JP5962579B2 - Combustion equipment - Google Patents

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Description

本発明は、燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する燃焼装置に関する。   The present invention relates to a combustion apparatus that generates high-temperature combustion gas by burning fuel.

燃焼装置にて生成した燃焼ガスの燃焼熱により、都市ガス等の原料を改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質器を備える固体酸化物形の燃料電池システムが、従来から知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a solid oxide fuel cell system including a reformer that reforms a raw material such as city gas by a combustion heat generated by a combustion apparatus to generate a fuel gas containing hydrogen has been known. ing.

固体酸化物形の燃料電池システムの起動当初には、冷間から発電可能な温度にまで燃料電池システムが暖機され、その暖機時には、燃焼装置において一酸化炭素の排出を抑える必要がある。特に、固体酸化物形の燃料電池システムでは、燃料電池本体と改質器に設けられた燃料改質触媒との酸化による劣化等を防止するために不活性ガスがアノードラインに暖機中の所定温度範囲において導入される。そして、その不活性ガスが燃焼装置にも流通し燃焼装置内での燃焼を阻害するので、一酸化炭素の排出を抑える必要性が高い。   At the beginning of the start of the solid oxide fuel cell system, the fuel cell system is warmed up from a cold temperature to a temperature at which power can be generated. At the time of warming up, it is necessary to suppress the emission of carbon monoxide in the combustion device. In particular, in a solid oxide fuel cell system, an inert gas is warmed up to the anode line to prevent deterioration due to oxidation between the fuel cell main body and the fuel reforming catalyst provided in the reformer. Introduced in the temperature range. And since the inert gas distribute | circulates also to a combustion apparatus and inhibits the combustion in a combustion apparatus, the necessity to suppress discharge | emission of carbon monoxide is high.

これに対し、特許文献１のように、触媒を有する浄化装置を燃焼後の排ガスの排気通路に設けてその排ガスを浄化することが知られている。   On the other hand, as disclosed in Patent Document 1, it is known that a purification device having a catalyst is provided in an exhaust passage of exhaust gas after combustion to purify the exhaust gas.

また、特許文献２のように、燃焼に供される燃料を予熱しそれにより燃焼装置での燃焼を改善することが知られている。   Further, as disclosed in Patent Document 2, it is known to preheat a fuel to be used for combustion and thereby improve combustion in a combustion apparatus.

特開２０１２−２８１６５号公報JP 2012-28165 A 特開２００４−１５６８９８号公報JP 2004-156898 A

燃焼装置の燃焼で発生した一酸化炭素の排出を抑えることを目的として、上述したように、排ガスを浄化装置によって後処理することや、燃料を予熱することが考えられる。しかし、燃焼装置の構成上の都合等により、それら以外の方法もしくは装置を用いて一酸化炭素の排出を抑える必要があった。   In order to suppress the emission of carbon monoxide generated by the combustion of the combustion device, as described above, it is conceivable that the exhaust gas is post-treated by the purification device or the fuel is preheated. However, due to the configuration of the combustion apparatus, etc., it was necessary to suppress the emission of carbon monoxide using a method or apparatus other than those.

本発明は上記点に鑑みて、特許文献１、２に開示された方法とは異なる方法により、一酸化炭素の排出を抑えることができる燃焼装置を提供することを目的とする。   In view of the above points, an object of the present invention is to provide a combustion apparatus that can suppress the emission of carbon monoxide by a method different from the methods disclosed in Patent Documents 1 and 2.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る燃焼装置では、燃料と酸化剤ガスとの混合気を燃焼させる燃焼室（４０１）と、
その燃焼室内に露出しており発熱する発熱部（４８１）と、
燃焼室へ酸化剤ガスを導入する流路であって、燃焼室へ導入される酸化剤ガスが発熱部に当たってから、燃焼室を形成している壁面（４０２）に衝突するように形成された酸化剤ガス流路（４２１）と、
混合気の着火前において、壁面の温度（Ｔｂ）が予め定められた閾値（Ｔｂ０）を超えるまで、その壁面に衝突する酸化剤ガスを発熱部が加熱するようにその発熱部を制御する制御装置（１６）とを備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, in the combustion apparatus according to the first aspect of the present invention, a combustion chamber (401) for burning a mixture of fuel and oxidant gas;
A heating part (481) that is exposed in the combustion chamber and generates heat;
A flow path for introducing an oxidant gas into the combustion chamber, wherein the oxidant gas introduced into the combustion chamber hits the heat generating portion and then is formed so as to collide with the wall surface (402) forming the combustion chamber. Agent gas flow path (421);
Control device that controls the heat generating portion so that the heat generating portion heats the oxidant gas that collides with the wall surface until the temperature (Tb) of the wall surface exceeds a predetermined threshold value (Tb0) before ignition of the air-fuel mixture (16).

上述の発明によれば、制御装置は、混合気の着火前において、壁面の温度（Ｔｂ）が予め定められた閾値（Ｔｂ０）を超えるまで、その壁面に衝突する酸化剤ガスを発熱部が加熱するようにその発熱部を制御するので、このような発熱部の制御がなされない場合と比較して、燃焼室の壁面近傍において不完全燃焼が生じにくくなり、一酸化炭素の排出を抑えることができる。   According to the above-described invention, before the ignition of the air-fuel mixture, the controller heats the oxidant gas that collides with the wall surface until the wall surface temperature (Tb) exceeds a predetermined threshold (Tb0). Therefore, compared with the case where such a heat generating part is not controlled, incomplete combustion is less likely to occur near the wall surface of the combustion chamber, and the emission of carbon monoxide can be suppressed. it can.

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した括弧内の各符号は、後述する実施形態に記載した各符号に対応したものである。   In addition, each code | symbol in the parenthesis described in this column and the claim respond | corresponds to each code | symbol described in embodiment mentioned later.

本発明に係る燃焼装置を含む燃料電池システム８の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system 8 containing the combustion apparatus which concerns on this invention. 図１の燃料電池システム８が有する燃焼器１４の上面図である。It is a top view of the combustor 14 which the fuel cell system 8 of FIG. 1 has. 図２のIII−III断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2. 図１の燃料電池システム８が有する電子制御装置１６の制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing of the electronic controller 16 which the fuel cell system 8 of FIG. 1 has.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明に係る燃焼装置を含む燃料電池システム８の概略構成図である。図１に示すように、燃料電池システム８は、燃料電池１０と燃料改質器１２と燃焼器１４と電子制御装置１６とを備えている。本実施形態では、燃焼器１４と電子制御装置１６とが本発明における燃焼装置を構成している。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 8 including a combustion apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 8 includes a fuel cell 10, a fuel reformer 12, a combustor 14, and an electronic control device 16. In the present embodiment, the combustor 14 and the electronic control device 16 constitute a combustion device according to the present invention.

燃料電池１０は、作動温度が８００℃程度の高温となる固体酸化物形燃料電池（SOFC：Solid Oxide Fuel Cell）で構成されており、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電気エネルギを出力する。具体的には、燃料電池１０では、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、および反応式Ｆ３、Ｆ４に示す一酸化炭素（ＣＯ）および酸素の電気化学反応により、電気エネルギが出力される。なお、本実施形態において、酸化剤ガスは具体的には空気である。
（アノード）２Ｈ２＋２Ｏ２− → ２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−…Ｆ１
（カソード）Ｏ２＋４ｅ− → ２Ｏ２−…Ｆ２
（アノード）２ＣＯ＋２Ｏ２− → ２ＣＯ２＋４ｅ−…Ｆ３
（カソード）Ｏ２＋４ｅ− → ２Ｏ２−…Ｆ４
燃料電池１０には、酸化剤ガスの供給経路を成す空気供給配管１８と、燃料ガスの供給経路を成す燃料供給配管２０と、酸化剤ガスのオフガスすなわち排出空気の排出経路を成す空気排出配管２２と、燃料ガスのオフガスすなわち排出燃料の排出経路を成す燃料排出配管２４とがそれぞれ接続されている。 The fuel cell 10 is composed of a solid oxide fuel cell (SOFC) whose operating temperature is as high as about 800 ° C., and generates electric energy by an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas. Output. Specifically, in the fuel cell 10, an electric reaction of hydrogen and oxygen shown in the following reaction formulas F1 and F2 and an electrochemical reaction of carbon monoxide (CO) and oxygen shown in the reaction formulas F3 and F4 are performed. Energy is output. In the present embodiment, the oxidant gas is specifically air.
(Anode) 2H 2 + 2O 2- → 2H 2 O + 4e - ... F1
(Cathode) O 2 + 4e − → 2O 2− … F2
(Anode) 2CO + 2O 2- → 2CO 2 + 4e - ... F3
(Cathode) O 2 + 4e − → 2O 2− … F4
The fuel cell 10 includes an air supply pipe 18 forming an oxidant gas supply path, a fuel supply pipe 20 forming a fuel gas supply path, and an air discharge pipe 22 forming an oxidant gas off-gas, that is, an exhaust air discharge path. Are connected to the fuel gas off-gas, that is, the fuel discharge pipe 24 that forms the discharge path of the discharged fuel.

