JP4051026B2 - 燃料電池に用いられる水素供給装置 - Google Patents

Description

本発明は燃焼装置及び燃料電池に用いられる水素供給装置に関するものである。

燃料電池は、水素を空気中の酸素と電気化学的に反応させることによって直接電気を発生させる装置であり、ＮＯｘやＣＯ_２の発生量が少ないことから、環境負荷が非常に小さいエネルギー源として注目されている。

また、燃料電池には使用する電解質によっていくつかの種類があるが、中でも特に固体高分子型燃料電池は小型で作動温度も低く、更に低騒音であることから、家庭用分散型電源として大いに期待されている技術である。

ところで、水素を作る炭化水素等の原燃料（水素原料）、つまり燃料電池の燃料としては天然ガスやガソリン、灯油等種々検討されているが、家庭用分散型電源としては、全国各地に供給インフラが整っている灯油に期待が集まっている。

図６は燃料電池で使用される水素の原料に灯油を採用した場合のシステムを表した図であって、脱硫部Ａ、改質反応を起こして水素主成分の改質ガスを生成する改質部Ｂ、シフト反応部Ｃ、ＣＯ選択酸化部Ｄにより高純度の水素主成分の改質ガスを得、燃料電池の水素極に供給するように構成されている。

改質部は、水素原料を気化させる気化器と、該気化器により気化された水素原料の改質を行う触媒層を有する構成であり、水素原料として灯油を用いた場合、この改質部には概ね８００℃程度の作動温度が必要となる。そのため、燃料電池の起動時及び発電運転時の作動温度維持を目的とした、改質部を加熱するための燃焼部が不可欠となる。

この燃焼部は、燃料電池の起動時には灯油等の燃料を燃焼させることで改質部を昇温させ、発電運転時には燃料電池の水素極より排出される水素極排ガスを燃料として燃焼させることで、該改質部を所定の温度に維持する機能を有している。

以上のように、この燃焼部には、灯油及び水素極排ガスの２種類の燃料が燃焼可能であることが求められ、また同時に、燃料電池起動時間に直接影響する着火時間の短縮や、ＮＯｘ・ＣＯ_２排出量の低減による環境負荷の軽減、さらには小型・安価で安全性・耐久性においても高い水準が要求されている。

ここで、灯油を燃料とした従来から提案される燃焼部（例えば特開平７−２３７９０２号）を、図７、図８、図９を参照しながら説明する。

まず、図７は、燃料電池システムの概略図であり、図に示すように、この燃料電池システムは、水素極と空気極とを有する燃料電池１、灯油を改質して高純度の水素主成分の改質ガスを生成する改質部２、この改質部２を加熱する燃焼部３、この燃焼部３に灯油を供給するための灯油供給通路４、燃焼部３に燃焼用空気を供給するための送風通路５、改質部２に水素原料としての灯油を供給するための水素原料供給通路６、改質部２により生成された水素主成分の改質ガスを燃料電池の水素極に供給するための水素ガス供給通路７、未反応の水素ガスを含有し水素極から排出される水素極排ガスを燃焼部３に供給するための排ガス供給通路８、燃料電池の空気極に空気を供給する空気供給通路９、空気極から排出される空気極排ガスが通過する排ガス通路10を有している。尚、図７において、脱硫部Ａ、シフト反応部Ｃ、ＣＯ選択酸化部Ｄは図示省略している。

次に、この燃料電池システムに係る燃焼部３の構造および機能を説明する。

燃焼部３は、図８に図示したように周囲が保温材31で覆われた有底円筒形のバーナ室32を有し、内部には有底円筒形のバーナボディ33が設けられている。

このバーナボディ33には送風通路５を介して一次空気を供給する一次空気供給口34が接続されている。さらに一次空気供給口34の内部には、灯油を噴霧する細径の灯油ノズル部35が備えられている。

また、バーナボディ33の外部壁面には、バーナボディ33を灯油の気化が可能な温度にまで昇温させるための加熱ヒータ36が設けられており、バーナボディ33の上部には気化した灯油（燃焼用ガス）と一次空気を混合した燃焼用混合ガスが噴出する混合ガス噴出孔37を有した炎孔板38が設けられている。

