＳとの間には、仕切板ＳＰおよび断熱材ＨＩが配置されている。

複数のセルスタックＣＳには、それぞれ、空気経路２０を構成する配管、燃料経路３０を構成する配管、オフ燃料流路６２を構成する配管が接続されている。また、複数のセルスタックＣＳは、電池収容空間ＢＳにオフ空気を排出するようになっている。このため、電池収容空間ＢＳは、オフ空気流路６１の一部を構成している。

図３に示すように、電池収容空間ＢＳには、複数のセルスタックＣＳが断熱容器ＩＣの軸心ＣＬを中心に放射状に配置されている。複数のセルスタックＣＳは、電池収容空間ＢＳにおいて、軸心ＣＬの周方向に等間隔あけて配置されている。なお、複数のセルスタックＣＳ同士の間隔は、一致している必要はなく、一部が異なっていてもよい。

図４に示すように、機器収容空間ＤＳには、改質器３４、オフガス燃焼器６０、燃焼触媒７１等が配置されている。機器収容空間ＤＳには、断熱容器ＩＣの軸心ＣＬに近い側に改質器３４が配置され、改質器３４よりも軸心ＣＬから離れた位置にオフガス燃焼器６０が配置されている。

オフガス燃焼器６０の燃焼部６３には、オフ空気流路６１およびオフ燃料流路６２を介してオフ空気およびオフ燃料が供給される。オフ燃料流路６２は、仕切板ＳＰおよび断熱材ＨＩを貫通する配管によって構成されている。

ここで、オフガス燃焼器６０に対してオフ空気の全量が導入される構成は、オフガス燃焼器６０における空気比（＝実空気量／理論空気量）が大きくなり過ぎることで、燃焼に寄与しないオフ空気が増え、熱損失（すなわち、温度低下）が過大となってしまう。

このことを加味して、オフ空気流路６１は、オフ空気の一部を一次空気として燃焼部６３に流す一次空気流路６１１と、オフ空気における一次空気を除く他の空気を二次空気として燃焼部６３を迂回して流す二次空気流路６１２と、を含んでいる。一次空気流路６１１および二次空気流路６１２は、仕切板ＳＰおよび断熱材ＨＩを貫通する貫通穴を含んでいる。一次空気流路６１１および二次空気流路６１２は、オフガス燃焼器６０における空気比が狙いの値（実空気量が理論空気量よりも若干多くなる値）になるように、それぞれの流路断面積が設定されている。なお、一次空気流路６１１の一部を構成する貫通穴が、一次空気流路６１１の導入部６１１ａを構成している。

図５に示すように、オフガス燃焼器６０には、燃焼部６３が複数設けられている。本実施形態のオフガス燃焼器６０には、セルスタックＣＳと同数の燃焼部６３が設けられている。複数の燃焼部６３は、セルスタックＣＳと同様に、断熱容器ＩＣの軸心ＣＬを中心に放射状に配置されている。

図６に示すように、複数の燃焼部６３は、オフ空気およびオフ燃料を混合して着火させる燃焼室６３１および当該燃焼室６３１で生成されるオフ燃焼ガスが流れる燃焼流路６３２を有する。

複数の燃焼室６３１は、機器収容空間ＤＳにおいて、軸心ＣＬの周方向に等間隔あけて配置されている。なお、複数の燃焼室６３１同士の間隔は、一致している必要はなく、一部が異なっていてもよい。

具体的には、図７に示すように、燃焼室６３１には、オフ燃料流路６２におけるオフ燃料の導出部を構成する導出配管６２１が配置されている。導出配管６２１には、側壁にガス噴射口６２１ａ、６２１ｂが２箇所形成されている。なお、ガス噴射口６２１ａ、６２１ｂの数は、２つに限らず、任意に設定可能である。

導出配管６２１の周囲には、オフ燃料の噴出方向を規定するガイド６３３が設けられている。このガイド６３３は、縦にスリット穴が形成されたＣ字形状の管で構成されている。オフ燃料流路６２を流れるオフ燃料は、導出配管６２１のガス噴射口６２１ａ、６２１ｂから噴射された後、ガイド６３３によって軸心ＣＬの周方向に一方に向けて流れる。