空気供給配管１８には、空気流量調整弁１８１が設けられている。空気流量調整弁１８１は、電子制御装置１６からの制御信号に応じて、空気供給配管１８を流れる空気の流量を調節する。また、空気流量調整弁１８１は、空気の流量を零にすることすなわち空気の流れを遮断することもできる。   An air flow adjustment valve 181 is provided in the air supply pipe 18. The air flow rate adjustment valve 181 adjusts the flow rate of air flowing through the air supply pipe 18 in accordance with a control signal from the electronic control device 16. The air flow rate adjusting valve 181 can also make the air flow rate zero, that is, block the air flow.

燃料供給配管２０には、上流側から順に、燃料流量調整弁２０１、燃料改質器１２が設けられている。燃料流量調整弁２０１は、電子制御装置１６からの制御信号に応じて、燃料供給配管２０を流れる燃料ガスの流量を調節する。また、燃料流量調整弁２０１は、燃料ガスの流量を零にすることすなわち燃料ガスの流れを遮断することもできる。   The fuel supply pipe 20 is provided with a fuel flow rate adjustment valve 201 and a fuel reformer 12 in order from the upstream side. The fuel flow rate adjustment valve 201 adjusts the flow rate of the fuel gas flowing through the fuel supply pipe 20 in accordance with a control signal from the electronic control device 16. The fuel flow rate adjusting valve 201 can also make the flow rate of the fuel gas zero, that is, block the flow of the fuel gas.

燃料改質器１２には水供給配管２６が接続されており、その水供給配管２６には、水流量調整弁２６１、燃焼器１４からの高温の燃焼ガスで水を加熱して水蒸気を生成する不図示の熱交換器が、上流側から順に設けられている。すなわち、水供給配管２６は、燃料改質器１２へ水蒸気を供給するための配管である。   A water supply pipe 26 is connected to the fuel reformer 12. The water supply pipe 26 generates water vapor by heating water with the high-temperature combustion gas from the water flow rate adjusting valve 261 and the combustor 14. A heat exchanger (not shown) is provided in order from the upstream side. That is, the water supply pipe 26 is a pipe for supplying water vapor to the fuel reformer 12.

水流量調整弁２６１は、電子制御装置１６からの制御信号に応じて、水供給配管２６を流れる水もしくは水蒸気の流量を調節する。また、水流量調整弁２６１は、水もしくは水蒸気の流量を零にすることすなわち水もしくは水蒸気の流れを遮断することもできる。   The water flow rate adjustment valve 261 adjusts the flow rate of water or water vapor flowing through the water supply pipe 26 in accordance with a control signal from the electronic control device 16. Further, the water flow rate adjusting valve 261 can make the flow rate of water or water vapor zero, that is, block the flow of water or water vapor.

燃料改質器１２は、燃料ガスと水蒸気とを混合した混合ガスを燃焼器１４からの燃焼ガスと熱交換させて加熱すると共に、水蒸気改質により水素および一酸化炭素を含む燃料ガスを生成する燃料ガス生成器である。なお、燃料改質器１２に供給される燃料ガスはメタン例えば都市ガスである。また、燃料改質器１２では、水蒸気改質に限らず、例えば、燃料電池１０の起動時等に部分酸化改質を行うようにしてもよい。   The fuel reformer 12 heats a mixed gas obtained by mixing fuel gas and steam with the combustion gas from the combustor 14 and generates fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide by steam reforming. It is a fuel gas generator. The fuel gas supplied to the fuel reformer 12 is methane, for example city gas. Further, the fuel reformer 12 is not limited to steam reforming, and for example, partial oxidation reforming may be performed when the fuel cell 10 is started.

また、燃料電池システム８には、可燃ガス用配管２８が設けられている。その可燃ガス用配管２８は、燃料ガスの原料を燃焼器１４での燃焼用の可燃ガスとして、燃料改質器１２および燃料電池１０等を迂回して燃焼器１４へ導入する配管である。可燃ガス用配管２８には可燃ガス流量調整弁２８１が設けられており、その可燃ガス流量調整弁２８１は、電子制御装置１６からの制御信号に応じて、可燃ガス用配管２８を流れる可燃ガスの流量を調節する。また、可燃ガス流量調整弁２８１は、可燃ガスの流量を零にすることすなわち可燃ガスの流れを遮断することもできる。なお、上記可燃ガスは、本発明における燃料に対応する。   The fuel cell system 8 is provided with a combustible gas pipe 28. The combustible gas pipe 28 is a pipe that bypasses the fuel reformer 12, the fuel cell 10, and the like and introduces the fuel gas raw material into the combustor 14 as a combustible gas for combustion in the combustor 14. The combustible gas pipe 28 is provided with a combustible gas flow rate adjusting valve 281, and the combustible gas flow rate adjusting valve 281 is adapted to control the combustible gas flowing through the combustible gas pipe 28 in accordance with a control signal from the electronic control device 16. Adjust the flow rate. The combustible gas flow rate adjustment valve 281 can also reduce the flow rate of combustible gas to zero, that is, block the flow of combustible gas. In addition, the said combustible gas respond | corresponds to the fuel in this invention.

空気排出配管２２は、燃料電池１０から排出される酸化剤ガスである排出空気を燃焼器１４に導くように配設されている。具体的には、空気排出配管２２は二手に分かれて燃焼器１４に接続されており、第１配管２２ａと第２配管２２ｂとから構成されている。   The air discharge pipe 22 is disposed so as to guide exhaust air that is an oxidant gas discharged from the fuel cell 10 to the combustor 14. Specifically, the air discharge pipe 22 is divided into two hands and connected to the combustor 14 and is composed of a first pipe 22a and a second pipe 22b.

燃料排出配管２４は、燃料電池１０から排出され未反応ガスを含む排出燃料を燃焼器１４に導くように配設されている。具体的に、燃料排出配管２４は、可燃ガス用配管２８における可燃ガス流量調整弁２８１の下流側に接続されている。燃焼器１４では、上記未反応ガスすなわち可燃ガスと排出空気とが混合され燃焼されることで高温の燃焼ガスが生成されるが、燃焼器１４の起動時には、燃料電池１０を経ない可燃ガスが可燃ガス用配管２８及び可燃ガス流量調整弁２８１を通って燃焼器１４に供給され燃焼される。   The fuel discharge pipe 24 is disposed so as to guide exhaust fuel discharged from the fuel cell 10 and containing unreacted gas to the combustor 14. Specifically, the fuel discharge pipe 24 is connected to the downstream side of the combustible gas flow rate adjustment valve 281 in the combustible gas pipe 28. In the combustor 14, the unreacted gas, that is, the combustible gas and the exhausted air are mixed and burned to generate a high-temperature combustion gas. However, when the combustor 14 is started, the combustible gas that does not pass through the fuel cell 10 is generated. It is supplied to the combustor 14 through the combustible gas pipe 28 and the combustible gas flow rate adjustment valve 281 and burned.

燃焼器１４には、内部で生成した高温の燃焼ガスを排出する不図示の燃焼ガス排出配管が接続されている。例えば、この高温の燃焼ガスは、燃料電池１０に導入される空気および燃料ガスを加熱することに利用される。従って、上記燃焼ガス排出配管は燃料改質器１２等に接続されている。   The combustor 14 is connected to a combustion gas discharge pipe (not shown) that discharges high-temperature combustion gas generated inside. For example, this high-temperature combustion gas is used to heat air and fuel gas introduced into the fuel cell 10. Therefore, the combustion gas discharge pipe is connected to the fuel reformer 12 and the like.

以上までが本実施形態の燃料電池システム８の概略構成である。次に、燃焼器１４の構成について図２、３を用いて説明する。図２は燃焼器１４の上面図であり、図３は図２のIII−III断面図である。なお、図２，３では、図を見易くするため、着火装置４８を二点鎖線で表している。   The above is the schematic configuration of the fuel cell system 8 of the present embodiment. Next, the configuration of the combustor 14 will be described with reference to FIGS. 2 is a top view of the combustor 14, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 2 and 3, the ignition device 48 is indicated by a two-dot chain line in order to make the drawings easy to see.

