JP7226225B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
その燃焼器は、筐体(32)、分割部材(33)、第1オフ空気供給口(41)、第2オフ空気供給口(42)、オフ燃料供給口(43)、オフ空気排出口(44)および構造体(45、47、333)を有している。筐体は、燃焼器の内部空間(50)を形成する。分割部材は、燃焼器の内部空間を第1室(51)と第2室(52)とに分割する。第1オフ空気供給口は、第1室にオフ空気を供給する。第2オフ空気供給口は、第2室にオフ空気を供給する。オフ燃料供給口は、第2室にオフ燃料を供給する。オフ空気排出口は、第2室でオフ燃料が燃焼する燃焼領域(53)に第1室からオフ空気を排出する。構造体は、燃焼器の内部空間に設けられ、オフ燃料とオフ空気とが燃焼した燃焼ガスの熱を改質器に供給するように構成されている。
その燃焼器は、筐体(32)、分割部材(33)、第1オフ空気供給口(41)、第2オフ空気供給口(42)、オフ燃料供給口(43)およびオフ空気排出口(44)を有している。筐体は、燃焼器の内部空間(50)を形成する。分割部材は、燃焼器の内部空間を第1室(51)と第2室(52)とに分割する。第1オフ空気供給口は、第1室にオフ空気を供給する。第2オフ空気供給口は、第2室にオフ空気を供給する。オフ燃料供給口は、第2室にオフ燃料を供給する。オフ空気排出口は、第2室でオフ燃料が燃焼する燃焼領域(53)に第1室からオフ空気を排出する。
そして、熱回収構造は、燃焼器の筐体から改質器を除く部位へ放射される輻射熱を回収し、燃焼器の内部空間に戻すように構成されている。
その燃焼器は、筐体(32)、分割部材(33)、第1オフ空気供給口(41)、第2オフ空気供給口(42)、オフ燃料供給口(43)およびオフ空気排出口(44)を有している。筐体は、燃焼器の内部空間(50)を形成する。分割部材は、燃焼器の内部空間を第1室(51)と第2室(52)とに分割する。第1オフ空気供給口は、第1室にオフ空気を供給する。第2オフ空気供給口は、第2室にオフ空気を供給する。オフ燃料供給口は、第2室にオフ燃料を供給する。オフ空気排出口は、第2室でオフ燃料が燃焼する燃焼領域(53)に第1室からオフ空気を排出する。
そして、熱供給構造は、暖機用燃焼器で燃焼した燃焼ガスの熱の一部を燃焼器に供給する。
そこで、請求項13に記載の発明では、燃料電池システムの起動時に、暖機用燃焼器で燃焼した燃焼ガスの熱の一部を熱供給構造により燃焼器に供給し、燃焼器の温度を上げることで、燃焼器を安定して着火することができる。
なお、熱供給構造は、燃焼器の内部空間の一部の温度を上げることで、燃焼器内に火種を作ることが可能である。そのため、熱供給構造の体格は比較的小さいものとすることが可能である。したがって、発電時に暖機用燃焼器が停止している場合には、燃焼器から熱供給構造を経由して暖機用燃焼器側に熱逃げが生じることを抑制することができる。
その燃焼器は、筐体(32)、分割部材(33)、第1オフ空気供給口(41)、第2オフ空気供給口(42)、オフ燃料供給口(43)、オフ空気排出口(44)および酸化触媒(73)を有している。筐体は、燃焼器の内部空間(50)を形成する。分割部材は、燃焼器の内部空間を第1室(51)と第2室(52)とに分割する。第1オフ空気供給口は、第1室にオフ空気を供給する。第2オフ空気供給口は、第2室にオフ空気を供給する。オフ燃料供給口は、第2室にオフ燃料を供給する。オフ空気排出口は、第2室でオフ燃料が燃焼する燃焼領域(53)に第1室からオフ空気を排出する。酸化触媒は、複数のオフ燃料供給口のうち一部のオフ燃料供給口の近傍に設けられている。
第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1に示すように、本実施形態の燃料電池システム1は、燃料電池スタック2、エジェクタ3、改質器4、蒸発器5、空気予熱器6、燃焼器7および暖機用燃焼器8などを備えている。なお、燃焼器7はオフガスバーナと呼ばれ、暖機用燃焼器8は暖機バーナと呼ばれることもある。
