JP4527130B2

JP4527130B2 - 改質装置

Info

Publication number: JP4527130B2
Application number: JP2007093588A
Authority: JP
Inventors: 規寿神家; 満秋越後; 征雄安田
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP2008247697A

Description

本発明は、伝熱板の一側面側に、前記伝熱板の厚さ方向に薄い偏平の直方体状に形成された燃焼室が設けられ、前記伝熱板の他側面側に、供給される炭化水素系の原燃料を水蒸気にて改質処理して水素ガスを主成分とする改質ガスに改質する改質室が設けられ、前記燃焼室における４つの周壁のうちの一つの周壁とそれと対向する周壁との間において一つの周壁の存在側に片寄らせた箇所に、その一つの周壁の長手方向に延びかつ前記伝熱板の厚さ方向に並ぶ同径の一対のパイプバーナが、その一つの周壁と対向する周壁側に延びる火炎を形成する状態で設けられ、前記改質室が、前記一対のパイプバーナの存在箇所に対応する側を出口側とし、且つ、前記一対のパイプバーナの存在箇所から離間する側を入口側とする状態で、原燃料を通流させるように構成された改質装置に関する。

かかる改質装置は、改質室において原燃料を改質処理するための熱を燃焼室にて発生させるために、燃焼室において一対のパイプバーナにて火炎を形成させており、改質室における原燃料の出口側を、一対のパイプバーナの存在箇所に対応する側とすることにより、その改質室の出口側の温度を高くして、改質室における改質処理を適確に行うようしているものである。
そして、このような改質装置は、燃焼室の伝熱板と対向する側壁部から伝熱板厚さ方向に突出する突出部を、一対のパイプバーナから火炎延び方向に大きく離れた箇所に形成して、一対のパイプバーナにて形成される火炎が、燃焼室の４つの周壁のうちの一対のパイプバーナが設けられた一つの周壁側から、その一つの周壁と対向する周壁側に向けて長く形成されるように構成されていた（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−２７６９０９号公報

しかし、上記した改質装置では、一対のパイプバーナにて形成される火炎が火炎延び方向に長く延びるため、燃焼熱が一対のパイプバーナから火炎延び方向の下手側に分散することにより、改質室の出口側の温度を高温にし難いものであった。
とくに、改質装置を燃料電池用として設け燃料電池から排出される排ガスを燃料ガスとして一対のパイプバーナに供給して火炎を形成する場合では、発熱量が低くなるために燃焼温度が高くなり難く、改質室の出口側の温度を高温にし難いものである。

本発明は、上記実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、改質室の出口側の温度を高温にし易い改質装置を提供する点にある。

この目的を達成するために、本発明にかかる改質装置は、伝熱板の一側面側に、前記伝熱板の厚さ方向に薄い偏平の直方体状に形成された燃焼室が設けられ、前記伝熱板の他側面側に、供給される炭化水素系の原燃料を水蒸気にて改質処理して水素ガスを主成分とする改質ガスに改質する改質室が設けられ、前記燃焼室における４つの周壁のうちの一つの周壁とそれと対向する周壁との間において一つの周壁の存在側に片寄らせた箇所に、その一つの周壁の長手方向に延びかつ前記伝熱板の厚さ方向に並ぶ同径の一対のパイプバーナが、その一つの周壁と対向する周壁側に延びる火炎を形成する状態で設けられ、前記改質室が、前記一対のパイプバーナの存在箇所に対応する側を出口側とし、且つ、前記一対のパイプバーナの存在箇所から離間する側を入口側とする状態で、原燃料を通流させるように構成されたものであって、その第１特徴構成は、
前記燃焼室の前記伝熱板と対向する側壁部における前記一対のパイプバーナから火炎延び方向に離れた箇所に、前記一対のパイプバーナにて形成される火炎を覆うように伝熱板厚さ方向に突出するバーナ覆い部が、前記パイプバーナからその一対のパイプバーナの直径よりも小さな間隔を離れる状態で形成され、前記一対のパイプバーナのうちの前記側壁部に近接する側の一方のパイプバーナが、ガス燃料又は少なくとも燃焼用空気を前記伝熱板の面に平行な方向に沿って噴出し、且つ、前記一対のパイプバーナのうちの他方のパイプバーナが、少なくとも燃焼用空気又は少なくとも燃料ガスを前記一方のパイプバーナの存在側に向けて前記伝熱板の面に対して傾斜する方向に沿って噴出するように構成され、前記バーナ覆い部が、前記燃焼室の前記側壁部から前記伝熱板の存在側に突出する状態で形成され、前記改質室の入口側から出口側に向けて通流する原燃料の通流方向で、前記改質室内において改質触媒を保持する部位の出口側の端部が、前記パイプバーナと前記バーナ覆い部との間に形成される空間に対応した位置に配置されている点にある。

