JP5831380B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、点火プラグで着火させるガスと、高温時に酸素を含むガスと混合されると自ら着火する自着火性のガスとを燃焼させる燃焼装置に関するものである。特に、ＳＯＦＣ（固体酸化物型燃料電池）を用いた燃料電池装置の排気を燃焼させるための着火バーナ機能を持った燃焼装置に関する。

ＳＯＦＣを通過した排気を燃料器で燃焼させることが知られている。ＳＯＦＣを通過した８００℃程度の水素はＳＯＦＣを通過した空気と触れると自着火する。しかし、ＳＯＦＣの運転初期においては、ＳＯＦＣを通過した水素および空気は温度が低く自着火できない。そのため、都市ガス等を点火プラグで着火させ、このパイロット炎で温度の低いＳＯＦＣを通過した水素および空気を燃焼させることが考えられている。

そのうち、ＳＯＦＣを通過した水素および空気の温度が上昇し、自着火すると、点火プラグおよびパイロット炎は不要になる。そして、点火プラグは、自着火した１３００℃程度の水素の燃焼炎に晒される。この結果、点火プラグが酸化される。この種の装置は断熱材に包まれ、長時間のメンテナンスフリーが理想的であるが、これでは、耐久性の点で問題が生じる。

従来、特許文献１として、水素を真ん中から入れて都市ガスと一緒に燃やす燃焼装置が知られている。この装置は、燃料となる二種類のガスが一気に燃えて窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生することを抑制することにある。そのため不完全燃焼（低温燃焼）させて熱の発生を分散して温度を下げるものである。

特開２００５−１９５２１４号公報

特許文献１では本来起動バーナの着火の瞬間だけ必要となる点火プラグが常に火炎に晒される配置となっている。このような構造をＳＯＦＣの燃焼装置に適用すると、ＳＯＦＣ特有の、装置主要部が断熱材で包まれた条件下においては、点火プラグ先端からの熱引けが期待できず、最悪点火プラグの溶損による着火不良などが懸念される。一方、点火プラグ保護のために燃焼温度を下げてしまえば、燃焼ガスのエネルギとしての質が落ち、ＳＯＦＣの効率低下が懸念される。

また、特許文献１は、自着火した局所的に１３００℃に近い程度の水素の燃焼炎に晒され、点火プラグが酸化されて耐久性が短くなるという問題に対処したものではない。従って、着火の順序等に関して詳しい開示がない。

一般にＳＯＦＣは、６００℃を超える高温にならないと発電出来ないため、常温から起動する際にはなんらかの暖機手段が必要となる。ＳＯＦＣの燃料として都市ガスが一般的に用いられるので、都市ガスをバーナ（仮に、都市ガスバーナと称する）で燃焼させ、その燃焼熱を利用してＳＯＦＣを暖機することが考えられる。その場合、常温から都市ガスに着火するために、点火プラグなどの着火源が必要になる。

ＳＯＦＣが作動出来る温度まで昇温が完了したら、起動用の熱は不要となるので、バーナへの燃料供給はストップされる。ＳＯＦＣに燃料投入して発電がなされると、水素や有毒ガス（ＣＯ）を含む６００℃以上のオフガスが排出される。このまま大気中に排出することは出来ないため、オフガスを焼き切ると同時に、ＳＯＦＣの燃料となる改質ガスを生成するのに必要な熱源とするために、オフガス焼却バーナが必要となる。

発明者は、開発当初において、上記都市ガスバーナと上記オフガス焼却バーナとを別体としていたが、都市ガスバーナは起動時のみしか使わないため、コンパクト化および低コスト化のために都市ガスバーナとオフガス焼却バーナとを統合したいという要望がある。

この場合、オフガスを燃焼させた１０００℃以上の空間に、都市ガスバーナの点火プラグが晒され続けると、電極が酸化されるなどして耐久性に懸念が生じる。そのため、点火プラグを耐久温度以下に保つ工夫が必要になってくる。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目して成されたものであり、その目的は、点火プラグで着火させる火花着火性ガスと、高温時に酸素を含むガスとの混合によって自ら着火する自着火性ガスとを燃焼させる燃焼装置において、点火プラグの耐久性を向上させることにある。