図6および図7に示されるように、燃焼器7の第2室52の中で上分割部材38の上側の領域は、空気過剰率λが大きい(すなわち、燃料リーン)領域となっている。すなわち、この領域には、第2オフ空気が流れている。
また、第2室52の中でオフ燃料供給口43の直上の領域(すなわち、燃焼領域53)は、空気過剰率λが小さい(すなわち、燃料リッチ)領域となっている。すなわち、この領域には、燃焼領域53で燃焼する燃焼ガスが流れている。
そして、図6および図7の矢印SW2に示したように、第2室52の中で燃焼領域53よりも径方向外側の領域では、第2オフ空気が周方向に流れ、その流れに伴って燃焼ガスが第2オフ空気と混ざり合いつつ周方向に流れている。
(1)第1実施形態では、燃焼器7の内部空間50に設けられる構造体としての複数のガイド板45は、燃焼器7で燃焼した燃焼ガスの熱を改質器4に供給するように構成されている。
これにより、燃料ガスが燃料電池スタック2で発電に繰り返し使用されて燃焼器7に供給されるオフ燃料が減少した場合でも、燃焼器7から改質器4へ燃焼ガスの熱が効率的に供給される。そのため、燃焼器7から改質器4への熱供給量の不足が防がれる。したがって、この燃料電池システム1は、改質器4による燃焼ガスの生成が良好に行われるので、発電効率を向上することができる。
これにより、燃焼領域53で燃焼した燃焼ガスが燃焼ガス出口22に直接流れることなく、筐体32の改質器4側の壁34に沿って第2室52を循環する。そのため、燃焼器7から改質器4へ燃焼ガスの熱を効率的、且つ、均一的に供給することが可能である。したがって、燃焼器7から改質器4への熱供給量の不足を防ぎ、且つ、改質器4の温度分布を低減することができる。
なお、第2オフ空気供給口42から第2室52に供給される第2オフ空気は、オフ空気排出口44から燃焼領域53に排出される第1オフ空気とオフ燃料との燃焼に寄与しない。そのため、複数のガイド板45で案内する空気の流れに第2オフ空気を使用することで、燃焼領域53における燃焼ガスの燃焼を不安定にすることなく、燃焼器7の燃焼ガスの熱を改質器4に効率的、且つ、均一的に供給することが可能である。
第2実施形態について説明する。第2実施形態は、第1実施形態に対して、燃焼器7に設けられる構造体の構成を変更したものであり、その他の構成については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図9に示されるように、燃焼器7の内部空間50では、燃焼領域53で燃焼した燃焼ガスの熱により壁部材47が加熱されている。そして、壁部材47から放射される輻射熱により、筐体32の改質器4側の壁34(特に、壁部材47に対向する部位)が加熱される。なお、燃焼領域53で燃焼した燃焼ガスは、上方の燃焼ガス出口22に流れるので、筐体32の改質器4側の壁34の近傍では下側の空間の温度よりも上側の空間の温度が高くなっている。
第1比較例の燃料電池システムは、上述した第2実施形態の構成に対し、壁部材47の放射率が、筐体32のオフ空気通路20側の壁35の放射率と同一、且つ、分割部材33の放射率と同一の材料を使用したものである。
第1比較例のグラフにおいて、Aは、燃焼器7が有する筐体32の改質器4側の壁34の平均温度を示し、Bは、その壁34の上側の部位の温度を示し、Cは、その壁34の下側の部位の温度を示している。
第2実施形態のグラフにおいて、Dは、燃焼器7が有する筐体32の改質器4側の壁34の平均温度を示し、Eは、その壁34の上側の部位の温度を示し、Fは、その壁34の下側の部位の温度を示している。
第2実施形態では、燃焼器7が有する構造体としての壁部材47は、筐体32の改質器4側の壁34と燃焼領域53との間に設けられる。そして、その壁部材47の材料は、筐体32のオフ空気通路20側の壁35(すなわち、筐体32の改質器4とは反対側の壁35)の材料または分割部材33の材料よりも放射率の高いもので形成されている。
これにより、燃焼ガスの熱によって壁部材47を加熱し、その壁部材47の輻射熱を用いて改質器4を加熱することで、燃焼器7で燃焼した燃焼ガスの熱を改質器4に効率的、且つ、均一的に供給できる。したがって、燃焼器7から改質器4への熱供給量の不足を防ぎ、且つ、改質器4の温度分布を低減することができる。