また、送風通路５からはもう一つ分岐された二次空気供給通路39が設けられており、この通路はバーナ室32内に連通している。そして、バーナボディ33の上部には二次空気供給口40が設けられ、二次空気供給通路39を通った空気は二次空気供給口40から噴出する。

また、バーナ室32には、前記排ガス供給通路８が配管されており、この排ガス供給通路８を通過した水素極排ガスは、炎孔板38の上方に設けられた排ガス噴出孔41から噴出する構成となっている。

次に、上記構成の燃料電池システムにおける作動を説明する。

運転操作を開始すると、まず燃焼部３における加熱ヒータ36に通電し、バーナボディ33を予め設定した気化可能温度まで昇温させると、図示しない温度センサーがこれを検知し、送風通路５を介して燃焼に用いられる空気の供給が開始されるとともに、灯油の供給も開始される。

供給された灯油は、流速を増すために先細の形状とした一次空気供給口34における空気流速によるせん断力と灯油ノズル部35からの噴出力により、細かい霧状となってバーナボディ33の内部壁面に噴霧される。

この時、バーナボディ33は灯油が気化可能な温度にまで加熱されているので、内部壁面に噴霧された灯油は瞬時に気化し、一次空気と混合して燃焼用混合ガスとなり、この燃焼用混合ガスは炎孔板38に設けられた混合ガス噴出孔37から噴出し、図示しない着火手段によって着火・燃焼を開始する。

着火後、燃焼火炎はバーナボディ33の上部に配置された二次空気供給口40から噴出する二次空気と併用して燃焼する。

以上のような燃料部３の作動により改質部２が加熱され、改質部２が所定の温度に達した時点から、水素主成分の改質ガスの生成が開始される。この改質部２で生成された水素主成分の改質ガスは、水素ガス供給通路７を通って燃料電池１の水素極に供給される一方、空気供給通路９を通って、空気極に空気が供給され、発電運転を開始する。この水素極に供給された水素主成分の改質ガスは全てが発電に消費されるものではなく、数１０％程度の未反応水素ガスを含有したまま水素極排ガスとして排出される。この水素極排ガスは排ガス供給通路８を通って炎孔板38の上部に配置された排ガス噴出孔41より噴出される。

排ガス噴出孔41より噴出した水素極排ガスは、炎孔板38に設けられた混合ガス噴出孔37に形成されている燃焼用混合ガスの火炎Ｆ１と接触することで着火して火炎Ｆ２となり、よって、灯油（燃焼用ガス）と一次空気とで作出された燃焼用混合ガスと水素極からの水素極排ガス両方による燃焼が開始される。両者の火炎Ｆ１，Ｆ２は、二次空気供給口40から供給されている二次空気を取り込むことで燃焼し、改質部２の加熱を行なう（図９参照：図９中の実線矢印は空気、一点鎖線矢印は燃焼用混合ガス、二点鎖線矢印は水素極排ガスの流れを示している。）。

この後、水素極排ガスの燃焼が安定した時点で灯油の供給を停止し、燃焼部３は水素極排ガス単独での燃焼に切り替わる。水素極排ガス単独燃焼では、混合ガス噴出孔37から噴出するのは灯油燃料を含まない空気（一次空気）だけとなり、この空気（一次空気）とバーナボディ33の上部に供給されている二次空気を取り込むことで水素極排ガスが燃焼し、改質部２の加熱を行なう。

特開平７−２３７９０２号公報

ところが、この従来から提案されている燃焼部３は、燃焼用混合ガスの燃焼による火炎Ｆ１に対して二次空気が横方向から吹き付けられるが火炎の根本部にも二次空気が供給される。特に水素極排ガスの単独燃焼時において、混合ガス噴出孔37から噴出されるのは空気（一次空気）だけで、これが火炎Ｆ２の横方向から火炎Ｆ２の根本部分に吹き付ける状態となる為（図10参照）、この水素極排ガスを燃焼させた火炎Ｆ２が不安定な状態となり、改質部２に対する良好な加熱が行われず、しかも、燃焼騒音の増加にもつながっていた。