また、燃焼室６３１には、一次空気流路６１１の導出部６１１ｂが開口している。これにより、燃焼室６３１では、オフ空気およびオフ燃料が混合される。そして、燃焼室６３１の温度がオフ空気およびオフ燃料の混合ガスが自着火する自着火領域に達すると、混合ガスが燃焼室６３１で燃焼される。

燃焼室６３１で生じたオフ燃焼ガスは、燃焼室６３１に連なる燃焼流路６３２を流れる。燃焼流路６３２には、周方向において隣り合う燃焼室６３１付近に昇温部６４に連通する連通穴６３２ａが形成されている。燃焼流路６３２を流れるオフ燃焼ガスは、連通穴６３２ａを介して昇温部６４に流れる。

ここで、燃焼室６３１におけるオフ燃料が自着火する領域は、図８におけるドット柄で示す自着火領域となる。オフ燃料は、オフ空気（本例では、一次空気）の温度が高いとオフ燃料中の水素濃度が低くても自着火するが、オフ空気の温度が低い場合はオフ燃料中の水素濃度が低いと自着火しない。このため、燃焼部６３における自着火領域を拡大する上では、燃焼部６３により高い温度のオフ空気を供給することが望ましい。なお、自着火領域は、複数の燃焼室６３１においてある程度のバラツキがある。

これらを加味して、オフガス燃焼器６０は、燃焼部６３で生ずる熱を利用して、オフ空気を燃焼室６３１に流す前に予熱可能に構成されている。図９に示すように、オフガス燃焼器６０の一次空気流路６１１は、オフ燃焼ガスの熱が一次空気に伝わるように燃焼部６３の燃焼流路６３２に対して隣接して配置されている。なお、一次空気流路６１１は、燃焼室６３１の熱が一次空気に伝わるように燃焼室６３１に対して隣接して配置されるようになっていてもよい。

具体的には、図１０に示すように、一次空気流路６１１は、燃焼部６３の燃焼流路６３２の下方に設定されている。一次空気流路６１１および燃焼流路６３２は、オフ燃焼ガスの熱を一次空気に伝える予熱板６５によって区画されている。この予熱板６５は、断面コの字形の基材の底部に上方に突き出る凸部が形成されたものである。本実施形態の予熱板６５は、一枚の金属製の長板を板金曲げ加工等のプレス成形によって短手方向の断面を略Ｍ字状に成形した成形材６５１によって構成されている。予熱板６５は、スポット溶接ＳＷによって仕切板ＳＰ等の周囲の部材に対して固定されている。これによると、一次空気流路６１１および燃焼流路６３２を別個に設ける場合に比べて、一次空気流路６１１を流れる一次空気および燃焼流路６３２を流れるオフ燃焼ガスを効率的に熱交換可能な構造を簡易に実現することができる。

ここで、燃焼部６３は、セルスタックＣＳと同数設けられている。このため、オフガス燃焼器６０は、複数のセルスタックＣＳのうち最も近いものから燃焼部６３にオフ燃料および一次空気を供給する構成とすることが考えられる。例えば、複数の燃焼部６３のうち、所定の一次空気流路６１１の導入部６１１ａに最も近いものを近接燃焼部としたとする。このとき、近接燃焼部に対して前記所定の一次空気流路６１１の導入部６１１ａに対応する導出部６１１ｂから一次空気を導出することが考えれられる。

しかしながら、このような構成とする場合、セルスタックＣＳと近接燃焼部とが接近することで、オフ燃焼ガスと一次空気とを熱交換させる区間を確保することが困難となる。また、例えば、一次空気流路６１１をＵターン等により延長して、オフ燃焼ガスと一次空気とを熱交換させる区間を確保すると、一次空気流路６１１の流路構造が複雑化してしまう。

そこで、本実施形態の一次空気流路６１１は、近接燃焼部以外の他の燃焼部に導入部６１１ａから導入された一次空気が導出されるように導出部６１１ｂの位置が設定されている。