その他、第2実施形態の燃料電池システム1は、第1実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
第3実施形態について説明する。第3実施形態は、第1実施形態等に対して、燃焼器7に設けられる構造体の構成を変更したものであり、その他の構成については第1実施形態等と同様であるため、第1実施形態等と異なる部分についてのみ説明する。
(1)第3実施形態では、燃焼器7が有する構造体は、オフ燃料供給口43から吹き出されるオフ燃料を、改質器4のうち燃焼ガス出口22から遠い部位に対応する筐体32の壁に向けて案内するものである。
これにより、オフ燃料供給口43から第2室52に吹き出したオフ燃料が燃焼した燃焼ガスは、改質器4のうち燃焼ガス出口22から遠い部位に対応する筐体32の壁に向けて流れた後、燃焼ガス出口22へ流れる。そのため、改質器4のうち燃焼ガス出口22から遠い部位から燃焼ガス出口22に近い部位に亘り、燃焼ガスの熱を効率的、且つ、均一的に供給することができる。
これにより、構造体は、オフ燃料供給口43から第2室52に吹き出すオフ燃料を改質器4側へ向けて案内することが可能である。
また、燃焼器7で燃焼した燃焼ガスの熱を改質器4に効率的に供給するための構造体を、分割部材33のうちオフ燃料供給口43側の端部333で構成することにより、部品点数を増加することなく、製造上のコストを低減することができる。
第4および第5実施形態で説明する燃料電池システム1は、燃焼器7から改質器4を除く部位(特に、暖機用燃焼器8側)へ移動する熱を回収して燃焼器7へ戻すための構成を備えるものである。その他の構成については第1実施形態等と同様であるため、第1実施形態等と異なる部分についてのみ説明する。
図13に示すように、第4実施形態の燃料電池システム1は、燃焼器7の筐体32から改質器4を除く部位へ放射される輻射熱を回収し、燃焼器7の内部空間50に戻すように構成された熱回収構造を備えている。具体的には、熱回収構造は、燃焼器7より径方向内側で、暖機用燃焼器8および暖機用燃焼ガス通路30の外壁を囲うように設けられる流路壁60である。その流路壁60は、暖機用燃焼器8および暖機用燃焼ガス通路30の外壁と共に空気流路61を形成するものである。その空気流路61は、外気から燃料電池スタック2へ空気を供給するための空気供給経路19の一部を構成している。
第2比較例の燃料電池システムは、上述した第4実施形態の構成に対し、熱回収構造としての流路壁60を備えていない構成である。
図14のグラフに示されるように、第4実施形態では、第2比較例に対し、起動時から発電時に亘り、暖機用燃焼器8の壁面温度が低くなっている。図14のグラフにハッチングで示したように、発電時における実線Hと実線Iとの温度差は、燃焼器7の筐体32から暖機用燃焼器8側へ放射される輻射熱が熱回収構造により回収された熱量に相当する。その熱量は、上述したように、オフ空気を介して再び燃焼器7に戻されるものである。
(1)第4実施形態の燃料電池システム1は、燃焼器7の筐体32から改質器4を除く部位へ放射される輻射熱を回収し、燃焼器7の内部空間50に戻すように構成された熱回収構造を備えている。これにより、燃焼器7の筐体32から改質器4を除く部位へ放射される輻射熱が熱回収構造によって回収され、再び燃焼器7の内部空間50に戻されるので、燃焼器7から改質器4へ供給される熱量が増加する。そのため、燃料ガスが燃料電池スタック2で発電に繰り返し使用されて燃焼器7に供給されるオフ燃料が減少した場合でも、燃焼器7から改質器4への熱供給量の不足が防がれる。したがって、この燃料電池システム1は、改質器4による燃焼ガスの生成が良好に行われるので、発電効率を向上することができる。
これにより、燃焼器7の筐体32から暖機用燃焼器8側へ放射される輻射熱を、空気流路61を流れる空気によって回収し、その熱を再びオフ空気を介して燃焼器7に供給することが可能である。