図２および図３に示すように、燃焼器１４は、燃焼室４０１が形成された燃焼部４０と、第１空気流路４２１が形成された第１空気導入部４２と、第２空気流路４４１が形成された第２空気導入部４４と、可燃ガス流路４６１が形成された可燃ガス導入部４６と、着火装置４８と、燃焼室温度センサ５０（図１参照）とを備えている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the combustor 14 includes a combustion section 40 in which a combustion chamber 401 is formed, a first air introduction section 42 in which a first air flow path 421 is formed, and a second air flow path. The second air introduction part 44 in which 441 is formed, the combustible gas introduction part 46 in which the combustible gas flow path 461 is formed, the ignition device 48, and the combustion chamber temperature sensor 50 (see FIG. 1) are provided.

燃焼部４０は、その内部に燃焼室４０１が形成され上下方向に延びる筒状を成している。燃焼室４０１では、可燃ガスと空気とが混合されその混合気が燃焼される。燃焼室４０１は、上下方向に延びる燃焼室軸心ＣＬ１に垂直な断面がその燃焼室軸心ＣＬ１を中心とする円形状をなすように形成されており、上側の上部燃焼室４０１ａと下側の下部燃焼室４０１ｂとから構成されている。   The combustion section 40 has a cylindrical shape in which a combustion chamber 401 is formed and extends in the vertical direction. In the combustion chamber 401, combustible gas and air are mixed and the mixture is burned. The combustion chamber 401 is formed such that a cross section perpendicular to the combustion chamber axis CL1 extending in the vertical direction has a circular shape centered on the combustion chamber axis CL1, and the upper upper combustion chamber 401a and the lower It consists of a lower combustion chamber 401b.

上部燃焼室４０１ａでは、燃焼室軸心ＣＬ１に垂直な断面形状が上下方向の何れの部位でも同じになっている。一方で、下部燃焼室４０１ｂは、燃焼室軸心ＣＬ１に垂直な断面積が下方に向かうほど小さくなるテーパ形状をなしている。   In the upper combustion chamber 401a, the cross-sectional shape perpendicular to the combustion chamber axis CL1 is the same in any part in the vertical direction. On the other hand, the lower combustion chamber 401b has a tapered shape that becomes smaller as the cross-sectional area perpendicular to the combustion chamber axis CL1 goes downward.

また、燃焼室４０１を形成している壁面４０２すなわち燃焼室内壁面４０２は、耐熱性が高く、熱を拡散させ難い材料すなわち熱伝導率が小さい材料で構成されている。例えば、セラミックなどで構成されている。   Further, the wall surface 402 forming the combustion chamber 401, that is, the combustion chamber wall surface 402 is made of a material having high heat resistance and difficult to diffuse heat, that is, a material having low thermal conductivity. For example, it is made of ceramic.

着火装置４８は、電子制御装置１６からの制御信号に従って、可燃ガスと空気との混合気に着火する。着火装置４８は、棒状の形状を成したグロープラグである。着火装置４８は、燃焼部４０の側方から下部燃焼室４０１ｂ内に突き出るように挿入されている。着火装置４８は、その先端に発熱部４８１を備えており、その発熱部４８１は細い円柱形状を成し下部燃焼室４０１ｂ内に露出している。   The ignition device 48 ignites an air-fuel mixture of combustible gas and air in accordance with a control signal from the electronic control device 16. The ignition device 48 is a glow plug having a rod-like shape. The ignition device 48 is inserted so as to protrude from the side of the combustion unit 40 into the lower combustion chamber 401b. The ignition device 48 includes a heat generating portion 481 at the tip thereof, and the heat generating portion 481 has a thin cylindrical shape and is exposed in the lower combustion chamber 401b.

着火装置４８の発熱部４８１は、通電されることにより発熱し、例えば表面が発熱によって赤色変化し１４００℃程度にまで達する。すなわち、着火装置４８による混合気の着火は、火花着火ではなく熱面着火である。要するに、着火装置４８は、混合気の熱面着火を行う熱面着火装置である。図２および図３では、発熱部４８１はハッチングで図示されている。   The heat generating portion 481 of the ignition device 48 generates heat when energized. For example, the surface changes to red due to heat generation and reaches about 1400 ° C. That is, the ignition of the air-fuel mixture by the ignition device 48 is hot surface ignition, not spark ignition. In short, the ignition device 48 is a hot surface ignition device that performs hot surface ignition of an air-fuel mixture. 2 and 3, the heat generating portion 481 is shown by hatching.

可燃ガス導入部４６には、可燃ガスを燃焼室４０１内に導入するために、可燃ガス流路４６１が形成されている。可燃ガス流路４６１の一端は可燃ガス用配管２８（図１参照）に接続され、可燃ガス流路４６１の他端は、下部燃焼室４０１ｂを形成している下端面４０３に開口している。すなわち、可燃ガス流路４６１は、可燃ガスを燃焼室４０１の下方からその燃焼室４０１内へ導入する。   A combustible gas flow path 461 is formed in the combustible gas introducing portion 46 in order to introduce the combustible gas into the combustion chamber 401. One end of the combustible gas passage 461 is connected to the combustible gas pipe 28 (see FIG. 1), and the other end of the combustible gas passage 461 is open to a lower end surface 403 forming the lower combustion chamber 401b. That is, the combustible gas passage 461 introduces combustible gas into the combustion chamber 401 from below the combustion chamber 401.

第１空気導入部４２には、第１配管２２ａ（図１参照）からの空気を燃焼室４０１内に導入するために、第１空気流路４２１が形成されている。その第１空気流路４２１は、燃焼室軸心ＣＬ１に直交する横方向に延びた貫通孔で構成されている。第１空気流路４２１は、本発明における酸化剤ガス流路に対応する。   A first air flow path 421 is formed in the first air introduction part 42 in order to introduce air from the first pipe 22 a (see FIG. 1) into the combustion chamber 401. The first air flow path 421 is configured by a through hole extending in the lateral direction orthogonal to the combustion chamber axis CL1. The first air flow path 421 corresponds to the oxidant gas flow path in the present invention.

また、第１空気流路４２１の一端は第１配管２２ａに接続され、第１空気流路４２１の他端は、下部燃焼室４０１ｂの燃焼室内壁面４０２に開口している。すなわち、第１空気流路４２１は、第１配管２２ａからの空気を燃焼室４０１の側方からその燃焼室４０１内へ導入する。   One end of the first air flow path 421 is connected to the first pipe 22a, and the other end of the first air flow path 421 opens to the combustion chamber wall surface 402 of the lower combustion chamber 401b. That is, the first air flow path 421 introduces air from the first pipe 22 a into the combustion chamber 401 from the side of the combustion chamber 401.

また、第１空気流路４２１は、その第１空気流路４２１の空気流れ方向に延びる軸心が燃焼室軸心ＣＬ１とは交差しないように、且つ、第１空気流路４２１から燃焼室４０１内に入った空気が燃焼室内壁面４０２に衝突するように配設されている。   Further, the first air flow path 421 has a shaft center extending in the air flow direction of the first air flow path 421 so as not to intersect with the combustion chamber axial center CL1, and from the first air flow path 421 to the combustion chamber 401. The air that has entered is disposed so as to collide with the combustion chamber wall surface 402.

更に、着火装置４８の発熱部４８１が、燃焼室４０１内においてその第１空気流路４２１の軸心上に位置するように配設されている。すなわち、第１空気流路４２１を通って燃焼室４０１内へ導入される空気は、その発熱部４８１に当たってから、燃焼室内壁面４０２に衝突する。   Furthermore, the heat generating portion 481 of the ignition device 48 is disposed in the combustion chamber 401 so as to be positioned on the axial center of the first air flow path 421. That is, the air introduced into the combustion chamber 401 through the first air flow path 421 hits the heat generating portion 481 and then collides with the combustion chamber wall surface 402.

第２空気導入部４４には、第２配管２２ｂ（図１参照）からの空気を燃焼室４０１内に導入するために、第２空気流路４４１が形成されている。その第２空気流路４４１は、燃焼室軸心ＣＬ１に平行な方向から見たときに、第１空気流路４２１に対し燃焼室軸心ＣＬ１を中心とした点対称形状を成すように形成されている。すなわち、第２空気流路４４１は、燃焼器１４の上面図である図２において、第１空気流路４２１に対し燃焼室軸心ＣＬ１を中心とした点対称形状を成している。   A second air flow path 441 is formed in the second air introduction portion 44 in order to introduce air from the second pipe 22 b (see FIG. 1) into the combustion chamber 401. The second air flow path 441 is formed so as to have a point-symmetric shape with respect to the first air flow path 421 around the combustion chamber axis CL1 when viewed from a direction parallel to the combustion chamber axis CL1. ing. That is, the second air flow path 441 has a point-symmetric shape with respect to the first air flow path 421 in the center of the combustion chamber axis CL <b> 1 in FIG. 2, which is a top view of the combustor 14.