すなわち、一対のパイプバーナにて形成される火炎を覆うように伝熱板厚さ方向に突出するバーナ覆い部が、パイプバーナから一対のパイプバーナの直径よりも小さな間隔で離れる状態で形成されているから、一対のパイプバーナにて形成される火炎がバーナ覆い部にて覆われることによって火炎の火炎延び方向の長さが短くなるため、燃焼熱が一対のパイプバーナ近くに集中することにより、改質室における一対のパイプバーナの存在箇所に対応する側となる出口側の温度を高温にし易いものとなり、もって、改質室の出口側の温度を高温にし易い改質装置を提供することができるに至った。
そして、一対のパイプバーナのうちの伝熱板と対向する側壁部に近接する側の一方のパイプバーナが、ガス燃料を伝熱板の面に平行な方向に沿って噴出し、且つ、一対のパイプバーナのうちの他方のバーナが、少なくとも燃焼用空気を一方のパイプバーナの存在側に向けて前記伝熱板の面に対して傾斜する方向に沿って噴出するように構成されているから、ガス燃料と燃焼用空気とが衝突により的確に混合することにより、良好に燃焼させることができる。

本発明にかかる改質装置の第２特徴構成は、第１特徴構成において、前記バーナ覆い部が、前記一対のパイプバーナのうちの前記側壁部に近接する側の一方のパイプバーナにおける燃料噴出孔又は空気用噴出孔よりも前記伝熱板の存在側に突出する状態で形成されている点にある。

すなわち、バーナ覆い部が、一対のパイプバーナのうちの側壁部に近接する側の一方のパイプバーナにおける燃料噴出孔よりも前記伝熱板の存在側に突出する状態で形成されているから、一対のパイプバーナにて形成される炎を、バーナ覆い部にて的確に覆うことができるものとなって、改質室の出口側の温度を的確に高温化し易いものとなり、もって、改質室の出口側の温度を的確に高温化し易い改質装置を得るに至った。

本発明にかかる改質装置の第３特徴構成は、第１又は第２特徴構成において、前記燃焼室の前記側壁部が、前記一対のパイプバーナにて形成される火炎延び方向において、前記バーナ覆い部を前記一対のパイプバーナの存在側の一部に備え、且つ、前記バーナ覆い部に引き続く部分を前記バーナ覆い部よりも前記伝熱板から離れる側に凹入する凹入状とした状態に形成されている点にある。

すなわち、燃焼室の側壁部が、一対のパイプバーナにて形成される火炎延び方向において、バーナ覆い部を一対のパイプバーナの存在側の一部に備え、且つ、バーナ覆い部に引き続く部分をバーナ覆い部よりも伝熱板から離れる側に凹入する凹入状とした状態に形成されているから、バーナ覆い部にて覆われた状態で燃焼する火炎の燃焼ガスは、バーナ覆い部と伝熱板の間を通って流動したのち、伝熱板から離れる側に凹入する凹入状の側壁部と伝熱板の間を通って流動することになるが、伝熱板から離れる側に凹入する凹入状の側壁部と伝熱板の間の横断面積が広くなるため、その流動する速度が低下して、伝熱板を通して改質室に熱を伝達し易いものとなるのであり、もって、改質室の入口側と出口側との間の中間部をも的確に加熱できる改質装置を提供することができるに至った。

本発明にかかる改質装置の第４特徴構成は、第１〜第３特徴構成のいずれか１つにおいて、前記改質室にて改質された改質ガスが燃料電池に供給され、その燃料電池から排出される排ガスが、前記一対のパイプバーナに燃料ガスとして供給されるように構成されている点にある。

すなわち、燃料電池から供給される排ガスを一対のパイプバーナに燃料ガスとして供給して燃焼させた場合でも、改質室における出口側の温度を高温にし易いものとなり、もって、燃料電池用として適した改質装置を提供することができるに至った。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
図１に示すように、燃料電池システムは、燃料電池Ｇ、燃料電池Ｇに供給する水素含有ガスとしての燃料ガスを生成する燃料ガス生成装置Ｐ、燃料電池Ｇに酸素含有ガスとしての空気を供給する反応用ブロア１４、燃料電池Ｇの運転を制御する制御部３９などから構成されている。