図９に示すように、一次空気流路６１１は、一次空気流路６１１を流れる一次空気が近接燃焼部における燃焼流路６３２を流れるオフ燃焼ガスと熱交換するように、少なくとも一部が近接燃焼部における燃焼流路６３２に隣接して配置されている。具体的には、一次空気流路６１１は、近接燃焼部の燃焼流路６３２から受熱した一次空気が、近接燃焼部に隣り合う燃焼部６３の一方に一次空気が導出されるように、近接燃焼部における燃焼流路６３２に隣接して配置されている。

ここで、一次空気流路６１１および燃焼流路６３２は、一次空気とオフ燃焼ガスとが並行流となるように、同じ方向に延在するように設けられている。これによると、一次空気流路６１１、燃焼室６３１、燃焼流路６３２におけるガス流れの向きが揃い易くなるので、燃焼部６３におけるオフ燃料ガスの逆流等による圧力損失を抑制することができる。

燃焼流路６３２を通過したオフ燃焼ガスは、連通穴６３２ａを介して昇温部６４に流れる。昇温部６４は、燃焼流路６３２を通過後のオフ燃焼ガスを改質器３４と熱交換させて改質器３４を昇温させる熱交換部として構成されている。具体的には、この昇温部６４は、仕切板ＳＰや断熱材ＨＩと改質器３４との間に設けた隙間流路６４１で構成されている。隙間流路６４１にオフ燃焼ガスが流れる際に、オフ燃焼ガスの熱が改質器３４に伝わることで改質器３４が昇温する。

昇温部６４には、オフ空気流路６１の二次空気流路６１２が接続されている。換言すれば、二次空気流路６１２は、二次空気の熱が改質器３４に伝わるように昇温部６４に接続されている。具体的には、図６および図１１に示すように、二次空気流路６１２は、仕切板ＳＰや断熱材ＨＩのうち、昇温部６４を構成するとともに改質器３４と対向する部位に、下流側の端部が開口している。

二次空気流路６１２は、例えば、昇温部６４におけるオフ燃焼ガスと二次空気との温度差が所定温度（例えば、１０～２０℃）以内になると想定される部位に下流側の端部の開口が設定されている。これによると、二次空気とオフ燃焼ガスとの混合に伴う温度変動が抑制され、改質器３４の温度ムラの発生を抑制することができる。

昇温部６４を通過したオフ燃焼ガスは、排気経路７０を介して断熱容器ＩＣの外部に排気される。排気経路７０は、中間筒壁Ｗｍと断熱材ＨＩとの間に形成された第１経路７０１、上壁Ｗｕと断熱材ＨＩとの間に形成された第２経路７０２を含んでいる。

第１経路７０１は、内筒壁Ｗｉと中間筒壁Ｗｍとの間に形成される空気流路に隣接して設けられており、オフ燃焼ガスと内筒壁Ｗｉと中間筒壁Ｗｍとの間を流れる空気を熱交換させて当該空気を昇温させる。第１経路７０１は、空気予熱器２２の一部を構成している。

第２経路７０２には、燃焼触媒７１が配置されている。燃焼触媒７１における触媒反応は吸熱反応である。このため、燃焼触媒７１は、オフ燃焼ガスから吸熱できるように、オフ燃焼ガスが流れる第２経路７０２に配置されている。なお、燃焼触媒７１は、過度に高温度になると触媒の劣化が促進される。このため、高温の燃焼部６３の熱が直に作用しないように、燃焼触媒７１と燃焼部６３との間には、断熱材ＨＩが配置されている。

次に、燃料電池システム１の電子制御部を構成する制御装置１００について図１を参照しつつ説明する。制御装置１００は、プロセッサ、メモリを含むマイクロコンピュータと、その周辺回路で構成されている。制御装置１００は、メモリに記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い出力側に接続された各種制御機器の作動を制御する。

制御装置１００の入力側には、電池温度センサ１００ａ、改質温度センサ１００ｂ、失火センサ１００ｃを含むセンサ群が接続されており、当該センサ群の検出結果が制御装置１００に入力されるようになっている。失火センサ１００ｃは、温度センサや火炎検出器で構成されている。