また、この火炎の根元部分に二次空気・一次空気が供給されることは、火炎を活発化させることで火炎の温度を過度に高くすることになるが、この火炎の温度の過度の上昇は、ＮＯｘの発生という問題点がある（火炎の温度が上昇する程、ＮＯｘの発生が促進される。）。

また、従来の燃焼部３は、バーナボディ33が、灯油を気化させる部位と、この気化した灯油と一次空気とを混合する部位とを兼ねる構造である為、バーナボディ33が大型化してしまい、よって、装置自体の始動から安定するまでに時間がかかり、更には、燃焼部３自体の構造が複雑となる為、製造原価を抑えることが難しいという問題もあった。

本発明は、上記課題を解決するためのもので、画期的な燃焼装置及び燃料電池に用いられる水素供給装置を提供することを目的とする。

炭化水素等の原燃料を加熱して水素主成分の改質ガスを生成する改質部２と、該改質部２を加熱する燃焼部３とから成り、前記改質部２において生成された水素主成分の改質ガスは、水素極と空気極とを有する燃料電池１に供給されるように構成された燃料電池に用いられる水素供給装置であって、前記燃焼部３は、液体燃料を気化させた燃焼用ガスと一次空気を混合した燃焼用混合ガスを燃焼させる混合ガスバーナ12と、燃料電池１の水素極より排出される排ガスを燃焼させる排ガスバーナ13と、前記燃焼用混合ガスの燃焼及び排ガスの燃焼の際に併用される二次空気を供給する二次空気供給部14とを備え、前記混合ガスバーナ12は、周壁に混合ガス噴出部21が設けられ内空間をこの混合ガス噴出部21から噴出する前記燃焼用混合ガスを燃焼させる火炎Ｆ１形成部位とした有底筒状の混合ガスバーナ本体19に、前記燃焼用ガスと前記一次空気を混合する混合部20と、この混合ガスバーナ本体19の外周であって前記混合部20に連通しこの混合部20で混合した前記燃焼用混合ガスを前記混合ガス噴出部21に供給して混合ガスバーナ本体19内に噴出する混合ガス供給部29とを設けた構成とし、前記排ガスバーナ13の排ガス噴出部23を前記混合ガスバーナ本体19の底壁に設けてこの混合ガスバーナ本体19を利用しこの混合ガスバーナ本体19の内空間をこの排ガス噴出部23から噴出される前記排ガスをも燃焼させる火炎Ｆ２形成部位とし、前記二次空気供給部14から供給される二次空気の送出位置を前記混合ガスバーナ12の前記混合ガスバーナ本体19の上方位置に設けて、火炎形成方向に下方から前記排ガスバーナ13の前記排ガス噴出部23，前記混合ガスバーナ12の前記混合ガス噴出部21，前記二次空気供給部14の二次空気の送出位置の順で上方に向って順次配設し、前記燃焼用混合ガスを燃焼した火炎Ｆ１及び前記排ガスを燃焼した火炎Ｆ２のいずれに対しても、前記二次空気の送出位置を、この火炎Ｆ１，Ｆ２の根本部分側方でなく前記混合ガス噴出部21及び前記排ガス噴出部23より上方位置でこの火炎先端付近の火炎外縁位置若しくは火炎外縁外近傍位置に配設し、且つ前記混合ガス噴出部21を前記排ガスを燃焼した火炎Ｆ２の根本部分側方でなく前記排ガス噴出部23より上方位置でこの火炎先端付近の火炎外縁位置若しくは火炎外縁外近傍位置に配設したことを特徴とする燃料電池に用いられる水素供給装置に係るものである。

また、請求項１記載の燃料電池に用いられる水素供給装置において、前記混合ガスバーナ本体19は、周壁の外面部・内面部の少なくとも一方に前記混合ガス噴出部21を覆う網材24が設けられていることを特徴とする燃料電池に用いられる水素供給装置に係るものである。

また、請求項１，２いずれか１項に記載の燃料電池に用いられる水素供給装置において、前記燃料電池１は、水素主成分の改質ガスと空気中の酸素とで電池反応を行うものであることを特徴とする燃料電池に用いられる水素供給装置に係るものである。