また、第２空気流路４４１の一端は第２配管２２ｂに接続され、第２空気流路４４１の他端は、下部燃焼室４０１ｂの燃焼室内壁面４０２に開口している。すなわち、第２空気流路４４１は、第２配管２２ｂからの空気を燃焼室４０１内へその燃焼室４０１の側方から導入する。   One end of the second air flow path 441 is connected to the second pipe 22b, and the other end of the second air flow path 441 opens to the combustion chamber wall surface 402 of the lower combustion chamber 401b. That is, the second air flow path 441 introduces air from the second pipe 22 b into the combustion chamber 401 from the side of the combustion chamber 401.

このように配設された第１空気流路４２１と第２空気流路４４１との関係から、燃焼室４０１内では、第１空気流路４２１と第２空気流路４４１とのそれぞれから導入された空気が、図２、３の矢印ＡＲｒｖのように燃焼室内壁面４０２に沿って旋回流を生じる。すなわち、燃焼室４０１は、その空気の旋回流が生じるように形成されている。また、第１空気流路４２１から導入される空気に着目すれば、その空気は、着火装置４８の発熱部４８１に当たってから燃焼室内壁面４０２に衝突し、そのように衝突してから旋回流を生じる。   Due to the relationship between the first air flow path 421 and the second air flow path 441 arranged as described above, the air is introduced from each of the first air flow path 421 and the second air flow path 441 in the combustion chamber 401. The generated air generates a swirling flow along the combustion chamber wall surface 402 as indicated by an arrow ARrv in FIGS. That is, the combustion chamber 401 is formed so that a swirling flow of the air is generated. If attention is paid to the air introduced from the first air flow path 421, the air hits the heat generating portion 481 of the ignition device 48 and then collides with the combustion chamber wall surface 402. After such collision, a swirl flow is generated. .

燃焼室温度センサ５０は、例えば図１に示すように燃焼室内壁面４０２に設けられており、その燃焼室内壁面４０２の温度Ｔｂすなわち燃焼室壁面温度Ｔｂを検出する温度検出装置である。そして、その燃焼室壁面温度Ｔｂを表す検出信号を電子制御装置１６へ出力する。   The combustion chamber temperature sensor 50 is provided on the combustion chamber wall surface 402 as shown in FIG. 1, for example, and is a temperature detection device that detects the temperature Tb of the combustion chamber wall surface 402, that is, the combustion chamber wall surface temperature Tb. Then, a detection signal representing the combustion chamber wall surface temperature Tb is output to the electronic control device 16.

また、図３において燃焼器１４は、燃焼部４０の蓋として機能する不図示の天板を、燃焼部４０の上端に備えている。その天板には、燃焼ガスを排出するための燃焼ガス排出口が形成されており、その燃焼ガス排出口には前述した燃焼ガス排出配管が接続されている。   In FIG. 3, the combustor 14 includes a top plate (not shown) that functions as a lid of the combustion unit 40 at the upper end of the combustion unit 40. The top plate is formed with a combustion gas discharge port for discharging combustion gas, and the combustion gas discharge pipe is connected to the combustion gas discharge port.

次に、電子制御装置１６の構成および電子制御装置１６が実行する制御処理等を説明する。電子制御装置１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路とから構成されており、ＲＯＭ等に予め記憶されたコンピュータプログラムに従って種々の制御処理を実行する。例えば、燃料電池１０の制御、燃焼器１４の燃焼制御等を実行する。また、電子制御装置１６は、燃焼器１４を着火する際に、図４に示す制御処理を行う。   Next, the configuration of the electronic control device 16 and control processing executed by the electronic control device 16 will be described. The electronic control unit 16 includes a known microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM and the like and peripheral circuits thereof, and executes various control processes according to a computer program stored in advance in the ROM or the like. For example, control of the fuel cell 10 and combustion control of the combustor 14 are executed. Further, the electronic control device 16 performs the control process shown in FIG. 4 when the combustor 14 is ignited.

図４は、電子制御装置１６の制御処理を示すフローチャートである。電子制御装置１６は、図４のフローチャートに示す制御処理を周期的に繰り返し実行する。この図４のフローチャートは、燃焼器１４を冷間時に起動するための制御処理を表している。なお、図４の制御処理の開始時点では、空気流量調整弁１８１、燃料流量調整弁２０１、水流量調整弁２６１、可燃ガス流量調整弁２８１（図１参照）は何れも閉じられており、着火装置４８はオフにされている。   FIG. 4 is a flowchart showing a control process of the electronic control device 16. The electronic control unit 16 periodically and repeatedly executes the control process shown in the flowchart of FIG. The flowchart of FIG. 4 represents a control process for starting the combustor 14 when it is cold. At the start of the control process in FIG. 4, the air flow rate adjustment valve 181, the fuel flow rate adjustment valve 201, the water flow rate adjustment valve 261, and the combustible gas flow rate adjustment valve 281 (see FIG. 1) are all closed and ignition is performed. Device 48 is turned off.

先ず、図４のＳ１１０において、電子制御装置１６は、燃焼器１４すなわちバーナ１４の起動を指示するバーナ起動信号がオンになったか否かを判定する。このバーナ起動信号は、オンにされることで燃焼器１４の起動を指示するものである。例えば、燃料電池システム８を操作する操作者に対して入出力を行う入出力装置５８（図１参照）が設けられており、入出力装置５８は、その入出力装置５８が有するバーナ起動スイッチが操作者によりオンにされると、バーナ起動信号をオンにする。そして、オンのバーナ起動信号を電子制御装置１６に出力する。   First, in S110 of FIG. 4, the electronic control unit 16 determines whether or not a burner activation signal for instructing activation of the combustor 14, that is, the burner 14, is turned on. This burner activation signal instructs the activation of the combustor 14 when turned on. For example, an input / output device 58 (see FIG. 1) that performs input / output for an operator who operates the fuel cell system 8 is provided. The input / output device 58 includes a burner activation switch that the input / output device 58 has. When turned on by the operator, the burner activation signal is turned on. Then, an ON burner activation signal is output to the electronic control device 16.

Ｓ１１０において、電子制御装置１６は、バーナ起動信号がオンになったと判定すると、Ｓ１２０以降のステップを実行する。   In S110, if the electronic control unit 16 determines that the burner activation signal is turned on, it executes the steps after S120.

Ｓ１２０においては、燃料供給配管２０から燃料電池１０へ送り込まれる不活性ガスの投入量を決定する。その不活性ガスは、後述のＳ２１０において、燃焼器１４の燃焼開始直後に燃料電池１０へ送り込まれるものである。不活性ガスは例えば水蒸気で構成されており、燃料電池１０と燃料改質器１２に設けられた燃料改質触媒との酸化による劣化等を防止するために導入される。例えば燃料電池１０および燃料改質器１２が暖機中の所定温度範囲内にあるときには、不活性ガスが導入される。従って、その不活性ガスの投入量は、例えば、燃料電池１０および燃料改質器１２の劣化等を防止できるように予め実験的に設定されたマップを用いて決定される。   In S120, the input amount of the inert gas sent from the fuel supply pipe 20 to the fuel cell 10 is determined. The inert gas is sent to the fuel cell 10 immediately after the start of combustion in the combustor 14 in S210 described later. The inert gas is made of, for example, water vapor, and is introduced to prevent deterioration due to oxidation between the fuel cell 10 and the fuel reforming catalyst provided in the fuel reformer 12. For example, when the fuel cell 10 and the fuel reformer 12 are within a predetermined temperature range during warm-up, an inert gas is introduced. Therefore, the input amount of the inert gas is determined using, for example, a map set experimentally in advance so that deterioration of the fuel cell 10 and the fuel reformer 12 can be prevented.

続くＳ１３０においては、燃焼室壁面要求温度Ｔｂ０を決定する。この燃焼室壁面要求温度Ｔｂ０は、燃焼器１４内での着火前に燃焼室壁面温度Ｔｂを到達させる目標値である。要するに、燃焼室壁面温度Ｔｂに対する予め定められた閾値である。   In subsequent S130, the required combustion chamber wall surface temperature Tb0 is determined. The combustion chamber wall surface required temperature Tb0 is a target value for reaching the combustion chamber wall surface temperature Tb before ignition in the combustor 14. In short, this is a predetermined threshold for the combustion chamber wall surface temperature Tb.