前記燃料電池Ｇは、例えば、高分子型の燃料電池を備え、燃料ガス生成装置Ｐにて生成されて燃料ガス路２３を通して供給される燃料ガス中の水素と、反応用ブロア１４から反応用空気路３２を通して供給される空気中の酸素とを電気化学反応させて発電するように構成されている。

前記燃料ガス生成装置Ｐには、供給される都市ガスなどの炭化水素系の原燃料ガス（炭化水素系の原燃料）を脱硫処理する脱硫処理部１、および、改質装置Ａが設けられ、改質装置Ａは、原燃料ガスを改質処理する改質部Ｒおよび改質処理用の水蒸気を生成する水蒸気生成部Ｓを備えて構成されている。
また、燃料ガス生成装置Ｐには、改質部Ｒにて改質処理された改質処理ガスに含まれる一酸化炭素ガスを低減するように処理する変成処理部５、その変成処理部５から排出される変成処理ガス中に残留している一酸化炭素を除去する選択酸化処理部６が備えられ、一酸化炭素ガス濃度の低い（例えば１０ｐｐｍ以下）水素リッチな燃料ガスを生成するように構成されている。

前記改質部Ｒは、ルテニウム、ニッケル、白金などの改質触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数が通気可能な状態で充填されるとともに、被改質ガス（脱硫原燃料ガスと水蒸気との混合ガス）を通流させて、原燃料ガスを改質処理する改質処理ガス（改質ガス）に改質する改質処理部３と、燃料電池Ｇから排出された排燃料ガスを燃焼させて改質処理部３を加熱する燃焼部４とを備えて構成されている。
そして、水蒸気生成部Ｓは、改質部Ｒの燃焼部４から排出された燃焼ガスを通流させる水蒸気生成用加熱通流部１１と、供給される原料水を水蒸気生成用加熱通流部１１による加熱にて蒸発させる蒸発処理部２とから構成されている。

前記燃焼部４は、排燃料ガスを火炎を形成する状態で燃焼させる有炎燃焼部４Ｆと、その有炎燃焼部４Ｆに対して、その有炎燃焼部４Ｆの火炎形成方向下手側に配置されて、有炎燃焼部４Ｆにて燃焼しなかった排燃料ガスを燃焼触媒４ｃにて燃焼させる触媒燃焼部４Ｃを備えて構成されている。
そして、有炎燃焼部４Ｆには、改質装置用の加熱バーナとしての一対のパイプバーナ４４が備えられ、その一対のパイプバーナ４４は、改質装置Ａにおいて原燃料ガスを改質処理するための燃焼熱を発生するように構成されている。

前記燃料ガス生成装置Ｐには、改質処理部３から排出された高温の改質処理ガスを通流させて、改質処理部３を保温する保温用通流部７と、高温の改質処理ガスにより改質処理部３に供給される被改質ガスを加熱する被改質ガス用熱交換器Ｅｐと、高温の改質処理ガスにより脱硫処理部１に供給される原燃料ガスを加熱する原燃料ガス用熱交換器Ｅａと、変成処理部５を冷却するために冷却用流体を通流させる変成部冷却用通流部８と、同じく、変成処理部５を冷却するために冷却用流体を通流させる変成部冷却用通流部９と、変成処理部５および選択酸化処理部６を冷却する冷却用ファン１０とが設けられている。

前記被改質ガス用熱交換器Ｅｐは、保温用通流部７から排出された改質処理ガスを通流させる上流側改質処理ガス通流部１２と、改質処理部３に供給する被改質ガスを通流させる被改質ガス通流部１３とを熱交換させるように構成されている。
前記原燃料ガス用熱交換器Ｅａは、上流側改質処理ガス通流部１２から排出された改質処理ガスを通流させる下流側改質処理ガス通流部１５と、脱硫処理部１に供給する原燃料ガスを通流させる原燃料ガス通流部１６とを熱交換させるように構成されている。

図１および図２において、白抜き線矢印にて示すように、原燃料ガス用熱交換器Ｅａの原燃料ガス通流部１６に原燃料ガス供給路２１を接続し、並びに、原燃料ガス通流部１６、脱硫処理部１、被改質ガス用熱交換器Ｅｐの被改質ガス通流部１３、改質処理部３、保温用通流部７、被改質ガス用熱交換器Ｅｐの上流側改質処理ガス通流部１２、原燃料ガス用熱交換器Ｅａの下流側改質処理ガス通流部１５、各変成処理部５、選択酸化処理部６の順に流れるガス処理経路を形成するように、それらをガス処理用流路２２にて接続するようにしている。