また、請求項１〜３いずれか１項に記載の燃料電池に用いられる水素供給装置において、前記改質部２は、炭化水素等の原燃料を気化させる気化器と、該気化器により気化された炭化水素等の原燃料の改質を行う触媒層とを有することを特徴とする燃料電池に用いられる水素供給装置に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、前述した従来から提案されるものと異なり、燃焼部における火炎が非常に安定した状態となり、良好な加熱作用が得られることになるなど従来にない作用効果を発揮する画期的な燃焼装置及び燃料電池に用いられる水素供給装置となる。

好適と考える本発明の実施形態を、本発明の作用を示して簡単に説明する。

本発明は、周壁に混合ガス噴出部21が設けられ内空間をこの混合ガス噴出部21から噴出される燃焼用混合ガスが燃焼する火炎Ｆ１形成部位とした有底筒状の混合ガスバーナ本体19に、燃焼用ガスと一次空気を混合する混合部20と、この混合ガスバーナ本体19の外周であって前記混合部20に連通しこの混合部20で混合した燃焼用混合ガスを前記混合ガス噴出部21へ供給して混合ガスバーナ本体19内へ噴出する混合ガス供給部29とを設けて混合ガスバーナ12を構成して、混合ガスバーナ本体19の周壁の混合ガス噴出部21から、混合部20で混合した燃焼用混合ガスを混合ガス供給部29を介して混合ガスバーナ本体19内に噴出し、混合ガスバーナ本体19内で燃焼するように構成し、しかも排ガスバーナ13の排ガス噴出部23を前記混合ガスバーナ本体19の底壁に設けて、この混合ガスバーナ本体19を利用しこの混合ガスバーナ本体19内でこの排ガス噴出部23から噴出される前記排ガスをも燃焼させるように構成し、更に二次空気供給部14から供給される二次空気の送出位置をこの混合ガスバーナ本体19の上方位置に設けて、火炎形成方向に下方から前記排ガスバーナ13の排ガス噴出部23，前記混合ガスバーナ12の混合ガス噴出部21，前記二次空気供給部14の二次空気の送出位置の順で上方に向って順次配設している。

従って、燃焼用混合ガスが燃焼する火炎Ｆ１に対しても、排ガスが燃焼する火炎Ｆ２に対しても二次空気の送出位置は、内空間が火炎Ｆ１，Ｆ２形成部位である混合ガスバーナ本体19の上方位置にあるため、火炎Ｆ１，Ｆ２のいずれに対しても根本部分でなく火炎先端付近の火炎外縁位置若しくは火炎外縁外近傍位置にある。

そしてしかも本発明は、排ガスによる火炎Ｆ２が安定燃焼し燃料の供給を止め火炎Ｆ１が消えてこの排ガスによる火炎Ｆ２の単独燃焼時においても、混合ガス噴出部21からは空気（一次空気）だけが混合ガスバーナ本体19内に供給されるが、この一次空気の供給位置も、混合ガスバーナ本体19の周壁にあり、底壁にある排ガス噴出部23より上方にあるから、この一次空気も排ガスによる火炎Ｆ２の根本部分に供給されることはなく排ガス噴出部23上方のこの火炎Ｆ２の火炎先端付近の火炎外縁位置若しくは火炎外縁外近傍位置にあることになる。

よって、本発明の燃焼部３でのこの火炎Ｆ１，Ｆ２は非常に安定した状態となり、良好な加熱作用が得られることになる。

また、この火炎Ｆ１，Ｆ２に対して二次空気や一次空気が該火炎の外縁位置若しくは外縁外近傍位置に送出されることで、前述したＮＯｘの発生を可及的に低減させることにもなる。

本発明の具体的な実施例１について図１，２，３，４に基づいて説明する。

本実施例は、炭化水素等の原燃料（水素原料）を加熱して水素主成分の改質ガスを生成する改質部２と、該改質部２を加熱する燃焼部３とから成り、前記改質部２において生成された水素主成分の改質ガスは、水素極と空気極とを有する燃料電池１に供給されるように構成されたものである。