また、制御装置１００には、インバータＩＮＶや図示しない操作パネルが接続されている。操作パネルには、燃料電池１０の発電をオンオフするためのスタートスイッチ、燃料電池１０の作動状態を表示するディスプレイ等が設けられている。

一方、制御装置１００の出力側には、制御機器として、圧送ブロワ２１、燃料ポンプ３１、水ポンプ４１、起動用ブロワ５２、起動用ポンプ５３等が接続されている。これら制御機器は、制御装置１００から出力される制御信号に応じて、その作動が制御される。

次に、燃料電池システム１の全体的な作動について説明する。燃料電池１０のスタートスイッチがオンされると、制御装置１００は、初期暖機処理、ＣＳ還元処理、暖機促進処理を含むセルＣの起動処理を実行する。

初期暖機処理は、セルスタックＣＳを含む各種機器を適温に昇温させる処理である。制御装置１００は、初期暖機処理時に、起動用ブロワ５２および起動用ポンプ５３を作動させて、暖機ガス流路５１に燃料および空気を供給する。この状態で暖機用バーナ５０を点火して高温の燃焼ガスを生成する。

スタック温調器２３は、暖機ガス流路５１に隣接して設けられている。このため、暖機ガス流路５１を流れる燃焼ガスによってスタック温調器２３を流れる空気が昇温する。スタック温調器２３で昇温した空気はセルスタックＣＳに供給される。これらにより、セルスタックＣＳが加熱される。

初期暖機処理の開始後、所定の改質可能条件が成立すると、制御装置１００は、セルスタックＣＳの昇温に伴うセルスタックＣＳの酸化を抑制するＣＳ還元処理を実行する。なお、改質可能条件は、例えば、水蒸発器４２が水蒸気を生成可能な温度（例えば、１００℃）に達するとともに、改質器３４が燃料ガスを生成可能な温度（例えば、３００℃）に達した際に成立する条件になっている。

制御装置１００は、ＣＳ還元処理時に、水蒸発器４２に水が供給されるように水ポンプ４１を制御するとともに、改質器３４に燃料が供給されるように燃料ポンプ３１を制御する。これにより、燃料および水蒸気が改質器３４に供給される。改質器３４では、燃料および水蒸気の混合ガスが供給されると、前述の反応式Ｆ５、Ｆ６に示す反応により燃料ガス（水素、一酸化炭素）が生成される。改質器３４で生成された燃料ガスは、セルスタックＣＳに供給される。これにより、セルスタックＣＳの酸化が抑制される。具体的には、セルＣの燃料極に対して燃料ガスが供給されることで、燃料極の酸化劣化が抑制される。

ＣＳ還元処理を開始した後、所定の暖機促進条件が成立すると、制御装置１００は、セルスタックＣＳを含む各種機器の暖機を促進させる暖機促進処理を実行する。なお、暖機促進条件は、例えば、セルスタックＣＳの温度が、セルスタックＣＳの内部抵抗が低下する温度（例えば、４５０℃）に達した際に成立する条件になっている。

暖機促進処理を開始した後、所定の発電条件が成立すると、制御装置１００は、燃料電池１０に発電動作を行わせる発電処理を実行する。なお、発電条件は、例えば、セルＣが燃料電池１０の発電に適した温度（例えば、５００℃以上）に達した際に成立する条件になっている。

制御装置１００は、発電処理時に、燃料電池１０に対して発電に適した量の空気および燃料ガスが供給されるように圧送ブロワ２１、燃料ポンプ３１、水ポンプ４１を制御する。また、制御装置１００は、暖機用バーナ５０、起動用ブロワ５２、起動用ポンプ５３をオフする。

これにより、改質器３４で生成された燃料ガスが各セルスタックＣＳに供給される。また、圧送ブロワ２１から吹き出される空気は、空気予熱器２２に流入して昇温した後、スタック温調器２３に流入する。スタック温調器２３に流入した空気は、燃料電池１０から吸熱して燃料電池１０の温度付近まで昇温した後に各セルスタックＣＳに供給される。

各セルスタックＣＳに対して酸化剤ガスおよび燃料ガスが供給されると、セルＣは、前述の反応式Ｆ１～Ｆ４に示す反応により電気エネルギを出力する。そして、セルスタックＣＳから排出されるオフガスは、オフガス燃焼器６０で燃焼される。