そして、原燃料ガス供給路２１から供給される原燃料ガスを脱硫処理部１で脱硫処理し、その脱硫原燃料ガスと水蒸気路２６からの水蒸気とを混合して、改質処理部３に供給して改質処理し、その改質処理ガスを４段の変成処理部５に順次供給して、一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理し、その変成処理ガスを選択酸化処理部６に供給して一酸化炭素ガスを選択的に酸化処理する。

その選択酸化処理部６から排出された選択酸化処理ガスが、燃料ガスとして、燃料ガス路２３を通じて燃料電池Ｇに供給され、その燃料電池Ｇから排出される排燃料ガス（排ガス）が排燃料ガス路２４を通じて前記一対のパイプバーナ４４に燃料ガスとして供給するように構成されている。
また、選択酸化処理部６から排出された選択酸化処理ガスの温度は１１０℃程度であり、高分子型の燃料電池Ｇの動作温度は８０℃程度であるので、燃料ガス路２３には、選択酸化処理部６から排出された選択酸化処理ガスを、燃料電池Ｇの動作温度付近にまで冷却する燃料ガス冷却用熱交換器３３が設けられている。

前記改質処理部３においては、メタンガスを主成分とする天然ガスが原燃料ガスである場合は、例えば７００〜７５０℃程度の加熱下でメタンガスと水蒸気とが下記の反応式にて改質反応して、水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理される。

前記変成処理部５においては、改質処理ガス中の一酸化炭素ガスと水蒸気とが、例えば２００℃程度の反応温度にて下記の反応式にて変成反応して、一酸化炭素ガスが二酸化炭素ガスに変成処理される。

前記選択酸化処理部６においては、ルテニウムの触媒作用によって、１００℃程度の反応温度にて、変成処理ガス中に残っている一酸化炭素ガスが選択酸化される。

最後段の変成処理部５と選択酸化処理部６とを接続するガス処理用流路２２には、原料水供給路２５を流れる原料水を変成処理ガスにて予熱する原料水予熱用熱交換器１７が設けられている。
そして、変成処理ガスから凝縮水を除去するドレントラップ３４が、その原料水予熱用熱交換器１７よりも下流側の箇所に設けられ、変成処理ガスと原料水との熱交換により原料水を予熱するとともに、変成処理ガスを冷却するようにしている。

前記変成処理部５から排出された変成処理ガスの温度は２００℃程度であり、選択酸化処理部６における反応温度は１００℃程度であるので、原料水予熱用熱交換器１７においては、変成処理ガスを選択酸化処理部６における反応温度付近の温度にまで冷却し、その冷却によって回収された熱量を原料水の予熱に用いている。

図１および図２において、実線矢印にて示すように、水蒸気生成用の原料水を供給する原料水供給路２５を水蒸気生成部Ｓの蒸発処理室２に接続し、蒸発処理室２にて生成された水蒸気を送出する水蒸気路２６を、脱硫処理部１と被改質ガス通流部１３とを接続するガス処理用流路２２に接続して、ガス処理用流路２２を通流する脱硫原燃料ガスに改質用の水蒸気を混合させるように構成されている。

原料水供給路２５の途中には、原料水予熱用熱交換器１７が設けられ、原料水供給路２５における原料水予熱用熱交換器１７よりも下流側の箇所には、原料水を蛇行状に流す蛇行状通流部１８が設けられている。
その蛇行状通流部１８は、水蒸気生成装置Ｐの外壁部のうちの、改質部Ｒの燃焼部４を覆う箇所に熱伝導可能に当て付けて設けられ、燃料ガス生成装置Ｐの外壁部からの伝導熱および輻射熱により、蛇行状通流部１８を通流する原料水を予熱するように構成されている。
そして、原料水予熱用熱交換器１７および蛇行状通流部１８によって、水蒸気生成部Ｓに供給する原料水を予熱するようにしている。

図１および図２において、破線矢印にて示すように、改質部Ｒの燃焼部４から排出された燃焼ガスを、水蒸気生成用加熱通流部１１、変成部冷却用通流部８の順に流すように、それら燃焼部４、水蒸気生成用加熱通流部１１、変成部冷却用通流部８が燃焼ガス路２７により接続されている。
そして、水蒸気生成用加熱通流部１１においては、燃焼ガスによって蒸発処理室２を加熱し、変成部冷却用通流部８においては、燃焼ガスによって、発熱反応である変成反応が行われる変成処理部５を冷却するように構成されている。