具体的には、改質部２は、水素原料を気化させる気化器と、該気化器により気化された水素原料の改質を行う触媒層とを有する既存構造のものである。

また、燃料部３には、改質部２の下部に連設される筐体30に、燃料としての灯油を気化して燃焼用ガスとする気化器11と、この気化器11で作出した燃焼用ガスと空気（一次空気）を混合した燃焼用混合ガスを燃焼させる混合ガスバーナ12と、燃料電池１の水素極で発生する排ガス（水素極排ガス）を燃焼させる排ガスバーナ13と、混合ガスバーナ12及び排ガスバーナ13から噴出されるガスが燃焼した際の火炎に空気（二次空気）を供給する二次空気供給部14を有した二次空気通路15と、筐体30内に空気圧送部（図示省略）から圧送された空気を供給する送風通路５が設けられている。

尚、厳密には、一次空気とは、燃焼用ガスと混合することに用いられる空気を意味し、二次空気とは、燃焼を良好にする為に火炎に送出される空気を意味する。

以下、本実施例に係る燃焼部３について詳細な説明をする。

気化器11は、図１に図示したように筒状本体11ａに、気化器11に灯油を供給する灯油供給通路４と、気化器11を昇温させるためのヒータ16と、このヒータ16によって気化器11内で加熱されて気化した燃焼用ガスを噴出するノズル17と、該ノズル17を開閉するソレノイド18とを具備した構造であり、このノズル17から後述する混合ガスバーナ12の混合部20へ燃焼用ガスを噴射するように構成されている。

混合ガスバーナ12は、図１に図示したように周壁に多数の貫通孔から成る混合ガス噴出部21が設けられた有底筒状の混合ガスバーナ本体19に、液体燃料を気化させた燃焼用ガスと空気（一次空気）を混合する混合部20と、この混合部20に連通し、混合ガスバーナ本体19の周壁の外周全域に形成される空間から成る混合ガス供給部29とを設けた構造である。

この混合ガスバーナ本体19は、筐体30の天部内面に吊下げ状態に配設されており、この混合ガスバーナ本体19の内壁面と筐体30の天部内面とで形成される内空間は、燃焼用混合ガス及び排ガス（水素極排ガス）が燃焼する燃焼部３の火炎形成部位として構成されている。

従って、前述した気化器11から噴出された燃焼用ガスは、混合部20で筐体30内にある空気（一次空気）と混合し、この燃焼用ガスと空気（一次空気）との燃焼用混合ガスは混合ガス供給部29を通過して混合ガス噴出部21から混合ガスバーナ本体19（燃焼部３）内に噴出されることになり、この混合ガス噴出部21から噴出する燃焼用混合ガスは火炎Ｆ１として燃焼することになる。尚、この燃焼用混合ガスを構成する空気（一次空気）は、後述する排ガス（水素極排ガス）の単独燃焼時に、火炎Ｆ２の外縁外近傍位置に送出される燃焼用の空気としても機能することになる。

排ガスバーナ13は、図１に図示したように燃料電池１の水素極から延設される排ガス供給通路８と連通する排ガス供給管22と、この排ガス供給管22の上端部に設けられるノズルから成る排ガス噴出部23とで構成されている。

この排ガス噴出部23は、図２に図示したように混合ガスバーナ本体19の底壁略中央部に複数円状に並設されており、前述した混合ガスバーナ12の混合ガス噴出部21よりも下方位置に設けられている。

従って、燃料電池１の水素極から排出される排ガス（水素極排ガス）は、排ガス供給通路８、排ガス供給管22を通過して排ガス噴出部23から混合ガスバーナ本体19（燃焼部３）内に噴出されることになり、この排ガス噴出部23から排出される排ガス（水素極排ガス）は火炎Ｆ２として燃焼することになる。

二次空気供給部14は、図１に図示したように混合ガスバーナ19の上方位置にして筐体30との連設部位に孔を形成したものであり、送風通路５から筐体30内にして混合ガスバーナ本体19の外周に沿って形成された二次空気通路15を通過した空気（二次空気）を燃焼部３内に供給するように構成されている。

従って、この二次空気供給部14は混合ガス噴出部21及び排ガス噴出部23よりも上方位置に配されており、この二次空気供給部14から噴出される空気（二次空気）は、混合ガス噴出部21から噴出される燃焼用混合ガスが燃焼してなる火炎Ｆ１及び排ガス噴出部23から噴出される排ガス（水素極排ガス）が燃焼してなる火炎Ｆ２夫々の外縁外近傍位置（先端付近）に送出されることになる。