従来技術として列挙された特許文献の記載内容は、この明細書に記載された技術的要素の説明として、参照によって導入ないし援用することができる。

本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、火花着火性ガスを導入する火花着火性ガス導入手段（１２）と、自着火性ガスを導入する自着火性ガス導入手段（２５）と、空気を導入する空気導入手段（２７）と、点火プラグ（１８）を有するガス着火装置（１８、１９）と、火花着火性ガスと自着火性ガスと空気とを混合し、燃焼させる燃焼空間（１５）とを備え、空気導入手段（２７）は、燃焼空間（１５）内に空気を噴出させる空気噴出口（２８）を有し、自着火性ガス導入手段（２５）は、燃焼空間（１５）内に自着火性ガスを噴出させる自着火性ガス噴出口（２９）を有し、自着火性ガス噴出口（２９）は、空気噴出口（２８）から噴出される空気の下流側に設けられ、火花着火性ガス導入手段（１２）は、メインガス噴出口（３１）とパイロットガス噴出口（３２）の二系統に分かれて燃焼空間（１５）内に火花着火性ガスを噴出するとともに、メインガス噴出口（３１）は、自着火性ガス噴出口（２９）と隣接して配置され、パイロットガス噴出口（３２）は、点火プラグ（１８）と共に、燃焼空間（１５）内にメインガス噴出口（３１）よりも空気流れの上流側に設けられていることを特徴としている。

この発明によれば、メインガス噴出口は、自着火性ガス噴出口と隣接して配置されているから、自着火性ガス噴出口から噴出される自着火性ガスの温度が低い段階においても、自着火性ガスを、メインガス噴出口から噴出されて燃焼している火花着火性ガスの主火炎によって着火させることができる。

また、パイロットガス噴出口は、点火プラグと共に、燃焼空間内に、メインガス噴出口よりも空気流れの上流側に設けられているから、高温の火花着火性ガスの主火炎および自着火性ガスの自着火炎に晒されることがないため、点火プラグの耐久性を向上させることができる。

なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号ないし説明は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を分かり易く示す一例であり、発明の内容を限定するものではない。

本発明の燃焼装置の第１実施形態を使用した燃料電池装置の全体構成図である。 上記第１実施形態における燃焼装置の模式縦断面図である。 図２の火花着火性ガスの主火炎部分の拡大説明図である。 上記第１実施形態を成す燃焼装置の制御の一部分を示すフローチャートである。 上記第１実施形態を成す燃焼装置の制御の他の部分を示すフローチャートである。 本発明の燃焼装置の第２実施形態における模式縦断面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。

各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１ないし図５を用いて詳細に説明する。図１において、燃料電池装置１内の発電要素となり、ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）から成る燃料電池本体２は、イオン導電性酸化物をなすセラミックスを電解質としている。

この燃料電池本体２は、内部に電極として、正極（アノードまたは燃料極）と負極（カソードまたは空気極）を有している。これらの電極は、導電性セラミックスで形成されている。また、アノードとカソードに挟まれて固体電解質が設けられている。カソードには空気が供給される。アノードには、水素もしくは一酸化炭素ＣＯが供給され電力を発生する。これらの水素やＣＯは、炭化水素系の材料（都市ガスのメタン等）から作られる。

燃料は、図示しないポンプによって供給される。炭化水素系の材料だけでは水素とＣＯに改質できない。そのため、炭化水素系の材料は、水蒸気と混合されて燃料予熱器３で予熱され改質前燃料（単に燃料とも言う）として改質器４に送り込まれる。改質後の燃料を改質後燃料と呼ぶことがある。改質器４における改質反応（吸熱反応）でもって改質前燃料を改質して、水素およびＣＯ（改質後燃料または単に燃料とも言う）に分解している。勿論、ほかにも生成物が形成される。改質時の吸熱反応のために、熱を供給する必要がある。

改質器４には、燃焼器５によって熱が供給される。燃焼器５は、燃料電池本体２で使いきれなかった空気と燃料を燃やす。改質器４内における熱交換によって、燃焼器５からの燃焼ガスから熱が取出される。燃料電池本体２で全ての燃料を消費するのでなく、一部未反応の水素とＣＯとを燃料電池本体２から放出している。放出された水素とＣＯとを、残った空気とともに燃焼器５で燃焼させる。こうして燃焼器５内で熱を生成し、改質器４に供給して改質反応をおこなわせている。

更に、改質器４を通過した高温のガスは、熱交換器からなる第２空気予熱器６を通過して空気を予熱し、更に、燃料予熱器３を通って、改質前燃料を予熱する。そして、燃料予熱器３を通った高温ガスは、熱交換器からなる第１空気予熱器７を通過し、大気中に排気ガスとして排出される。