ちなみに、水蒸気生成用加熱通流部１１から排出された燃焼ガスの温度は１２０℃程度であり、その燃焼ガスが変成部冷却用通流部８を通流して変成処理部５を冷却するので、変成部冷却用通流部８から排出された燃焼ガスの温度は１５０℃程度に上がっているので、図示しない排熱回収用熱交換器を設けて、燃焼ガスから排熱を回収して、水蒸気や温水を生成する。

図１および図２において、一点鎖線矢印にて示すように、燃焼用ブロア２８からの空気を燃焼用空気として、変成部冷却用通流部９を通流させてから、一対のパイプバーナ４４に供給するように、燃焼用ブロア２８および変成部冷却用通流部９が燃焼用空気路２９にて接続されている。
そして、燃焼用空気を変成部冷却用通流部９を迂回させて通流させるように、燃焼用空気路２９に燃焼用空気バイパス路３０が接続されている。
また、燃焼用ブロア２８からの空気を酸化用空気として選択酸化処理部６に供給するように、燃焼用ブロア２８に接続した酸化用空気供給路３１が、最後段の変成処理部５と選択酸化処理部６とを接続するガス処理用流路２２に接続されている。

前記一対のパイプバーナ４４に対して、燃焼用空気を、変成部冷却用通流部９を通流させて供給する状態と、変成部冷却用通流部９を迂回させて燃焼用空気バイパス路３０を通じて供給する状態とに切り換えるために、開閉弁３５，３６が設けられている。
ちなみに、通常は、開閉弁３５，３６は、燃焼用空気が燃焼用空気バイパス路３０を通流する状態となるように切り換えられるが、変成処理部５の冷却能力が不足したとき、例えば、夏期の高気温時には、開閉弁３５，３６は、燃焼用空気が変成部冷却用通流部９を通流する状態となるように切り換えられ、燃焼用空気にて変成処理部５が冷却される。

図２に示すように、前記燃料ガス生成装置Ｐは、矩形板状の偏平な容器Ｂの複数が板状形状の厚さ方向に並べて設けられて、各容器Ｂにより、各処理部、各通流部、燃焼部４などが夫々構成されている。
そして、複数の容器Ｂを並べるに当たっては、伝熱させる必要のあるもの同士は互いに密着させた状態で、且つ、伝熱量を調節する必要のあるもの同士の間に伝熱量調節用の断熱材１９を介在させた状態で、並べてある。

容器Ｂのうち、改質部Ｒが構成される改質部用容器Ｂｋは、図２〜図４に示すように、伝熱板４３の一側面側に設けられた燃焼部４の燃焼室５０は、前記伝熱板４３の一側面側に位置する皿型容器形成部材４１にて前記伝熱板４３の厚さ方向に薄い偏平な直方体状に形成され、前記伝熱板４３の他側面側に設けられた改質処理部３の改質室４９は、前記伝熱板４３の他側面側に位置する皿型容器形成部材４１にて前記伝熱板４３の厚さ方向に薄い偏平な直方体状に形成されている。
改質部４は、改質室４９内に改質触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数が通気可能な状態で充填されており、その改質室４９内にて、供給される原燃料ガスを水蒸気にて改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスに改質するように構成されている。

前記燃焼室５０における４つの周壁のうちの一つの周壁（図４における下側の壁であり、以下、下壁と称する）５１とそれと対向する周壁（図４における上側の壁であり、以下、上壁と称する）５２との間において下壁５１の存在側に片寄らせた箇所に、その下壁５１の長手方向に延びかつ前記伝熱板４３の厚さ方向に並ぶ同径の一対の前記パイプバーナ４４が、上壁５２側に延びる火炎を形成する状態で設けられている。
尚、下壁５１及び上壁５２を含む４つの周壁は皿型容器形成部材４１にて形成されている。

そして、他側面側に位置する皿型容器形成部材４１の上部には、改質室４９に被改質ガスを供給するための被改質ガス供給用の接続ノズル４７（ガス処理用流路２２）が内部の改質室４９連通する状態で接続されており、また、他側面側に位置する皿型容器形成部材４１の下部には、改質室４９にて改質された改質処理ガスを燃料電池Ｇに供給するための改質処理ガス排出用の接続ノズル４７（ガス処理用流路２２）が内部の改質室４９と連通する状態で接続されており、前記改質室４９が、前記一対のパイプバーナ４４の存在箇所に対応する側（下側）を出口側とし、且つ、前記一対のパイプバーナ４４の存在箇所から離間する側（上側）を入口側とする状態で、原燃料ガスを通流させるように構成されている。
一側面側に位置する皿型容器形成部材４１の上部には、燃焼ガスを燃焼室５０から排出する燃焼ガス排出用の接続ノズル４７（燃焼ガス路２７）が内部の燃焼室５０と連通する状態に接続されている。