例えば、燃焼器１４内での燃焼開始当初から一酸化炭素の発生量を所定の許容値以下にできるように予め実験的に設定された要求温度マップが電子制御装置１６に記憶されている。そして、燃焼室壁面要求温度Ｔｂ０は、その要求温度マップから、Ｓ１２０にて決定された不活性ガスの投入量と空気供給配管１８に導入される空気の温度とに基づいて決定される。燃焼室壁面要求温度Ｔｂ０は、例えば１００℃程度に決定される。   For example, a required temperature map that is experimentally set in advance so that the amount of carbon monoxide generated in the combustor 14 can be reduced to a predetermined allowable value or less from the beginning of combustion in the combustor 14 is stored in the electronic control device 16. The required combustion chamber wall surface temperature Tb0 is determined based on the input amount of the inert gas determined in S120 and the temperature of the air introduced into the air supply pipe 18 from the required temperature map. The combustion chamber wall surface required temperature Tb0 is determined to be about 100 ° C., for example.

続くＳ１４０においては、暖機ループ回数Ｎｘを初期値である１に設定する。この暖機ループ回数Ｎｘは、燃焼室壁面温度Ｔｂを着火前に上昇させる制御が実行された回数を数えるためパラメータである。   In subsequent S140, the warm-up loop number Nx is set to 1 which is an initial value. The number of warm-up loops Nx is a parameter for counting the number of times that control for increasing the combustion chamber wall surface temperature Tb before ignition is executed.

続くＳ１５０においては、燃焼室温度センサ５０により燃焼室壁面温度Ｔｂを検出する。   In subsequent S150, the combustion chamber wall surface temperature Tb is detected by the combustion chamber temperature sensor 50.

続くＳ１６０においては、Ｓ１５０にて検出した燃焼室壁面温度Ｔｂが燃焼室壁面要求温度Ｔｂ０よりも高くなっているか否かを判定する。燃焼室壁面温度Ｔｂが燃焼室壁面要求温度Ｔｂ０よりも高くなっていると判定した場合には、Ｓ１７０に進む。その一方で、燃焼室壁面温度Ｔｂが燃焼室壁面要求温度Ｔｂ０以下であると判定した場合には、Ｓ２３０に進む。   In subsequent S160, it is determined whether or not the combustion chamber wall surface temperature Tb detected in S150 is higher than the combustion chamber wall surface required temperature Tb0. If it is determined that the combustion chamber wall surface temperature Tb is higher than the combustion chamber wall surface required temperature Tb0, the process proceeds to S170. On the other hand, when it is determined that the combustion chamber wall surface temperature Tb is equal to or lower than the combustion chamber wall surface temperature Tb0, the process proceeds to S230.

Ｓ１７０においては、燃焼室４０１内で混合気に着火し燃焼させるために、空気流量調整弁１８１へ制御信号を出力し、空気流量調整弁１８１を開く。これによって、第１空気流路４２１および第２空気流路４４１から燃焼用空気を燃焼室４０１内に導入する。この燃焼用空気は、空気供給配管１８、燃料電池１０、空気排出配管２２を順次経て燃焼室４０１内に導入される空気であり、成分としては単なる空気であるが、用途を明確に表現するために、単に空気とは呼ばずに燃焼用空気と呼ぶものである。   In S170, in order to ignite and burn the air-fuel mixture in the combustion chamber 401, a control signal is output to the air flow rate adjustment valve 181 and the air flow rate adjustment valve 181 is opened. Thus, combustion air is introduced into the combustion chamber 401 from the first air flow path 421 and the second air flow path 441. This combustion air is air that is introduced into the combustion chamber 401 through the air supply pipe 18, the fuel cell 10, and the air discharge pipe 22 in order, and is merely air as a component, but in order to clearly express the application. In addition, it is not simply called air but is called combustion air.

なお、後述のＳ２３０またはＳ２８０において暖機用空気を燃焼室４０１内に導入するので、例えば、Ｓ１７０の実行前から既に暖機用空気を燃焼室４０１内に導入している場合には、その空気流量を増加させ、暖機用空気を燃焼用空気に切り替える。暖機用空気の説明については後述する。   In S230 or S280, which will be described later, warm-up air is introduced into the combustion chamber 401. For example, when warm-up air has already been introduced into the combustion chamber 401 before the execution of S170, the air Increase the flow rate and switch warm-up air to combustion air. The warm-up air will be described later.

続くＳ１８０においては、燃焼用空気の導入開始後に、着火装置４８に通電し着火装置４８の発熱部４８１を発熱させる。要するに、着火装置４８をオンにする。具体的には、熱面着火を行う熱面着火部である発熱部４８１の表面すなわち着火熱面の温度を、着火可能となる着火可能温度たとえば１４００℃程度にまで上昇させる。発熱部４８１の表面温度が着火可能温度にまで上昇すると、Ｓ１９０に進む。   In subsequent S180, after the start of the introduction of the combustion air, the ignition device 48 is energized to cause the heat generating portion 481 of the ignition device 48 to generate heat. In short, the ignition device 48 is turned on. Specifically, the temperature of the surface of the heat generating portion 481 that is a hot surface ignition portion that performs hot surface ignition, that is, the temperature of the ignition hot surface is raised to an ignitable temperature such as about 1400 ° C. When the surface temperature of the heat generating portion 481 rises to an ignitable temperature, the process proceeds to S190.

なお、後述のＳ２３０においても着火装置４８をオンにするので、例えば、Ｓ１８０の実行前から既に着火装置４８をオンにしている場合には、その着火装置４８のオンを継続する。   Since the ignition device 48 is also turned on in S230 described later, for example, when the ignition device 48 is already turned on before the execution of S180, the ignition device 48 is kept on.

Ｓ１９０においては、燃焼室４０１内で可燃ガスを空気に混合しその混合気に着火し燃焼させるために、可燃ガス流量調整弁２８１へ制御信号を出力し、可燃ガス流量調整弁２８１を開く。これによって、燃焼器１４用の燃料である可燃ガスを可燃ガス流路４６１から燃焼室４０１内に導入する。可燃ガスは燃焼室４０１内に導入されると、燃焼用空気と共に混合気を構成し、その混合気が、既に発熱している着火装置４８の発熱部４８１により着火させられる。なお、可燃ガスは例えばメタンである。   In S190, in order to mix the combustible gas with the air in the combustion chamber 401 and ignite and burn the air-fuel mixture, a control signal is output to the combustible gas flow rate adjusting valve 281 and the combustible gas flow rate adjusting valve 281 is opened. As a result, combustible gas that is fuel for the combustor 14 is introduced into the combustion chamber 401 from the combustible gas passage 461. When the combustible gas is introduced into the combustion chamber 401, it forms an air-fuel mixture with the combustion air, and the air-fuel mixture is ignited by the heat generating portion 481 of the ignition device 48 that has already generated heat. The combustible gas is methane, for example.

続くＳ２００においては、燃焼室４０１内における燃焼用空気と可燃ガスとの混合気への着火が完了したか否かを判定する。混合気への着火が完了した場合には、Ｓ２１０に進む。その一方で、混合気への着火ができなかった場合すなわちその着火に失敗した場合には、Ｓ２８０に進む。   In the subsequent S200, it is determined whether or not the ignition of the mixture of combustion air and combustible gas in the combustion chamber 401 has been completed. When the ignition of the air-fuel mixture is completed, the process proceeds to S210. On the other hand, if the mixture cannot be ignited, that is, if the ignition fails, the process proceeds to S280.

例えば、Ｓ２００では、可燃ガスを燃焼室４０１内に導入し始めてから数秒間にわたって燃焼室壁面温度Ｔｂを燃焼室温度センサ５０により測定する。そして、その測定において、混合気が燃焼していると判定できる所定の燃焼判定温度以上に燃焼室壁面温度Ｔｂが維持されていれば、混合気への着火が完了したと判定する。   For example, in S <b> 200, the combustion chamber wall surface temperature Tb is measured by the combustion chamber temperature sensor 50 for several seconds after starting to introduce the combustible gas into the combustion chamber 401. In the measurement, if the combustion chamber wall surface temperature Tb is maintained at or above a predetermined combustion determination temperature at which it can be determined that the air-fuel mixture is combusting, it is determined that the ignition of the air-fuel mixture has been completed.

なお、着火完了後は着火装置４８をオンにしておく必要はないので、例えば、着火するために発熱部４８１を発熱させる発熱継続時間が予め設定されており、電子制御装置１６は、可燃ガスを燃焼室４０１内に導入し始めてからその発熱継続時間が経過した時に、着火装置４８をオンからオフに切り替える。   Since it is not necessary to turn on the ignition device 48 after completion of ignition, for example, the heat generation duration time for generating heat at the heat generating portion 481 is set in advance to ignite, and the electronic control device 16 supplies the combustible gas. The ignition device 48 is switched from ON to OFF when the duration of heat generation has elapsed since the introduction into the combustion chamber 401 began.