このように、第２空気予熱器６と第１空気予熱器７とで段階的に空気の温度を低下させることで、高温の排気ガスが大気に排出されるのを防止し、かつ熱ロスを少なくしている。第２空気予熱器６は、燃料電池本体２を作動させるために６００℃〜７００℃とかなり高温であるが、第１空気予熱器７は、それよりも低温である。

燃焼器５は、燃料電池本体２で使いきれなかった空気と燃料（自着火性ガス）を燃やすが、運転開始当初は温度が低いため、起動バーナ８で都市ガス等の火花着火性ガスから成る燃料を空気と混ぜて燃焼させて燃焼器５の温度を上昇させる必要がある。なお、本発明において、火花着火性ガスとは、火花（スパーク）のエネルギをトリガとして点火するガスである（火花点火性ガスとも言う）。また、自着火性ガスとは、燃料電池本体２の始動時等を除き、通常の運転状態における温度で空気と混合されて自然に火が付くガスを言う（着火性ガスともいう）。

温度が上昇した後は、自着火性ガスは、自ら着火するため、起動バーナ８は不要となる。この実施形態においては、燃焼器５と起動バーナ８とが一体化され燃焼装置１０として構成されている。

図２において、燃焼装置１０は、耐熱性を有する外郭部１１（断面部のハッティングは省略されている）に、都市ガスから成る火花着火性ガスを導入する火花着火性ガス導入手段（火花着火性ガス導入配管）１２が接続されている。なお、導入手段は配管に限らず、ダクトや通路であっても良い。火花着火性ガス導入配管１２は、２系統に分岐し、夫々メイン弁１３とパイロット弁１４とを介して、燃焼空間１５内に火花着火性ガスを導入している。この実施形態においては、都市ガスと空気とを予め混合した予混合ガスから成る火花着火性ガスとして、燃料が燃焼装置１０に供給されている。

パイロット弁１４を通過した都市ガスは、パイロット配管１６を通って燃焼空間１５内に噴き出す。このパイロット配管１６を通過して噴き出した都市ガスを点火プラグ１８の火花発生箇所で着火する。また、点火プラグ１８には、イグナイタ１９からの高圧電気が供給され、点火プラグ１８にて火花が発生する。点火プラグ１８とイグナイタ１９とでガス着火装置（点火と着火とを区別する場合はガス点火装置とも言う）１８、１９を構成している。

メイン弁１３を通過した都市ガスは、燃焼空間１５内のキセル状の小径配管２１を介して、燃焼空間１５内の中央部分に導かれる。図１の燃料電池本体２を通過した自着火性ガス（水素主体の改質ガス）は、自着火性ガス導入手段を成す自着火性ガス導入配管２５と燃焼空間１５内のキセル状の大径配管２６とを介して燃焼空間１５内の中央部分に導かれる。

キセル状の大径配管２６内にキセル状の小径配管２１が中心軸を重ねて同心状に配置されている。また、空気（エア）を導入する空気導入手段を成す空気導入配管２７が設けられ、この空気導入配管２７は、燃焼空間１５内の下部に燃料電池本体２からの空気を導入している。

火花着火性ガスと自着火性ガスと空気とが混合され燃焼される燃焼空間１５は、外郭部１１内の円筒形の空間として形成されている。空気導入配管２７は、燃焼空間１５内に空気を噴出させる空気噴出口２８を有している。

また、大径配管２６は、燃焼空間１５内に自着火性ガスを噴出させる自着火性ガス噴出口２９を有し、この自着火性ガス噴出口２９は、空気噴出口２８から噴出される空気の下流側（図２上）に設けられている。また、小径配管２１のメインガス噴出口３１の先端が自着火性ガス噴出口２９の先端よりも空気流れの上流側（図２下）に位置している。

火花着火性ガス導入配管１２は、メインガス噴出口３１とパイロットガス噴出口３２とに至る二系統に分かれて燃焼空間１５内に火花着火性ガスを噴出させる。そして、メインガス噴出口３１は、自着火性ガス噴出口２９と隣接して配置されている。それにより、パイロットガス噴出口３２は、点火プラグ１８と共に、燃焼空間１５内に、メインガス噴出口３１よりも空気流れの上流側（図２下）に設けられている。