以上のように、本実施例は、燃焼部３には、火炎Ｆ１及び火炎Ｆ２の形成方向に排ガスバーナ13（排ガス噴出部23），混合ガスバーナ12（混合ガス噴出部21），二次空気供給部14の順で各部が配設されている。

次に、前述した構成から成る本実施例に係る燃焼部３の作動について説明する。

まず、燃料電池１の運転が指示されると、ヒータ16への通電を開始して気化器11を加熱する。そして気化器11の温度が灯油を気化することのできる温度に達したことを温度センサー（図示省略）が検知すると、気化器11へ灯油の供給を開始する指示が出され、灯油は灯油供給通路４を通って気化器11に供給される。

そして、気化器11に供給された灯油は加熱され気化された燃焼用ガスとなり、ソレノイド18の作動によりノズル17が開放されることにより、燃焼用ガスはノズル17から噴出し、このノズル17から噴出した燃焼用ガスは混合部20へ入る。この際、周囲の空気（一次空気）も混合部20へ引き込まれるため、混合部20内では燃焼用ガスと空気（一次空気）が混合されて燃焼用混合ガスとなる。

そして、この燃焼用混合ガスは、混合部20から混合ガス供給部29へ送られ、混合バーナ本体19の周壁に設けられた混合ガス噴出部21から噴出して、点火装置（図示省略）により点火されて燃焼部３では火炎Ｆ１の燃焼が開始される。

この際、二次空気供給部14からは空気（二次空気）が噴出しており、燃焼用混合ガスの燃焼により形成される火炎Ｆ１の外縁外近傍位置（先端付近）に空気（二次空気）が供給されて燃焼用混合ガスは完全燃焼することになる。

このように、燃焼用混合ガスが燃焼することにより改質部２が加熱される。そして、改質部２の温度が作動温度まで上昇すると、この改質部２により、炭化水素等の原燃料としての灯油から水素主成分の改質ガスの生成が開始され（図７では脱硫部、シフト反応部、ＣＯ選択酸化部は図示省略）、この水素主成分の改質ガスは水素ガス供給通路７を通って燃料電池１の水素極に供給されて燃料電池１が作動し、燃料電池１では水素主成分の改質ガスと酸素を反応させて発電運転が行われる。

この燃料電池１の発電運転の際、該燃料電池１の水素極に供給された水素主成分の改質ガスは全てが発電に消費されるものではなく、数１０％程度の未反応水素ガスを含有したまま排ガス（水素極排ガス）として排出され、この排ガス（水素極排ガス）も燃焼部３での燃焼に用いられる。

具体的には、この排ガス（水素極排ガス）は、排ガス供給通路８を通って排ガス供給管22から排ガスバーナ13に供給され、この排ガスバーナ13に供給された排ガス（水素極排ガス）は排ガス噴出部23から燃焼部３（混合ガスバーナ本体19）内に噴出され、既に混合ガス噴出部21に形成されている火炎Ｆ１と接触することで着火して火炎Ｆ２として燃焼し、燃焼用混合ガスと排ガス（水素極排ガス）の両方による燃焼が開始される。

そして、両者の火炎Ｆ１及び火炎Ｆ２は二次空気供給部14から供給される空気（二次空気）を取り込むことで完全燃焼し、改質部２の加熱を継続する（図３参照：図３中の実線矢印は空気、一点鎖線矢印は燃焼用混合ガス、二点鎖線矢印は水素極排ガスの流れを示している。）。

ところで、改質部２が作動した直後は燃料電池１に対する水素主成分の改質ガスの供給が安定しないため、燃料電池１から排出される排ガス（水素極排ガス）の量も不安定である。よって、排ガス（水素極排ガス）だけでは安定した燃焼部３の燃焼を維持することは難しい為、改質部２の作動後しばらくは燃焼用混合ガスと排ガス（水素極排ガス）の両方による燃焼が継続されることとなる。