Ｓ２１０においては、Ｓ１２０で決定された投入量で、不活性ガスを燃料電池１０へ送り込む。すなわち、燃焼器１４の燃焼開始初期、詳細には燃焼開始直後に不活性ガスを燃料電池１０へ送り込む。この燃料電池１０へ送り込まれた不活性ガスは、燃焼室４０１内に送り込まれる可燃ガスに燃料排出配管２４から混入する。例えば、本実施形態では水蒸気を不活性ガスとして燃料電池１０へ送り込むので、水流量調整弁２６１へ制御信号を出力し水流量調整弁２６１を開き、これにより、不活性ガスを燃料電池１０へ送り込む。例えば、この不活性ガスの投入は、燃料電池１０の温度が燃料電池１０の暖機が完了する８００℃程度になるまで継続される。   In S210, the inert gas is fed into the fuel cell 10 with the input amount determined in S120. That is, an inert gas is sent into the fuel cell 10 at the beginning of combustion of the combustor 14, specifically immediately after the start of combustion. The inert gas sent to the fuel cell 10 is mixed into the combustible gas sent into the combustion chamber 401 from the fuel discharge pipe 24. For example, in this embodiment, since water vapor is sent to the fuel cell 10 as an inert gas, a control signal is output to the water flow rate adjustment valve 261 to open the water flow rate adjustment valve 261, thereby sending the inert gas to the fuel cell 10. . For example, the introduction of the inert gas is continued until the temperature of the fuel cell 10 reaches about 800 ° C. when the warm-up of the fuel cell 10 is completed.

Ｓ２２０においては、燃焼室４０１内において混合気の燃焼が継続しているか否かを判定する。不活性ガスは燃焼を妨げるように作用するので、混合気が不活性ガスの投入により燃焼しなくなっていることがあり得るからである。   In S220, it is determined whether or not the combustion of the air-fuel mixture continues in the combustion chamber 401. This is because the inert gas acts so as to prevent combustion, so that the air-fuel mixture may not be burned by the introduction of the inert gas.

例えば、Ｓ２２０では、不活性ガスの投入を開始してから数秒間にわたって燃焼室壁面温度Ｔｂを燃焼室温度センサ５０により測定する。そして、その測定において、燃焼室壁面温度Ｔｂが上記燃焼判定温度以上に維持されていれば、混合気の燃焼が継続していると判定する。   For example, in S220, the combustion chamber wall surface temperature Tb is measured by the combustion chamber temperature sensor 50 for several seconds after the introduction of the inert gas is started. In the measurement, if the combustion chamber wall surface temperature Tb is maintained at the combustion determination temperature or higher, it is determined that the combustion of the air-fuel mixture continues.

Ｓ２２０において混合気の燃焼が継続していると判定した場合には、図４の制御処理を終了する。すなわち、燃焼器１４の冷間起動シーケンスを終了する。その一方で、混合気の燃焼が継続していないと判定した場合には、Ｓ２８０に進む。例えば、混合気の燃焼が継続していると判定し図４の制御処理を終了した場合には、そのまま混合気の燃焼が継続される。   If it is determined in S220 that the combustion of the air-fuel mixture continues, the control process in FIG. 4 is terminated. That is, the cold start sequence of the combustor 14 is terminated. On the other hand, if it is determined that the combustion of the air-fuel mixture has not continued, the process proceeds to S280. For example, when it is determined that the combustion of the air-fuel mixture is continuing and the control process of FIG. 4 is terminated, the combustion of the air-fuel mixture is continued as it is.

Ｓ２３０においては、混合気の着火前に燃焼室内壁面４０２を予熱するために、空気流量調整弁１８１へ制御信号を出力し、空気流量調整弁１８１を開く。これによって、第１空気流路４２１および第２空気流路４４１から暖機用空気を燃焼室４０１内に導入する。   In S230, in order to preheat the combustion chamber wall surface 402 before the mixture is ignited, a control signal is output to the air flow rate adjustment valve 181 and the air flow rate adjustment valve 181 is opened. As a result, warm-up air is introduced into the combustion chamber 401 from the first air flow path 421 and the second air flow path 441.

この暖機用空気は、成分としては単なる空気であるが、用途を明確にして前述の燃焼用空気と区別するために、単に空気とは呼ばずに暖機用空気と呼ぶものである。具体的に、暖機用空気は、燃焼室内壁面４０２を予熱することを目的とするものであるので、その流量が燃焼用空気よりも少ないという点で燃焼用空気と異なっている。   This warm-up air is merely air as a component, but in order to clarify the application and distinguish it from the above-mentioned combustion air, it is not simply called air but called warm-up air. Specifically, since the warm-up air is intended to preheat the combustion chamber wall surface 402, it is different from the combustion air in that its flow rate is less than that of the combustion air.

また、Ｓ２３０においては、暖機用空気の導入と共に、着火装置４８に通電し着火装置４８の発熱部４８１を発熱させる。要するに、着火装置４８をオンにする。例えば、発熱部４８１の温度すなわち発熱部４８１の表面温度を、燃焼室内壁面４０２を予熱するために予め設定された目標温度にまで上昇させる。この目標温度は、前述の着火可能温度と同じであっても、着火可能温度と異なっていても差し支えない。   In S230, along with the introduction of warm-up air, the ignition device 48 is energized to cause the heat generating portion 481 of the ignition device 48 to generate heat. In short, the ignition device 48 is turned on. For example, the temperature of the heat generating portion 481, that is, the surface temperature of the heat generating portion 481 is increased to a target temperature set in advance in order to preheat the combustion chamber wall surface 402. This target temperature may be the same as the above-described ignition possible temperature or may be different from the ignition possible temperature.

続くＳ２４０においては、所定時間ｔ０が経過するまで待機する。要するに、所定時間ｔ０にわたって現状維持をする。例えば、その所定時間ｔ０は５分程度に設定されている。   In continuing S240, it waits until predetermined time t0 passes. In short, the current state is maintained for a predetermined time t0. For example, the predetermined time t0 is set to about 5 minutes.

例えば、Ｓ２３０で暖機用空気を導入し着火装置４８をオンしてからＳ２４０に進んだ場合には、Ｓ２４０において、その暖機用空気を導入すると共に着火装置４８をオンしている状態を、所定時間ｔ０にわたって維持する。この場合、Ｓ２４０での所定時間ｔ０にわたる待機中には、第１空気流路４２１を通って燃焼室４０１内へ導入される空気は、着火装置４８の発熱部４８１に当たって加熱され、その加熱された空気が燃焼室内壁面４０２に衝突する。そして、その加熱され燃焼室内壁面４０２に衝突した空気は、第２空気流路４４１からの空気と共に矢印ＡＲｒｖ（図２、３参照）のように燃焼室４０１内で旋回流を生じつつ燃焼室４０１の下方から上方に流れる。そのため、燃焼室壁面温度Ｔｂが上昇する。   For example, when the warm-up air is introduced in S230 and the ignition device 48 is turned on and then the process proceeds to S240, the warm-up air is introduced and the ignition device 48 is turned on in S240. Maintain for a predetermined time t0. In this case, during the standby for a predetermined time t0 in S240, the air introduced into the combustion chamber 401 through the first air flow path 421 hits the heat generating portion 481 of the ignition device 48 and is heated. Air collides with the combustion chamber wall surface 402. Then, the heated air that collides with the combustion chamber wall surface 402 and the air from the second air flow path 441 generate a swirling flow in the combustion chamber 401 as indicated by an arrow ARrv (see FIGS. 2 and 3), and the combustion chamber 401. Flows from below to above. Therefore, the combustion chamber wall surface temperature Tb rises.

続くＳ２５０においては、暖機ループ回数Ｎｘが予め設定された暖機ループ制限値Ｎ１以上であるか否かを判定する。暖機ループ回数Ｎｘが暖機ループ制限値Ｎ１以上であると判定した場合には、Ｓ２７０に進む。その一方で、暖機ループ回数Ｎｘが暖機ループ制限値Ｎ１未満であると判定した場合には、Ｓ２６０に進む。暖機ループ制限値Ｎ１は、上述のＳ２４０にて行われる燃焼器１４の暖機を打ち切るために暖機ループ回数Ｎｘを制限する制限値であり、例えば３回程度に設定されている。   In subsequent S250, it is determined whether or not the number Nx of warm-up loops is equal to or greater than a preset warm-up loop limit value N1. If it is determined that the number of warm-up loops Nx is equal to or greater than the warm-up loop limit value N1, the process proceeds to S270. On the other hand, if it is determined that the number of warm-up loops Nx is less than the warm-up loop limit value N1, the process proceeds to S260. The warm-up loop limit value N1 is a limit value that limits the number of warm-up loops Nx in order to stop the warm-up of the combustor 14 performed in S240 described above, and is set to about 3 times, for example.