具体的には、オフガス燃焼器６０では、図１１の矢印Ｆに示すように、オフ燃料がオフ燃料流路６２を介して燃焼部６３に供給される。オフ燃料は、セルスタックＣＳから排出されるので、セルスタックＣＳと同程度の温度（例えば、６３０℃程度）になっている。

オフ空気は、一次空気が図１１の矢印Ａ１に示すように一次空気流路６１１を介して燃焼部６３に供給され、二次空気が図１１の矢印Ａ２に示すように二次空気流路６１２を介して昇温部６４に供給される。オフ空気流路６１に流入する一次空気および二次空気は、セルスタックＣＳと同程度の温度（例えば、６３０℃程度）になっている。

一次空気流路６１１は、燃焼部６３の燃焼流路６３２と隣接しているので、燃焼流路６３２を流れるオフ燃焼ガスによって一次空気が予熱される。これにより、一次空気流路６１１では、導入部６１１ａ側の一次空気の温度（例えば、６３０℃程度）よりも導出部６１１ｂ側の一次空気の温度（例えば、７００℃程度）の方が高くなる。これにより、例えば、図８に示すように、燃焼部６３に供給されるオフ空気の温度が高くなることで、燃焼部６３でオフ燃料の自着火が生じ易い状況となる。

燃焼部６３の燃焼室６３１では、オフ燃料と一次空気との混合ガスが燃焼し、高温（例えば、９００℃程度）のオフ燃焼ガスが生成される。このオフ燃焼ガスは、図１１の矢印Ｈ１に示すように、燃焼部６３の燃焼流路６３２を通過後に昇温部６４に流れる。改質器３４は、昇温部６４を流れるオフ燃焼ガスから受熱して所定の温度（例えば、６２０℃程度）まで昇温する。一方、オフ燃焼ガスは、改質器３４に放熱することで、所定の温度まで低下する。

昇温部６４を通過後のオフ燃焼ガスは、図１１の矢印Ｈ２に示すように、排気経路７０に流入する。排気経路７０を流れるオフ燃焼ガスは、セルスタックＣＳに供給する空気、燃焼触媒７１等に放熱した後、断熱容器ＩＣの外部に排気される。

以上説明したオフガス燃焼器６０および燃料電池システム１は、オフ空気流路６１が、オフ空気の一部を一次空気として燃焼部６３に流す一次空気流路６１１と、オフ空気の残りを二次空気として燃焼部６３を迂回して流す二次空気流路６１２と、を含んでいる。これらによると、オフ空気の全量ではなく、一部がオフガス燃焼器６０に導入される構成になっているので、オフガス燃焼器６０における空気比（＝実空気量／理論空気量）が大きくなり過ぎることが抑制される。これにより、オフガス燃焼器６０における過剰な空気による熱損失（すなわち、温度低下）が抑制され、オフガス燃焼器６０での燃焼が安定するので、改質器３４を適切に昇温させることができる。

また、本実施形態のオフガス燃焼器６０は、以下の効果が得られる。

（１）燃焼部６３は、オフ空気およびオフ燃料を混合して着火させる燃焼室６３１、燃焼室６３１で生成されるオフ燃焼ガスが流れる燃焼流路６３２を有する。そして、一次空気流路６１１は、オフ燃焼ガスの熱が一次空気に伝わるように燃焼室６３１および燃焼流路６３２の少なくとも一方に対して隣接して配置されている。このように、オフ燃焼ガスの熱により一次空気を昇温させる構成とすれば、オフ燃料を燃焼可能な自着火領域が広がることで、燃焼室６３１におけるオフ燃料が希薄であっても燃焼させることができる。また、一次空気が受け取る熱は、燃焼部６３で循環するだけなので、熱損失を起こすことなく、燃焼室６３１におけるオフガスの燃焼性の改善を図ることができる。さらに、セルスタックＣＳのガス消費量を増やしてもオフガス燃焼器６０で燃焼させることができるので、燃料電池１０の発電効率を向上させることができる。