前記燃焼室５０について説明を加える。
燃焼室５０には、前記伝熱板４３と対向する側壁部（図４において燃焼室５０の左側の壁であるため、以下、左壁部と称する）５３と前記伝熱板４３が位置する側の側壁部（図４において燃焼室５０の右側の壁であるため、以下、右壁部と称する）５４との間隔が広い幅広部５０ａが上下方向に３箇所形成され、その３箇所の幅広部５０ａ同士の間に、左壁部５３と右壁部５４との間隔が狭い幅狭部５０ｂが上下方向に計２箇所形成されている。そして、上下中間に位置する幅広部５０ａは、その上部分が下部分より幅広に形成した２段の階段状に形成されている。
これら３箇所の幅広部５０ａと２箇所の幅狭部５０ｂとは、皿状に形成した皿型容器形成部材４１の底部を適宜、伝熱板４３側に突出させて形成されている。
尚、左壁部５３は皿型容器形成部材４１にて形成されており、右壁部５４は伝熱板４３にて形成されている。

前記一対のパイプバーナ４４のうちの前記左壁部５３に近接する側の一方のパイプバーナ４４が、ガス燃料を前記伝熱板４３の面に平行な方向に沿って噴出する燃料用パイプバーナ４４ａにて構成され、且つ、前記一対のパイプバーナ４４のうちの右壁部５４に近接する側の他方のパイプバーナ４４が、少なくとも燃焼用空気を前記燃料用パイプバーナ４４ａの存在側に向けて前記伝熱板４３の面に対して傾斜する方向に沿って噴出する空気用パイプバーナ４４ｂにて構成されている。

図５及び図６に示すように、一対のパイプバーナ４４について説明を加えると、燃料用パイプバーナ４４ａの燃料ガス用噴出孔（燃料噴出孔に相当）４５は、ガス燃料を前記伝熱板４３の面に平行な方向に沿って噴出するように設定され、空気用パイプバーナ４４ｂの空気用噴出孔４６は、燃焼用空気を前記燃料用パイプバーナ４４ａの存在側に向けて前記伝熱板４３の面に対して傾斜する方向に沿って噴出させて燃料ガスの噴出方向に対して鋭角に交差するように設定されている。
そして、燃料用パイプバーナ４４ａの燃料ガス用噴出孔４５から噴出させた排燃料ガスを、空気用パイプバーナ４４ｂの空気用噴出孔４６から噴出させた燃焼用空気と混合させて燃焼させる先混合式に構成されている。

一対のパイプバーナ４４は、３箇所の幅広部５０ａのうちの最も下側に位置する幅広部５０ａに配設されており、燃料用パイプバーナ４４ａは左壁部５３及び下壁５１と隙間がない状態で配設され、空気用パイプバーナ４４ｂは右壁部５４及び下壁５１と隙間がない状態で配設されており、又、一対のパイプバーナ４４は、互いの間に隙間がない状態で配設されている。

図５に示すように、前記燃焼室５０の左壁部５３における前記一対のパイプバーナ４４から火炎延び方向に離れた箇所に、前記一対のパイプバーナ４４にて形成される火炎を覆うように伝熱板厚さ方向に突出するバーナ覆い部５５が、前記パイプバーナ４４からその一対のパイプバーナ４４の直径（外径）Ｌ２よりも小さな間隔Ｌ１を離れる状態で形成されている。そして、前記バーナ覆い部５５は、前記一対のパイプバーナ４４のうちの燃料用パイプバーナ４４ａにおける燃料ガス用噴出孔４５よりも前記伝熱板４３の存在側に突出する状態で形成されている
ちなみに、一対のパイプバーナ４４の直径Ｌ２は８ｍｍであり、一対のパイプバーナ４４とバーナ覆い部５５との間隔Ｌ１は７ｍｍである。また、３箇所の幅広部５０ａのうちの最も下側に位置する幅広部５０ａの伝熱板厚さ方向の大きさは１６ｍｍであり、バーナ覆い部分５５は５．５ｍｍ突出させている。さらに、バーナ覆い部５５を形成することによって、上下２箇所の幅狭部５０ｂにおける下側に位置する幅狭部５５ｂが形成されている。