Ｓ２６０においては、暖機ループ回数Ｎｘが１だけ加算される。そして、Ｓ１５０に進む。   In S260, the warm-up loop count Nx is incremented by one. Then, the process proceeds to S150.

Ｓ２７０においては、暖機ループ回数Ｎｘが暖機ループ制限値Ｎ１以上になったことにより燃焼器１４の起動不良と判断し、エラー信号を例えば入出力装置５８に出力する。入出力装置５８はエラー信号を受け取ると、入出力装置５８が有するディスプレイに、燃焼器１４の起動不良が生じたことを表示する。   In S270, it is determined that the combustor 14 has failed to start when the warm-up loop count Nx is equal to or greater than the warm-up loop limit value N1, and an error signal is output to the input / output device 58, for example. When the input / output device 58 receives the error signal, the input / output device 58 displays on the display that the start-up failure of the combustor 14 has occurred.

また、Ｓ２７０においては、上述のように燃焼器１４の起動不良と判断するので、着火装置４８をオフにする。そして、空気流量調整弁１８１と燃料流量調整弁２０１と水流量調整弁２６１と可燃ガス流量調整弁２８１との全てを閉じる。   Further, in S270, since it is determined that the combustor 14 is not started as described above, the ignition device 48 is turned off. Then, all of the air flow rate adjustment valve 181, the fuel flow rate adjustment valve 201, the water flow rate adjustment valve 261, and the combustible gas flow rate adjustment valve 281 are closed.

Ｓ２８０においては、可燃ガス流量調整弁２８１を閉じ、それにより、燃焼室４０１内への可燃ガスの流入を遮断する。また、着火装置４８をオンからオフに切り替える。また、Ｓ１７０において燃焼室４０１内へ導入し始めた燃焼用空気を、その空気流量を減じて暖機用空気に切り替える。また、Ｓ２１０にて不活性ガスを燃料電池１０へ送り込んでいれば、水流量調整弁２６１を閉じて不活性ガスを遮断する。そして、Ｓ２４０に進む。   In S280, the combustible gas flow rate adjustment valve 281 is closed, thereby blocking the inflow of combustible gas into the combustion chamber 401. Further, the ignition device 48 is switched from on to off. Further, the combustion air that has started to be introduced into the combustion chamber 401 in S170 is switched to warm-up air by reducing the air flow rate. If the inert gas has been sent to the fuel cell 10 in S210, the water flow rate adjusting valve 261 is closed to shut off the inert gas. Then, the process proceeds to S240.

以上のようにして、電子制御装置１６は、バーナ起動信号がオンになった場合には、図４のＳ１２０以降のステップから成る燃焼器１４の冷間起動シーケンスを実行し、燃焼器１４を起動する。要するに、燃焼器１４での燃焼を開始する。   As described above, when the burner activation signal is turned on, the electronic control unit 16 executes the cold activation sequence of the combustor 14 including the steps after S120 in FIG. To do. In short, combustion in the combustor 14 is started.

特に、上記冷間起動シーケンスでは、電子制御装置１６は、Ｓ１５０、Ｓ１６０、Ｓ２３０、及びＳ２４０から成る一連の処理を実行することで、燃焼室壁面温度Ｔｂが燃焼室壁面要求温度Ｔｂ０を超えるまで、燃焼室内壁面４０２に衝突する空気を着火装置４８の発熱部４８１が混合気の着火前に加熱するように、その発熱部４８１を制御する。言い換えれば、燃焼室４０１内における混合気の着火に先立って、着火装置４８の発熱部４８１により加熱された空気が燃焼室内壁面４０２に衝突させられ、それによりその燃焼室内壁面４０２が加熱される。   In particular, in the cold start sequence, the electronic control unit 16 executes a series of processes including S150, S160, S230, and S240, until the combustion chamber wall surface temperature Tb exceeds the combustion chamber wall surface temperature Tb0. The heat generating part 481 is controlled so that the air that collides with the combustion chamber wall surface 402 is heated by the heat generating part 481 of the ignition device 48 before the air-fuel mixture is ignited. In other words, prior to ignition of the air-fuel mixture in the combustion chamber 401, the air heated by the heat generating portion 481 of the ignition device 48 is caused to collide with the combustion chamber wall surface 402, thereby heating the combustion chamber wall surface 402.

なお、上述した図４の各ステップでの処理は、それぞれの機能を実現する手段を構成している。   Note that the processing in each step of FIG. 4 described above constitutes means for realizing each function.

上述したように、本実施形態によれば、電子制御装置１６は、混合気の着火前において、燃焼室壁面温度Ｔｂが燃焼室壁面要求温度Ｔｂ０を超えるまで、燃焼室内壁面４０２に衝突する空気を着火装置４８の発熱部４８１が加熱するようにその発熱部４８１を制御するので、このような発熱部４８１の制御がなされない場合と比較して、燃焼室内壁面４０２近傍において不完全燃焼が生じにくくなり、一酸化炭素の排出を抑えることができる。   As described above, according to the present embodiment, the electronic control unit 16 allows the air that collides with the combustion chamber wall surface 402 until the combustion chamber wall surface temperature Tb exceeds the combustion chamber wall surface temperature Tb0 before ignition of the air-fuel mixture. Since the heat generating portion 481 is controlled so that the heat generating portion 481 of the ignition device 48 is heated, incomplete combustion is unlikely to occur in the vicinity of the combustion chamber wall surface 402 as compared with the case where the heat generating portion 481 is not controlled. Therefore, the emission of carbon monoxide can be suppressed.

特に、本実施形態では、燃焼器１４の燃焼開始直後に、燃料電池１０へ送り込まれた不活性ガスが燃焼器１４に流入し、それによって燃焼室４０１内での不完全燃焼が助長され易いところ、上述のように燃焼室内壁面４０２が混合気の燃焼開始に先立って予熱されることは、一酸化炭素の排出抑制に有効である。   In particular, in the present embodiment, immediately after the combustor 14 starts to burn, the inert gas sent into the fuel cell 10 flows into the combustor 14, thereby facilitating incomplete combustion in the combustion chamber 401. As described above, the preheating of the combustion chamber wall surface 402 prior to the start of the combustion of the air-fuel mixture is effective for suppressing the emission of carbon monoxide.

また、燃焼室内壁面４０２が混合気の着火に先立って予熱されるので、寒冷地など燃焼器１４の着火性を損なう程の低温環境下であっても、容易に燃焼器１４の起動を行うことができる。   In addition, since the combustion chamber wall surface 402 is preheated prior to the ignition of the air-fuel mixture, the combustor 14 can be easily started even in a low temperature environment such as a cold district that impairs the ignitability of the combustor 14. Can do.

また、本実施形態によれば、着火装置４８の発熱部４８１は、燃焼室４０１内において混合気の熱面着火を行うためのものであり、且つ、図４のＳ２３０およびＳ２４０において暖機用空気を加熱するためのものでもある。要するに、その着火装置４８は、暖機用空気の加熱に兼用されている。従って、暖機用空気を加熱するために専用の装置を設ける必要が無く、燃焼器１４の構成部品数を低減することが可能である。   Further, according to the present embodiment, the heat generating portion 481 of the ignition device 48 is for performing hot surface ignition of the air-fuel mixture in the combustion chamber 401, and warm-up air in S230 and S240 of FIG. It is also for heating. In short, the ignition device 48 is also used for heating the warm-up air. Therefore, it is not necessary to provide a dedicated device for heating the warm-up air, and the number of components of the combustor 14 can be reduced.

また、本実施形態によれば、着火装置４８の発熱部４８１は、第１空気流路４２１からの空気が発熱部４８１に当たってから燃焼室内壁面４０２に沿って旋回流を生じるように配置されているので、燃焼室壁面温度Ｔｂの上昇をその旋回流により促進することができる。また、燃焼室内壁面４０２全体を均一に加熱することができる。   Further, according to the present embodiment, the heat generating portion 481 of the ignition device 48 is arranged so as to generate a swirling flow along the combustion chamber wall surface 402 after the air from the first air flow path 421 hits the heat generating portion 481. Therefore, the rise of the combustion chamber wall surface temperature Tb can be promoted by the swirling flow. Further, the entire combustion chamber wall surface 402 can be heated uniformly.