（２）燃焼部６３は、複数設けられている。一次空気流路６１１は、一次空気の導入部６１１ａおよび導出部６１１ｂを含んでいる。複数の燃焼部６３における一次空気の導入部６１１ａの最も近くにあるものを近接燃焼部としたとする。このとき、当該近接燃焼部以外の他の燃焼部に一次空気の導入部６１１ａから導入された一次空気が導出されるように一次空気の導出部６１１ｂの位置が設定されている。これによれば、一次空気流路６１１における近接燃焼部側から他の燃焼部に至る区間の一部を近接燃焼部の燃焼流路６３２を流れるオフ燃焼ガスと一次空気流路６１１を流れる一次空気とを熱交換させる区間として利用することができる。このため、一次空気流路６１１の流路構造の簡素化を図ることができる。

（３）一次空気流路６１１は、一次空気流路６１１を流れる一次空気が近接燃焼部における燃焼流路６３２を流れるオフ燃焼ガスと熱交換するように、少なくとも一部が近接燃焼部における燃焼流路６３２に隣接して配置されている。これによると、一次空気流路６１１を流れる一次空気を近接燃焼部の燃焼流路６３２を流れるオフ燃焼ガスと熱交換させて昇温させることができる。また、例えば、他の燃焼部が失火した場合、近接燃焼部の熱によって昇温された一次空気が他の燃焼部に供給されることで、他の燃焼部での再着火を促すことが可能となる。また、例えば、近接燃焼部が恒久的に失火した場合、一次空気が昇温されることなく他の燃焼部に供給され、他の燃焼部が失火し易くなるため、失火センサ１００ｃを一箇所設置しておけば、全ての燃焼部６３の失火を判断することが可能となる。

（４）背景技術に挙げた特許文献１では、オフガスを燃焼させた際の炎によって直に改質器３４を加熱する構成になっている。このような構成では、改質器３４における炎に晒される部分と炎に晒されない部分との温度差に起因して温度ムラが発生してしまう。特に、改質器３４における炎に晒される部分は、局所的に高温となることで、改質触媒が劣化し易くなってしまう。

これに対して、本開示のオフガス燃焼器６０では、昇温部６４にてオフ燃焼ガスと改質器３４とを熱交換させて改質器３４を昇温させる構成になっているので、炎によって直に改質器３４を加熱する構成に比べて、改質器３４の温度ムラを抑制することができる。この結果、改質器３４における局所的な触媒劣化を抑制することができる。

（５）オフガス燃焼器６０のオフ空気流路６１は、オフ空気における一次空気を除く他の空気を二次空気として燃焼部６３を迂回して流す二次空気流路６１２を含んでいる。これによると、これにより、オフガス燃焼器６０における空気比が大きくなり過ぎることが抑制される。

（６）二次空気流路６１２は、二次空気の熱が改質器３４に伝わるように昇温部６４に接続されている。このように、二次空気流路６１２を流れる二次空気の熱が改質器３４に伝わる構成とすれば、改質器３４に放熱する流体の流量を確保できるので、改質器３４を適切に昇温させることができる。また、燃焼部６３における燃焼反応が完了した後のオフ燃焼ガスに二次空気を合流させるので、二次空気の合流によって燃焼部６３の燃焼性が悪化することはない。

（実施形態の変形例）
（１）上述の実施形態で示した予熱板６５は、一次空気流路６１１と燃焼流路６３２とを仕切る部位が平坦になっているが、当該部位が凹凸になっているほうが望ましい。一次空気流路６１１と燃焼流路６３２とを仕切る部位が凹凸になっていると、伝熱面積が拡大するだけでなく、ガス流れが乱れることで、ガス流れ表面の温度境界層が小さくなるので、伝熱性を向上させることができる。

（２）上述の実施形態のオフガス燃焼器６０は、各燃焼部６３からのオフ燃料ガスを一時的に貯めるバッファタンクを設け、当該バッファタンクからオフ燃料ガスを昇温部６４に流すようになっていることが望ましい。これは、昇温部６４に供給するオフ燃焼ガスの温度が均一になることで、改質器３４を均等に加熱できるからである。