メインガス噴出口３１と、自着火性ガス噴出口２９とは共に円筒形であり、メインガス噴出口３１の外側に自着火性ガス噴出口２９が同心状に隣接して配置されている。イグナイタ１９および点火プラグ１８は、パイロットガス噴出口３２から噴出した火花着火性ガスに点火してパイロット火炎３３を発生させる。

パイロット火炎３３発生後、火花着火性ガスの主火炎３４が発生するが、この主火炎３４発生後においても、パイロット火炎３３を例えば１分以上（所定遅延時間）持続するようにしている。上記構成によれば、点火プラグ１８でパイロット火炎３３を着火し、パイロット火炎３３によって自着火性ガスの主火炎３４に点火する。

主火炎３４点火後は、時間遅れを設定して、パイロット火炎３３を消火するとともに、空気噴出口２８からの燃焼用の空気で点火プラグ１８を冷却するため、点火プラグ１８が過度に温度上昇することは無い。ちなみに、主火炎３４は１０００℃以上、燃焼用の空気は８００℃程度である。

図３は、図２の主火炎３４部分を拡大して示す。図２および図３において、パイロット火炎３３によってメイン弁１３を通過したメインガス（矢印Ｙｇ１で示す）に着火して主火炎３４を発生させる。自着火性ガス（矢印Ｙｇ２で示す）の温度が低いときは、この主火炎３４の輻射熱にてあぶられて加熱された後、まだ自着火できない自着火性ガスが燃焼する。

上述したように、図３のメインガス噴出口３１と、自着火性ガス噴出口２９とは共に円筒形であり、メインガス噴出口３１の外側に自着火性ガス噴出口２９が同心状に隣接して配置されている。また、自着火性ガス噴出口２９よりも寸法Ｈ３だけ低い位置にメインガス噴出口３１が設けられている。寸法Ｈ３の大きさは、自着火性ガス加熱空間を設け、確実に着火させ、保炎するために重要である。

主火炎３４の上方（天方向）には、図２のように、熱電対３６ａを有する着火センサ３６が配置されている。この着火センサ３６は、主火炎３４が正常に生成されると、熱電対３６ａが発生する電圧で主火炎３４が正常に生成されたことを図示しない制御装置に報知する。なお、イグナイタ１９は、着火センサ３６が着火（主火炎３４が正常に生成）を検出するまで何度も点火プラグ１８に火花を発生させる。

次に、上記構成になる燃焼装置１０の制御をフローチャートに基づいて説明する。図４および図５において、ステップＳ１０１においてバーナ起動信号がＯＮすると、ステップＳ１０２で空気（エア）を燃焼装置１０内に投入する。次に、ステップＳ１０３で点火スイッチ（ＳＷ）がＯＮになり、イグナイタ１９が高電圧を発生する。ステップＳ１０４でパイロット燃料となる都市ガスが燃焼装置１０内に投入される。

ステップＳ１０５において、着火センサ３６の計測値Ｔが温度閾値Ｔ0（例えば１００℃）より大きいか否かが判定される。計測値Ｔが温度閾値Ｔ0より大きく、ＹＥＳと判定された場合、ステップＳ１０６において、点火スイッチをＯＦＦしイグナイタ１９の高電圧の発生を停止させると共に、火花着火性ガスを燃焼装置１０内に投入する。

次に、ステップＳ１０７において、所定遅延時間（２分程度）後にパイロット燃料の供給が停止される。この遅延時間の間、パイロット火炎３３によって点火プラグ１８の先端が加熱され点火プラグの堆積汚れ（デポジット）を焼き切る。

次に、ステップＳ１０８において、着火センサ３６の計測値Ｔが温度閾値Ｔ1（例えば２００℃）より大きいか否かが判定される。計測値Ｔが温度閾値Ｔ1より大きく、ＹＥＳと判定された場合、メインガスのみで自立燃焼していると判断する。一方、ＮＯと判定された場合は主にメインガスの失火が想定されるため、ステップＳ１０９を経由してステップＳ１０３に戻り、メインガスの再点火を試みる。

メインガスの着火後（ステップＳ１０８でＹＥＳ）、あるタイミングで燃焼装置１０に自着火性ガスの投入が開始され（ステップＳ１１０）、時間経過とともに自着火性ガスの温度が徐々に上昇してくる。そこで、ステップＳ１１１において、自着火性ガスが自着火可能温度か否かを着火センサ３６によって判定する。