そして、排ガス（水素極排ガス）の燃焼が安定した時点で気化器11への灯油の供給を停止し、排ガス（水素極排ガス）単独での燃焼に移行する。この排ガス（水素極排ガス）単独燃焼では、混合ガス噴出部21から噴出するのは燃焼用ガス（灯油）を含まない空気（一次空気）だけであり、また、混合ガス噴出部21は排ガス噴出部23よりも下流（上方）に位置しているため、この混合ガス噴出部21から噴出する空気（一次空気）は排ガス噴出部23で形成される火炎Ｆ２の外縁外近傍位置（先端付近）に供給されることとなり、更に、この火炎Ｆ２の外縁外近傍位置（先端付近）には二次空気供給部14からの空気（二次空気）が供給されている。つまり、排ガス（水素極排ガス）単独燃焼時は、排ガス噴出部23から噴出される排ガスが燃焼してなる火炎Ｆ２は、混合ガス噴出部21と二次空気供給部41から噴出する空気（一次空気及び二次空気）が二重で供給されることになり、燃焼に十分な量の空気が供給されるので排ガス（水素極排ガス）は完全燃焼することとなる（図４参照：図４中の実線矢印は空気、二点鎖線矢印は水素極排ガスの流れを示している。）。

本実施例上述のように構成したから、従来から提案されるもののように火炎Ｆ１及び火炎Ｆ２の横方向から根本部分に空気（一次空気及び二次空気）が吹き付けられるようなことはなく、火炎Ｆ１及び火炎Ｆ２は非常に安定した状態となり、良好な加熱作用が得られることになり、しかも、この火炎Ｆ１及び火炎Ｆ２に対して空気（一次空気及び二次空気）を該火炎Ｆ１及び火炎Ｆ２の外縁外近傍位置（先端付近）に送出されることで、ＮＯｘの発生を可及的に低減することができる。

また、本実施例は、燃焼部３で火炎Ｆ１及び火炎Ｆ２を燃焼する混合ガス噴出部21と排ガス噴出部23とを有底筒状の混合ガスバーナ本体19内に配設することによってもＮＯｘの発生を可及的に低減している。

即ち、前述した構造とすることで混合ガスバーナ本体19の底部（火炎Ｆ１及び火炎Ｆ２夫々の根元付近）では燃焼排ガス（主にＣＯ_２）の再循環（滞留）が生じ、この燃焼排ガスが酸素濃度を低下させることで火炎Ｆ１及び火炎Ｆ２における温度の過度上昇を抑制することが可能となり、よって、ＮＯｘの発生を可及的に低減することができる。

また、本実施例は、混合ガスバーナ本体19の底壁中央部に排ガスバーナ13を設けたから、混合ガス噴出部21から噴出する混合ガスが燃焼してなる火炎Ｆ１が排ガス噴出部23から噴出させる排ガス（水素極排ガス）に良好に移ることになり、しかも、排ガスバーナ13を混合ガスバーナ12の周囲を囲むような大きさで製造していた従来装置に比し、装置全体を小型化することができ、製造コストも抑えることができる。

また、本実施例は、燃焼用ガスを作出する気化器11と、燃焼用ガスと空気（一次空気）とを混合する混合部20とを分離する構造を採用したから、灯油を気化させる部位と、この気化した灯油（燃焼用ガス）と空気（一次空気）とを混合する部位とを兼ねる構造の従来装置に比し、装置全体を小型化することができ、製造コストも抑えることができ、しかも、装置自体の始動時間を可及的に短縮することができることになる。

本発明の具体的な実施例２について図５に基づいて説明する。

本実施例は、図５に図示したようにガスバーナ本体19に係る周壁の内面部に混合ガス噴出部21を覆う網材24を配設したタイプのものである。

この網材24は、網目が混合ガス噴出部21の孔径よりも網目が小さいものが採用されており、この網材24は混合ガス噴出部21から噴出する燃焼用混合ガスが燃焼してなる火炎Ｆ１の逆火を防止し得るように構成されている。

従って、混合ガス噴出部21から噴出した燃焼用混合ガスが燃焼してなる火炎Ｆ１による逆火が生じることがなく安全であり、しかも、混合ガス噴出部21を大きく形成することができるから、その形成が極めて簡易となり、量産性に秀れるのは勿論、この点においても製造コストを抑えることができる。