（他の実施形態）
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。

上述の実施形態の如く、一次空気流路６１１は、オフ燃焼ガスの熱が一次空気に伝わるように燃焼室６３１および燃焼流路６３２の少なくとも一方に対して隣接して配置されていることが望ましいが、これに限定されない。一次空気流路６１１は、オフ燃焼ガスの熱が一次空気に伝わるように構成されていなくてもよい。

また、一次空気流路６１１は、例えば、オフ燃焼ガスの熱が一次空気に伝わるように構成されていれば、オフ空気の一部ではなくオフ空気の全量が流れるように構成されていてもよい。一次空気流路６１１は、常にオフ空気の一部が流れるのではなく、一時的にオフ空気の一部が流れるようになっていてもよい。

上述の実施形態では、燃焼部６３がセルスタックＣＳと同様に複数設けられているものを例示したがこれに限定されない。燃焼部６３は、１つでもよいし、セルスタックＣＳと異なる数になっていてもよい。

上述の実施形態の如く、オフガス燃焼器６０は、昇温部６４にてオフ燃焼ガスと改質器３４とを熱交換させて改質器３４を昇温させる構成になっていることが望ましいが、これに限定されない。オフガス燃焼器６０は、例えば、燃焼部６３の熱が直に改質器３４を作用するように構成されていてもよい。

上述の実施形態の如く、二次空気流路６１２は、二次空気の熱が改質器３４に伝わるように昇温部６４に接続されていることが望ましいが、これに限定されない。二次空気流路６１２は、例えば、排気経路７０に接続されていてもよい。なお、二次空気流路６１２は、必須ではない。

上述の実施形態は、燃料電池システム１は、上記したものと異なる構成になっていてもよい。特に、上述の実施形態では、ホットモジュールＨＭについて詳細な構成および各種構成の配置態様を説明したが、上記のものに限定されない。例えば、複数のセルスタックＣＳは、断熱容器ＩＣの内側において所定方向に列をなすように並べられていてもよい。
一次空気流路６１１と燃焼流路６３２とが予熱板６５とは異なる部材によって仕切られていてもよい。

上述の実施形態では、本開示のオフガス燃焼器６０を固体酸化物型の燃料電池１０を備える燃料電池システム１に適用した例について説明したが、オフガス燃焼器６０の適用対象はこれに限定されない。オフガス燃焼器６０は、例えば、固体電解質膜を有する燃料電池（すなわち、ＰＥＦＣ）等の他の燃料電池を備えるシステムに広く適用できる。

上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。

上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。

１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池
３４ 改質器
６０ オフガス燃焼器
６１ オフ空気流路
６１１ 一次空気流路
６１２ 二次空気流路
６３ 燃焼部
６４ 昇温部

Claims (10)