自着火可能温度に成っていないＮＯと判定された場合は、ステップＳ１１２において所定時間待機後に再びステップ１１１に戻る。自着火可能温度に成っている場合は、ステップＳ１１３にてメイン弁１３を介した火花着火ガスの投入をゼロまで減少させていく。

また、ステップＳ１０５やステップＳ１０８においてＮＯと判定され、計測値Ｔが各温度閾値Ｔ0、Ｔ1より大きくない場合には、ステップＳ１０９を経由してステップＳ１０３に戻る。

この戻りループが閾回数Ｎ1（例えば３回）に達すると、ステップＳ１１４に進み、エラー信号が発生して予混合ガス（火花着火性ガス）着火不良を図示しないディスプレイに表示して図５のステップＳ１１５で制御を完了する。

ステップＳ１１３の後、図５のステップＳ１２１に進み、着火センサ３６の計測値Ｔが温度閾値Ｔ2（例えば６００℃）より大きいか否かが判定される。計測値Ｔが温度閾値Ｔ2より大きく、自着火していると判定された場合、ステップＳ１１５で制御を完了する。

ステップＳ１２１で、着火センサ３６の計測値Ｔが温度閾値Ｔ2より大きくなく、自着火していないと判定された場合は、ステップＳ１２２で点火スイッチがＯＮされイグナイタ１９が高電圧を発生する。ついで、ステップＳ１２３にて、パイロット燃料が燃焼装置１０に投入される。

次に、ステップＳ１２４で、着火センサ３６の計測値Ｔが、温度閾値Ｔ0（例えば１００℃）より大きいか否かが判定される。計測値Ｔが温度閾値Ｔ0より大きい場合、ステップＳ１２５において、点火スイッチがＯＦＦされ、イグナイタ１９の高電圧発生が停止される。次に、ステップＳ１２６において、所定遅延時間後にパイロット燃料の供給が停止される。この所定遅延時間の間、パイロット火炎３３によって点火プラグ１８の先端が加熱され、点火プラグ１８の堆積汚れ（デポジット）を焼き切る。

なお、この所定遅延時間は、燃料装置本体や外気といった関連箇所の温度や、燃料の種類などの組み合わせに応じてそのつど決定されるものであり、燃料がメタンの場合、所定遅延時間は例えば数分程度となる。

次に、ステップＳ１２７で、着火センサ３６の計測値Ｔが温度閾値Ｔ2（例えば６００℃）より大きいか否かが判定される。計測値Ｔが温度閾値Ｔ2より大きい場合、ステップＳ１１５で制御を完了する。

なお、ステップＳ１２４でＮＯと判定された場合は、ステップＳ１２８を経由してステップＳ１２２に戻る。この戻り回数が閾回数Ｎ2（例えば３回）に達すると、ステップＳ１１４（図４）でエラー信号が発生して、図示しないディスプレイにエラー表示（予混合ガス着火不良）を行って、図５のステップＳ１１５で制御を完了する。

更に、ステップＳ１２７（図５）でＮＯと判定された場合は、ステップＳ１２９を経由してステップＳ１２２に戻る。この戻り回数が閾回数Ｎ3（例えば３回）に達すると、ステップＳ１３０でエラー信号が発生して、図示しないディスプレイにエラー表示（自着火性ガス着火不良）を行って、ステップＳ１１５で制御を完了する。

（第１実施形態の作用効果）
上記第１実施形態においては、火花着火性ガスを矢印Ｙｇ１のように導入する火花着火性ガス導入手段１２を成す配管と、自着火性ガスを導入する自着火性ガス導入手段２５を成す配管と、空気を導入する空気導入手段を成す配管２７とを有する。

また、点火プラグ１８を有するガス着火装置１９と、火花着火性ガスと自着火性ガスと空気とを混合し、燃焼させる燃焼空間１５とを備え、空気導入手段２７は、燃焼空間１５内に空気を噴出させる空気噴出口２８を有し、自着火性ガス導入手段２５は、燃焼空間１５内に自着火性ガスを噴出させる自着火性ガス噴出口２９を有し、自着火性ガス噴出口２９は、空気噴出口２７から噴出される空気の下流側（図２上方）に設けられている。

火花着火性ガス導入手段１２は、メインガス噴出口３１とパイロットガス噴出口３２の二系統に分かれて、燃焼空間１５内に火花着火性ガスを噴出させるとともに、メインガス噴出口３１は、自着火性ガス噴出口２９と隣接して配置され、パイロットガス噴出口３２は、点火プラグ１８と共に、燃焼空間１５内に、メインガス噴出口３１よりも空気流れの上流側（図２下）に設けられている。