また、図４に示すように、前記燃焼室５０の前記左壁部５３が、前記一対のパイプバーナ４４にて形成される火炎延び方向において、前記バーナ覆い部５５を前記一対のパイプバーナ４４の存在側の一部に備え、且つ、前記バーナ覆い部５５から上方側に引き続く部分５６を前記バーナ覆い部５５よりも前記伝熱板４３から離れる側に凹入する凹入状とした状態に形成されており、このようにバーナ覆い部５５から上方側に引き続く部分５６凹入状に形成することによって、上下３箇所の幅広部５０ａにおける中間に位置する幅広部５０ａが形成されている。

次に、燃料ガス生成装置Ｐの制御構成について説明する。
図１に示すように、原燃料ガス供給路２１には、原燃料ガス供給量を調節する原燃料供給量調節弁３７が設けられ、改質部Ｒには、改質処理部３における改質処理温度を検出する温度センサ３８が設けられている。
そして、制御部３９は、原燃料供給量調節弁３７、反応用ブロア１４、燃焼用ブロア２８、パイプバーナ４４に点火するためのイグナイタ４ｉ夫々の作動を制御するように構成されている。

前記制御部３９は、図１に示すように、燃焼用ブロア２８を作動させて燃焼用空気を燃焼用空気路２９を通して空気用パイプバーナ４４ｂに供給するとともに、１３Ａなどの起動用ガス燃料を燃焼用空気路２９を通して空気用パイプバーナ４４ｂに供給し、空気用パイプバーナ４４ｂの空気用噴出孔４６から混合気を噴出させる。
そして、イグナイタ４ｉを作動させて、空気用パイプバーナ４４ｂを点火して空気用噴出孔４６から噴出した混合気を元混合燃焼させ、温度センサ３８の検出温度が、改質処理可能な所定の温度に予め設定した目標温度以上になると、原燃料供給量調節弁３７を開弁して、改質処理部３での原燃料ガスの改質処理を開始するととともに、反応用ブロア１４を作動させて、燃料電池Ｇの発電を開始する。

燃料電池Ｇから排燃料ガスが排出されて、その排燃料ガスによる燃焼熱により、原燃料ガスの改質処理が可能な状態となると、空気用パイプバーナ４４ｂへの起動用ガス燃料供給を停止して、燃料電池Ｇから排出された排燃料ガスの全量を燃料用パイプバーナ４４ａに供給して燃焼部４にて燃焼させ、その燃焼熱により改質処理部３にて原燃料ガスを改質処理させる。

〔別実施の形態〕
（１）上記実施の形態では、バーナ覆い部５５を、燃料用パイプバーナ４４ａにおける燃料噴出孔４５よりも伝熱板４３の存在側に突出する状態に形成したが、バーナ覆い部５５を、燃料用パイプバーナ４４ａにおける燃料噴出孔４５と伝熱板４３厚み方向で同じ位置、又は、燃料用パイプバーナ４４ａにおける燃料噴出孔４５まで突出しない状態に形成してもよい。

（２）上記実施の形態では、燃料用パイプバーナ４４ａを、少なくともガス燃料を伝熱板４３の面に平行な方向に沿って噴出し、且つ、空気用パイプバーナ４４ｂを、少なくとも燃焼用空気を燃料用パイプバーナ４４ａの存在側に向けて伝熱板４３の面に対して傾斜する方向に沿って噴出するように構成したが、燃料用パイプバーナ４４ａを、少なくともガス燃料を空気用パイプバーナ４４ｂの存在側に向けて伝熱板４３の面に対して傾斜する方向に沿って噴出するように構成してもよく、また、空気用パイプバーナ４４ｂを、少なくとも燃焼用空気を伝熱板４３の面に平行な方向に沿って噴出するように構成してもよい。
また、上記実施の形態において、燃料用パイプバーナ４４ａを左壁部５３に近接する側に配設し、空気用パイプバーナ４４ｂを右壁部５４に近接する側に配設したが、燃料用パイプバーナ４４ａを左壁部５３に近接する側に配設し、空気用パイプバーナ４４ｂを右壁部５４に近接する側に配設してもよい。

（３）上記実施の形態では、燃焼室５０の左壁部５３を、一対のパイプバーナ４４にて形成される火炎延び方向において、バーナ覆い部５５を一対のパイプバーナ４４の存在側の一部に備えるように形成したが、燃焼室５０の左壁部５３を、一対のパイプバーナ４４にて形成される火炎延び方向において、バーナ覆い部５５を一対のパイプバーナ４４の存在側の全部に備えるように形成してもよい。
つまり、上記実施の形態では、幅広部５０ａを上下方向に３箇所形成し、その３箇所の幅広部５０ａ同士の間に幅狭部５０ｂが上下方向に計２箇所形成したが、幅広部５０ａを上下方向に２箇所形成し、その２箇所の幅広部５０ａ同士の間に幅狭部５０ｂを１箇所形成してもよい。