1. 燃料電池（１０）から排出されるオフガスであるオフ空気およびオフ燃料を燃焼させるオフガス燃焼器であって、
   前記オフ空気および前記オフ燃料を混合して燃焼させる燃焼部（６３）と、
   前記燃料電池の燃料となる改質ガスを生成する改質器（３４）を前記燃焼部で生ずる熱を利用して昇温させる昇温部（６４）と、
   前記燃料電池から排出される前記オフ空気が流れるオフ空気流路（６１）と、を備え、
   前記オフ空気流路は、前記オフ空気の少なくとも一部を一次空気として前記燃焼部に流す一次空気流路（６１１）を含んでおり、
   前記燃焼部は、前記オフ空気および前記オフ燃料を混合して着火させる燃焼室（６３１）、前記燃焼室で生成されるオフ燃焼ガスが流れる燃焼流路（６３２）を有し、
   前記一次空気流路は、オフ燃焼ガスの熱が前記一次空気に伝わるように前記燃焼室および前記燃焼流路の少なくとも一方に対して隣接して配置されている、オフガス燃焼器。
2. 燃料電池（１０）から排出されるオフガスであるオフ空気およびオフ燃料を燃焼させるオフガス燃焼器であって、
   前記オフ空気および前記オフ燃料を混合して燃焼させる燃焼部（６３）と、
   前記燃料電池の燃料となる改質ガスを生成する改質器（３４）を前記燃焼部で生ずる熱を利用して昇温させる昇温部（６４）と、
   前記燃料電池から排出される前記オフ空気が流れるオフ空気流路（６１）と、を備え、
   前記オフ空気流路は、前記オフ空気の一部を一次空気として前記燃焼部に流す一次空気流路（６１１）を含んでいる、オフガス燃焼器。
3. 前記燃焼部は、前記オフ空気および前記オフ燃料を混合して着火させる燃焼室（６３１）、前記燃焼室で生成されるオフ燃焼ガスが流れる燃焼流路（６３２）を有し、
   前記一次空気流路は、オフ燃焼ガスの熱が前記一次空気に伝わるように前記燃焼室および前記燃焼流路の少なくとも一方に対して隣接して配置されている、請求項２に記載のオフガス燃焼器。
4. 前記燃焼部は、複数設けられ、
   前記一次空気流路は、前記一次空気の導入部（６１１ａ）および導出部（６１１ｂ）を含み、複数の前記燃焼部における前記導入部の最も近くにあるものを近接燃焼部としたとき、当該近接燃焼部以外の他の燃焼部に前記導入部から導入された前記一次空気が導出されるように前記導出部の位置が設定されている、請求項１または３に記載のオフガス燃焼器。
5. 前記一次空気流路は、前記一次空気流路を流れる前記一次空気が前記近接燃焼部における前記燃焼流路を流れるオフ燃焼ガスと熱交換するように、少なくとも一部が前記近接燃焼部における前記燃焼流路に隣接して配置されている、請求項４に記載のオフガス燃焼器。
6. 前記昇温部は、前記燃焼部を通過後のオフ燃焼ガスを前記改質器と熱交換させて前記改質器を昇温させる熱交換部として構成されている、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のオフガス燃焼器。
7. 前記オフ空気流路は、前記オフ空気における前記一次空気を除く他の空気を二次空気として前記燃焼部を迂回して流す二次空気流路（６１２）を含んでいる、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のオフガス燃焼器。
8. 前記二次空気流路は、前記二次空気の熱が前記改質器に伝わるように前記昇温部に接続されている、請求項７に記載のオフガス燃焼器。
9. 燃料電池システムであって、
   燃料電池（１０）と、
   前記燃料電池から排出されるオフガスを燃焼させるオフガス燃焼器（６０）と、
   前記燃料電池の燃料となる改質ガスを生成する改質器（３４）と、を備え、
   前記オフガス燃焼器は、オフガスであるオフ空気およびオフ燃料を混合して燃焼させる燃焼部（６３）と、前記改質器を前記燃焼部で生ずる熱を利用して昇温させる昇温部（６４）と、前記燃料電池から排出される前記オフ空気が流れるオフ空気流路（６１）と、を含み、
   前記オフ空気流路は、前記オフ空気の少なくとも一部を一次空気として前記燃焼部に流す一次空気流路（６１１）を含んでおり、
   前記燃焼部は、前記オフ空気および前記オフ燃料を混合して着火させる燃焼室（６３１）、前記燃焼室で生成されるオフ燃焼ガスが流れる燃焼流路（６３２）を有し、
   前記一次空気流路は、オフ燃焼ガスの熱が前記一次空気に伝わるように前記燃焼室および前記燃焼流路の少なくとも一方に対して隣接して配置されている、燃料電池システム。
10. 燃料電池システムであって、
    燃料電池（１０）と、
    前記燃料電池から排出されるオフガスを燃焼させるオフガス燃焼器（６０）と、
    前記燃料電池の燃料となる改質ガスを生成する改質器（３４）と、を備え、
    前記オフガス燃焼器は、オフガスであるオフ空気およびオフ燃料を混合して燃焼させる燃焼部（６３）と、前記改質器を前記燃焼部で生ずる熱を利用して昇温させる昇温部（６４）と、前記燃料電池から排出される前記オフ空気が流れるオフ空気流路（６１）と、を含み、
    前記オフ空気流路は、前記オフ空気の一部を一次空気として前記燃焼部に流す一次空気流路（６１１）を含んでいる、燃料電池システム。

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