これによれば、メインガス噴出口３１は、自着火性ガス噴出口２９と隣接して配置されているから、自着火性ガス噴出口２９から噴出される自着火性ガスの温度が低い段階においても、自着火性ガスがメインガス噴出口３１から噴出されて燃焼している火花着火性ガスの主火炎３４によってあぶられてから着火させることができる。

また、パイロットガス噴出口３２は、点火プラグ１８と共に、燃焼空間１５内において、メインガス噴出口３１よりも空気流れの上流側に設けられているから、高温の火花着火性ガスの主火炎３４および自着火性ガスの自着火炎に晒されることがないため、点火プラグ１８の耐久性を向上させることができる。

また、ガス着火装置１８、１９および火花着火性ガス導入手段１２は、パイロットガス噴出口３２から噴出した火花着火性ガスに点火してパイロット火炎３３を発生させる。その後、火花着火性ガスがメインガス噴出口３１から噴出されて火花着火性ガスの主火炎３４が発生した後においても、所定遅延時間（例えば１分）以上、パイロット火炎３３を持続させている。なお、この所定遅延時間とは、点火源に堆積しうるデポジットが充分に焼却される予め定めた時間を言う。また、パイロット火炎３３の温度は、デポジットが充分に焼却される温度であることは勿論である。

これによれば、パイロット火炎３３を発生させた後、火花着火性ガスの主火炎３４発生後においても、例えば１分の所定時間以上、パイロット火炎３３を持続させることにより、点火プラグ１８に付着した汚れ等の堆積物を焼き取ることができる。

更に、メインガス噴出口３１の先端が、自着火性ガス噴出口２９の先端よりも空気流れの上流側に位置しているから、自着火性ガス噴出口２９の先端から噴き出された自着火性ガスが、メインガス噴出口３１からの火花着火性ガスの主火炎３４に輻射熱であぶられて予熱されてから、火花着火性ガスの主火炎３４の周りを自着火性ガスが包むため、自着火性ガスの着火が容易である。

次に、メインガス噴出口３１と、自着火性ガス噴出口２９とは共に円筒形であり、メインガス噴出口３１の外側に自着火性ガス噴出口２９が同心状に隣接して配置されている。これによれば、先に燃焼しているメインガス噴出口３１からの火花着火性ガスの主火炎３４の周りに噴き出す自着火性ガスが、自着火できない低温であっても、容易に着火させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以降の各実施形態においては、上述した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成および特徴について説明する。第１実施形態においては主火炎が発生する部位に隣接した１箇所においてパイロット火炎を発生させたが、この第２実施形態は、主火炎が発生する部位の周りの複数箇所においてパイロット二次火炎を発生させるものである。換言すれば、メイン弁を通過したガスを漏らして、主火炎が発生する部位の周囲にパイロット二次火炎を形成するものである。

図６において、燃焼空間１５内の小径配管２１を介して、燃焼空間１５内中央部分に火花着火性ガスが導かれる。図１の燃料電池本体２を通過した自着火性ガス（水素主体の改質ガス）は、自着火性ガス導入手段を成す自着火性ガス導入配管２５と燃焼空間１５内のキセル状の大径配管２６とを介して燃焼空間１５内中央部分に導かれる。

キセル状の大径配管２６内に小径配管２１が中心軸を重ねて同心状に配置されている。また、空気（エア）を導入する空気導入手段を成す空気導入配管２７が設けられ、この空気導入配管２７は、燃焼空間１５内の下部に空気を導入している。

パイロット一次火炎は、イグナイタ１９が発生する火花で着火するが、その後、メイン弁１３を通過した火花着火性ガスが、二次パイロットガス噴出口３２１、３２２において環状に着火され、この環状に着火された火花着火性ガスのパイロット二次火炎３３１、３３２に加熱されて、環状のパイロット二次火炎３３１、３３２の中心部において、温度の低い自着火性ガスが燃焼する。

このように、イグナイタ１９で着火されたパイロット一次火炎３３で直接的に温度の低い自着火性ガスを加熱し着火させる必要は無い。これによれば、パイロッ火炎３３、３３１、３３２から主火炎３４および自着火炎への火移りが確実になる。