また、本実施形態によれば、着火装置４８は、燃焼室４０１内に突き出るように設けられ、その着火装置４８の先端に設けられた発熱部４８１が燃焼室４０１内に露出しているので、第１空気流路４２１からの空気を発熱部４８１に当てて、その空気と発熱部４８１とを熱交換させ易いという利点がある。   Further, according to the present embodiment, the ignition device 48 is provided so as to protrude into the combustion chamber 401, and the heat generating portion 481 provided at the tip of the ignition device 48 is exposed in the combustion chamber 401. There is an advantage that the air from the first air flow path 421 is applied to the heat generating portion 481 so that the air and the heat generating portion 481 can easily exchange heat.

（他の実施形態）
（１）上述の実施形態において、燃焼室内壁面４０２は、例えばセラミックなどで構成されているが、耐熱性が高く且つ熱を拡散させ難ければ、金属等で構成されていても差し支えない。 (Other embodiments)
(1) In the above-described embodiment, the combustion chamber wall surface 402 is made of, for example, ceramic. However, it may be made of metal or the like as long as it has high heat resistance and is difficult to diffuse heat.

（２）上述の実施形態において、図４のＳ２１０で水蒸気が不活性ガスとして用いられているが、水蒸気に替えて、燃料ガスから生成される部分酸化ガスが不活性ガスとして用いられても差し支えない。その部分酸化ガスが不活性ガスとして用いられる場合には、Ｓ２１０において、水流量調整弁２６１に替えて燃料流量調整弁２０１が開かれる。   (2) In the above-described embodiment, water vapor is used as the inert gas in S210 of FIG. 4, but a partial oxidation gas generated from the fuel gas may be used as the inert gas instead of the water vapor. Absent. When the partial oxidation gas is used as an inert gas, the fuel flow rate adjustment valve 201 is opened instead of the water flow rate adjustment valve 261 in S210.

（３）上述の実施形態において、図４のＳ２３０およびＳ２４０において暖機用空気を加熱する発熱部４８１は混合気の着火にも用いられるが、混合気の着火には用いられない別個の専用装置によって暖機用空気を加熱しても差し支えない。   (3) In the above-described embodiment, the heating unit 481 that heats the warm-up air in S230 and S240 in FIG. 4 is used for ignition of the air-fuel mixture, but is a separate dedicated device that is not used for ignition of the air-fuel mixture. The warm-up air can be heated by

（４）上述の実施形態において、燃焼室４０１内に導入された空気または混合気は燃焼室４０１内で旋回流を生じるが、燃焼室４０１はその旋回流を生じない構成であっても差し支えない。   (4) In the above-described embodiment, the air or air-fuel mixture introduced into the combustion chamber 401 generates a swirling flow in the combustion chamber 401, but the combustion chamber 401 may be configured not to generate the swirling flow. .

（５）上述の実施形態において、空気は第１空気流路４２１からだけでなく第２空気流路４４１からも燃焼室４０１内へ導入されるが、その第２空気流路４４１は無くても差し支えない。   (5) In the above-described embodiment, air is introduced into the combustion chamber 401 not only from the first air flow path 421 but also from the second air flow path 441, but the second air flow path 441 is not necessary. There is no problem.

（６）上述の実施形態において、着火装置４８の発熱部４８１は、燃焼室４０１内の空気流れにおいて空気が発熱部４８１に当たってから旋回流が始まるように配置されているが、空気が旋回流の途中で発熱部４８１に当たっても差し支えない。   (6) In the above-described embodiment, the heat generating portion 481 of the ignition device 48 is arranged so that the swirling flow starts after the air hits the heat generating portion 481 in the air flow in the combustion chamber 401. There is no problem even if it hits the heat generating part 481 in the middle.

（７）上述の実施形態において、燃焼器１４で燃焼される混合気は、具体的にはメタンと空気との混合気であるが、それら以外の成分で構成された混合気であっても差し支えない。   (7) In the above-described embodiment, the air-fuel mixture combusted in the combustor 14 is specifically an air-fuel mixture of methane and air, but may be an air-fuel mixture composed of other components. Absent.

（８）上述の実施形態において、燃焼器１４は、燃料電池１０の作動温度を８００℃程度の高温に維持するために用いられるが、燃料電池１０用以外の他の用途に用いられるものであっても差し支えない。   (8) In the above-described embodiment, the combustor 14 is used for maintaining the operating temperature of the fuel cell 10 at a high temperature of about 800 ° C., but is used for other purposes than for the fuel cell 10. There is no problem.

（９）上述の実施形態において、可燃ガス流路４６１から燃焼室４０１内へ導入される可燃ガスは気体のメタンであるが、気体ではなく、例えば霧状になった液体燃料であっても差し支えない。   (9) In the above-described embodiment, the combustible gas introduced into the combustion chamber 401 from the combustible gas flow path 461 is gaseous methane. However, it is not gas and may be, for example, mist-like liquid fuel. Absent.

（１０）上述の実施形態において、電子制御装置１６と入出力装置５８とは各々別個の装置として構成されているが、電子制御装置１６と入出力装置５８とが一体として１つの制御装置を構成していても差し支えない。   (10) In the above-described embodiment, the electronic control device 16 and the input / output device 58 are configured as separate devices. However, the electronic control device 16 and the input / output device 58 are integrated into a single control device. You can do it.

（１１）上述の実施形態において、図４のフローチャートに示す各ステップの処理はコンピュータプログラムによって実現されるものであるが、ハードロジックで構成されるものであっても差し支えない。   (11) In the above-described embodiment, the processing of each step shown in the flowchart of FIG. 4 is realized by a computer program, but may be configured by hardware logic.

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態において、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。また、上記各実施形態において、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るものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、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材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。   In addition, this invention is not limited to above-described embodiment, In the range described in the claim, it can change suitably. In each of the above-described embodiments, it is needless to say that elements constituting the embodiment are not necessarily essential unless explicitly stated as essential and clearly considered essential in principle. Yes. Further, in each of the above embodiments, when numerical values such as the number, numerical value, quantity, range, etc. of the constituent elements of the embodiment are mentioned, it is clearly limited to a specific number when clearly indicated as essential and in principle. The number is not limited to the specific number except for the case. In each of the above embodiments, when referring to the material, shape, positional relationship, etc. of the constituent elements, etc., unless otherwise specified, or in principle limited to a specific material, shape, positional relationship, etc. The material, shape, positional relationship, etc. are not limited.

１４ 燃焼器（燃焼装置）
１６ 電子制御装置（制御装置、燃焼装置）
４０１ 燃焼室
４０２ 燃焼室内壁面（壁面）
４２１ 第１空気流路（酸化剤ガス流路）
４８１ 発熱部 14 Combustor (combustion device)
16 Electronic control device (control device, combustion device)
401 Combustion chamber 402 Combustion chamber wall surface (wall surface)
421 First air flow path (oxidant gas flow path)
481 Heating part

Claims (3)

燃料と酸化剤ガスとの混合気を燃焼させる燃焼室（４０１）と、
該燃焼室内に露出しており発熱する発熱部（４８１）と、
前記燃焼室へ前記酸化剤ガスを導入する流路であって、前記燃焼室へ導入される前記酸化剤ガスが前記発熱部に当たってから、前記燃焼室を形成している壁面（４０２）に衝突するように形成された酸化剤ガス流路（４２１）と、
前記混合気の着火前において、前記壁面の温度（Ｔｂ）が予め定められた閾値（Ｔｂ０）を超えるまで、該壁面に衝突する前記酸化剤ガスを前記発熱部が加熱するように該発熱部を制御する制御装置（１６）とを備えていることを特徴とする燃焼装置。 A combustion chamber (401) for burning an air-fuel mixture of fuel and oxidant gas;
A heat generating part (481) that is exposed in the combustion chamber and generates heat;
A flow path for introducing the oxidant gas into the combustion chamber, and after the oxidant gas introduced into the combustion chamber hits the heat generating portion, it collides with a wall surface (402) forming the combustion chamber. An oxidant gas flow path (421) formed as described above,
Before the air-fuel mixture is ignited, the heat generating portion is heated so that the heat generating portion heats the oxidant gas that collides with the wall surface until the temperature (Tb) of the wall surface exceeds a predetermined threshold value (Tb0). And a control device (16) for controlling the combustion device. 前記発熱部は、前記混合気に着火するものであることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。   The combustion apparatus according to claim 1, wherein the heat generating portion ignites the air-fuel mixture. 前記燃焼室は、該燃焼室内において前記酸化剤ガスが旋回流を生じるように形成され、
前記発熱部は、前記酸化剤ガスが該発熱部に当たってから前記旋回流を生じるように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。
The combustion chamber is formed so that the oxidant gas generates a swirling flow in the combustion chamber,
3. The combustion apparatus according to claim 1, wherein the heat generating portion is disposed so as to generate the swirling flow after the oxidizing gas hits the heat generating portion. 4.
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