その余は実施例１と同様である。

実施例１に係る燃焼部３を説明する正断面図である。 実施例１に係る燃焼部３を説明する平面図である。 実施例１に係る燃焼部３の概略動作説明図である。 実施例１に係る燃焼部３の概略動作説明図である。 実施例２に係る要部の説明図である。 燃料電池１で使用される水素を製造するシステムである。 燃料電池システムの概略図である。 従来例に係る燃焼部３を説明する正断面図 従来例に係る燃焼部３の概略動作説明図である。 従来例に係る燃焼部３の概略動作説明図である。

符号の説明

Ｆ１ 火炎
Ｆ２ 火炎
１ 燃料電池
２ 改質部
３ 燃焼部
12 混合ガスバーナ
13 排ガスバーナ
14 二次空気供給部
19 混合ガスバーナ本体
20 混合部
21 混合ガス噴出部
23 排ガス噴出部
24 網材
29 混合ガス供給部

Claims (4)

1. 炭化水素等の原燃料を加熱して水素主成分の改質ガスを生成する改質部と、該改質部を加熱する燃焼部とから成り、前記改質部において生成された水素主成分の改質ガスは、水素極と空気極とを有する燃料電池に供給されるように構成された燃料電池に用いられる水素供給装置であって、前記燃焼部は、液体燃料を気化させた燃焼用ガスと一次空気を混合した燃焼用混合ガスを燃焼させる混合ガスバーナと、燃料電池の水素極より排出される排ガスを燃焼させる排ガスバーナと、前記燃焼用混合ガスの燃焼及び排ガスの燃焼の際に併用される二次空気を供給する二次空気供給部とを備え、前記混合ガスバーナは、周壁に混合ガス噴出部が設けられ内空間をこの混合ガス噴出部から噴出する前記燃焼用混合ガスを燃焼させる火炎形成部位とした有底筒状の混合ガスバーナ本体に、前記燃焼用ガスと前記一次空気を混合する混合部と、この混合ガスバーナ本体の外周であって前記混合部に連通しこの混合部で混合した前記燃焼用混合ガスを前記混合ガス噴出部に供給して混合ガスバーナ本体内に噴出する混合ガス供給部とを設けた構成とし、前記排ガスバーナの排ガス噴出部を前記混合ガスバーナ本体の底壁に設けてこの混合ガスバーナ本体を利用しこの混合ガスバーナ本体の内空間をこの排ガス噴出部から噴出される前記排ガスをも燃焼させる火炎形成部位とし、前記二次空気供給部から供給される二次空気の送出位置を前記混合ガスバーナの前記混合ガスバーナ本体の上方位置に設けて、火炎形成方向に下方から前記排ガスバーナの前記排ガス噴出部，前記混合ガスバーナの前記混合ガス噴出部，前記二次空気供給部の二次空気の送出位置の順で上方に向って順次配設し、前記燃焼用混合ガスを燃焼した火炎及び前記排ガスを燃焼した火炎のいずれに対しても、前記二次空気の送出位置を、この火炎の根本部分側方でなく前記混合ガス噴出部及び前記排ガス噴出部より上方位置でこの火炎先端付近の火炎外縁位置若しくは火炎外縁外近傍位置に配設し、且つ前記混合ガス噴出部を前記排ガスを燃焼した火炎の根本部分側方でなく前記排ガス噴出部より上方位置でこの火炎先端付近の火炎外縁位置若しくは火炎外縁外近傍位置に配設したことを特徴とする燃料電池に用いられる水素供給装置。
2. 請求項１記載の燃料電池に用いられる水素供給装置において、前記混合ガスバーナ本体は、周壁の外面部・内面部の少なくとも一方に前記混合ガス噴出部を覆う網材が設けられていることを特徴とする燃料電池に用いられる水素供給装置。
3. 請求項１，２いずれか１項に記載の燃料電池に用いられる水素供給装置において、前記燃料電池は、水素主成分の改質ガスと空気中の酸素とで電池反応を行うものであることを特徴とする燃料電池に用いられる水素供給装置。
4. 請求項１〜３いずれか１項に記載の燃料電池に用いられる水素供給装置において、前記改質部は、炭化水素等の原燃料を気化させる気化器と、該気化器により気化された炭化水素等の原燃料の改質を行う触媒層とを有することを特徴とする燃料電池に用いられる水素供給装置。

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