（第2実施形態の作用効果）
第2実施形態においては、火花着火性ガス導入配管１２が、メインガス噴出口３１のガス流れ上流側において、パイロットガス噴出口３２に発生したパイロット一次火炎３３によって着火されるパイロット二次火炎３３１、３３２を生成する二次パイロットガス噴出口３２１、３２２を有する。そして、二次パイロットガス噴出口３２１、３２２は、自着火性ガス噴出口２９の周囲を環状に取り囲んでいる。

これによれば、パイロット一次火炎３３によって着火されるパイロット二次火炎３３１、３３２が、自着火性ガス噴出口２９の周囲を環状に取り巻くことになるため、パイロット火炎３３、３３１、３３２から主火炎３４、更には自着火性ガスの自着火炎への火移りが良好になる。

（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、上述の第１実施形態では、燃焼装置へ燃料を供給する前に、空気ラインを燃料ラインに結合して予混合ガス状態（燃料ガスと空気が予め十分混ぜられている状態）にして、燃焼装置１０に燃料を供給したが、燃料と空気とを分けて燃焼装置１０に燃料を供給しても良い。予混合ガスは通常、都市ガスのようなメタンが選ばれるが、燃料の種類に特に制約はない。

１２ 火花着火性ガス導入手段
１５ 燃焼空間
１８、１９ ガス着火装置
２５ 自着火性ガス導入手段
２８ 空気噴出口
２９ 自着火性ガス噴出口
３１ メインガス噴出口
３２ パイロットガス噴出口
３３ パイロット火炎（パイロット一次火炎）
３４ 火花着火性ガスの主火炎

Claims (5)

1. 火花着火性ガスを導入する火花着火性ガス導入手段（１２）と、
   自着火性ガスを導入する自着火性ガス導入手段（２５）と、
   空気を導入する空気導入手段（２７）と、
   点火プラグ（１８）を有するガス着火装置（１８、１９）と、
   前記火花着火性ガスと前記自着火性ガスと前記空気とを混合し、燃焼させる燃焼空間（１５）と、を備え、
   前記空気導入手段（２７）は、前記燃焼空間（１５）内に前記空気を噴出させる空気噴出口（２８）を有し、
   前記自着火性ガス導入手段（２５）は、前記燃焼空間（１５）内に前記自着火性ガスを噴出させる自着火性ガス噴出口（２９）を有し、前記自着火性ガス噴出口（２９）は、前記空気噴出口（２８）から噴出される前記空気の下流側に設けられ、
   前記火花着火性ガス導入手段（１２）は、メインガス噴出口（３１）とパイロットガス噴出口（３２）の二系統に分かれて前記燃焼空間（１５）内に前記火花着火性ガスを噴出するとともに、
   前記メインガス噴出口（３１）は、前記自着火性ガス噴出口（２９）と隣接して配置され、前記パイロットガス噴出口（３２）は、前記点火プラグ（１８）と共に、前記燃焼空間（１５）内に、前記メインガス噴出口（３１）よりも前記空気流れの上流側に設けられていることを特徴とする燃焼装置。
2. 前記ガス着火装置（１８、１９）および前記火花着火性ガス導入手段（１２）は、前記パイロットガス噴出口（３２）から噴出した前記火花着火性ガスに点火してパイロット火炎（３３）を発生させた後、前記火花着火性ガスが前記メインガス噴出口（３１）から噴出されて前記火花着火性ガスの主火炎（３４）発生後においても、所定遅延時間以上前記パイロット火炎（３３）を持続させることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
3. 前記メインガス噴出口（３１）と、前記自着火性ガス噴出口（２９）とは共に円筒形であり、前記メインガス噴出口（３１）の外側に前記自着火性ガス噴出口（２９）が同心状に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼装置。
4. 前記メインガス噴出口（３１）の先端が前記自着火性ガス噴出口（２９）の先端よりも前記空気流れの上流側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の燃焼装置。
5. 前記火花着火性ガス導入手段（１２）は、前記メインガス噴出口（３１）のガス流れ上流側に前記パイロットガス噴出口（３２）に発生したパイロット一次火炎（３３）によって着火されるパイロット二次火炎（３３１、３３２）を生成する二次パイロットガス噴出口（３２１、３２２）を有し、
   前記二次パイロットガス噴出口（３２１、３２２）は、前記自着火性ガス噴出口（２９）の周囲を環状に取り巻くことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の燃焼装置。

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