（４）上記実施の形態では、燃料電池Ｇから排出される排ガスのみを一対のパイプバーナ４４に燃料ガスとして供給するように構成したが、燃料電池Ｇから排出される排ガスを一対のパイプバーナ４４に供給せずに、１３Ａ等の都市ガスのみを一対のパイプバーナ４４に燃料ガスとして供給するように構成してもよく、また、燃料電池Ｇから排出される排ガスと都市ガス等の原燃料ガスとの両方を、一対のパイプバーナ４４に燃料ガスとして供給するように構成してもよい。

燃料電池システムの概略構成図燃料ガス生成装置の縦断側面図改質部の斜視図改質部の縦断側面図燃焼室の下部を示す縦断側面図一対のパイプバーナの斜視図

符号の説明

４３伝熱板
４４パイプバーナ
４４ａ一方のパイプバーナ
４４ｂ他方のパイプバーナ
４５燃料噴出孔
４９改質室
５０燃焼室
５１一つの周壁
５２一つの周壁と対向する周壁
５３伝熱板と対向する側壁部
５５バーナ覆い部
Ｇ燃料電池

Claims

伝熱板の一側面側に、前記伝熱板の厚さ方向に薄い偏平の直方体状に形成された燃焼室が設けられ、前記伝熱板の他側面側に、供給される炭化水素系の原燃料を水蒸気にて改質処理して水素ガスを主成分とする改質ガスに改質する改質室が設けられ、
前記燃焼室における４つの周壁のうちの一つの周壁とそれと対向する周壁との間において一つの周壁の存在側に片寄らせた箇所に、その一つの周壁の長手方向に延びかつ前記伝熱板の厚さ方向に並ぶ同径の一対のパイプバーナが、その一つの周壁と対向する周壁側に延びる火炎を形成する状態で設けられ、
前記改質室が、前記一対のパイプバーナの存在箇所に対応する側を出口側とし、且つ、前記一対のパイプバーナの存在箇所から離間する側を入口側とする状態で、原燃料を通流させるように構成された改質装置であって、
前記燃焼室の前記伝熱板と対向する側壁部における前記一対のパイプバーナから火炎延び方向に離れた箇所に、前記一対のパイプバーナにて形成される火炎を覆うように伝熱板厚さ方向に突出するバーナ覆い部が、前記パイプバーナからその一対のパイプバーナの直径よりも小さな間隔を離れる状態で形成され、
前記一対のパイプバーナのうちの前記側壁部に近接する側の一方のパイプバーナが、ガス燃料又は少なくとも燃焼用空気を前記伝熱板の面に平行な方向に沿って噴出し、且つ、前記一対のパイプバーナのうちの他方のパイプバーナが、少なくとも燃焼用空気又は少なくとも燃料ガスを前記一方のパイプバーナの存在側に向けて前記伝熱板の面に対して傾斜する方向に沿って噴出するように構成され、
前記バーナ覆い部が、前記燃焼室の前記側壁部から前記伝熱板の存在側に突出する状態で形成され、
前記改質室の入口側から出口側に向けて通流する原燃料の通流方向で、前記改質室内において改質触媒を保持する部位の出口側の端部が、前記パイプバーナと前記バーナ覆い部との間に形成される空間に対応した位置に配置されている改質装置。
前記バーナ覆い部が、前記一対のパイプバーナのうちの前記側壁部に近接する側の一方のパイプバーナにおける燃料噴出孔又は空気用噴出孔よりも前記伝熱板の存在側に突出する状態で形成されている請求項１記載の改質装置。
前記燃焼室の前記側壁部が、前記一対のパイプバーナにて形成される火炎延び方向において、前記バーナ覆い部を前記一対のパイプバーナの存在側の一部に備え、且つ、前記バーナ覆い部に引き続く部分を前記バーナ覆い部よりも前記伝熱板から離れる側に凹入する凹入状とした状態に形成されている請求項１又は２記載の改質装置。
前記改質室にて改質された改質ガスが燃料電池に供給され、その燃料電池から排出される排ガスが、前記一対のパイプバーナに燃料ガスとして供給されるように構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の改質装置。