また、熱回収構造としての流路壁60は、暖機用燃焼器8の外壁を囲うように設けられているので、空気流路61の断面積を小さくし、空気の流速を速くすることが可能である。これにより、燃焼器7の筐体32から暖機用燃焼器8側へ放射される輻射熱の回収率を高めることができる。
図15に示すように、第5実施形態の燃料電池システム1が備える熱回収構造は、燃焼器7の筐体32の径方向内側を囲うように設けられたオフ空気流路壁62である。オフ空気流路壁62は、筒状に形成された内筒部63と、その内筒部63の暖機用燃焼器8側の端部から燃焼器7の筐体32側に延びるフランジ部64とを有している。フランジ部64は、燃焼器7の筐体32に接続されている。これにより、オフ空気流路壁62は、燃焼器7の筐体32と共にオフ空気が流れるオフ空気流路65を形成する。オフ空気流路65は、オフ空気通路20の一部を構成する流路であり、その流路断面積が比較的小さく形成された流路である。オフ空気流路65を流れるオフ空気は、第1オフ空気供給口41および第2オフ空気供給口42から燃焼器7の内部空間50に供給される。
第3比較例の燃料電池システムは、上述した第5実施形態の構成に対し、熱回収構造としてのオフ空気流路壁62を備えていない構成である。
第5実施形態の燃料電池システム1が備える熱回収構造は、燃焼器7の筐体32の径方向内側を囲うように設けられるオフ空気流路壁62である。そのオフ空気流路壁62は、燃焼器7の筐体32と共にオフ空気が流れるオフ空気流路65を形成する。
これにより、燃焼器7の筐体32から暖機用燃焼器8側へ放射される輻射熱を、オフ空気流路65を流れるオフ空気によって回収し、その熱を再び燃焼器7に供給することが可能である。
また、熱回収構造としてのオフ空気流路壁62は、燃焼器7の筐体32の径方向内側を囲う構成であるため、オフ空気流路65の断面積を小さくし、オフ空気の流速を速くすることが可能である。これにより、燃焼器7の筐体32から暖機用燃焼器8側へ放射される輻射熱の回収率を高めることができる。
上述した第1~第3実施形態では、燃焼器7の熱を改質器4へ効率的に供給するための構造体を備えるものについて説明した。ところで、燃焼器7の内部空間50から改質器4へ効率的に熱供給が行われると、燃焼器7の内部空間50のうち改質器4から離れた場所にあるオフ燃料供給口43付近の温度が下がり、燃料電池システム1の起動時に燃焼器7の着火性が低下するおそれがある。
そこで、次に説明する第6~第9実施形態は、燃料電池システム1の起動時に燃焼器7の着火性を安定し、向上するための構成を備えるものである。その他の構成については第1実施形態等と同様であるため、第1実施形態等と異なる部分についてのみ説明する。
図17に示すように、第6実施形態の燃料電池システム1は、暖機用燃焼器8で燃焼した燃焼ガスの熱の一部を燃焼器7に供給するように構成された熱供給構造を備えている。具体的には、熱供給構造は、暖機用燃焼器8と燃焼器7とを接続する熱伝導部材71である。より詳細には、熱伝導部材71は、暖機用燃焼器8の底壁81と、燃焼器7が有する筐体32のオフ空気通路20側の壁35とを接続している。その熱伝導部材71の材料は、燃焼器7の筐体32の材料または暖機用燃焼器8の底壁81の材料よりも熱伝導率の高いもので形成されている。また、熱伝導部材71は、その体格が比較的小さいものとされ、少なくとも1個所に設けられている。
第4比較例の燃料電池システムは、上述した第6実施形態の構成に対し、熱供給構造としての熱伝導部材71を備えていない構成である。
図18のグラフに示されるように、第6実施形態では、第4比較例と比べて、燃焼器7の内部空間50の温度は、燃料電池システム1の起動時から短時間で、オフ燃料が自着火する温度よりも高くなっている。したがって、第6実施形態では、第4比較例と比べて、燃料電池システム1の起動時から短時間で燃焼器7の燃焼を開始させることができる。
(1)第6実施形態の燃料電池システム1は、暖機用燃焼器8で燃焼した燃焼ガスの熱の一部を燃焼器7に供給する熱供給構造を備えている。これにより、燃料電池システム1の起動時に燃焼器7の内部空間50の温度が短時間で上昇する。そのため、燃料電池システム1の起動時に燃焼器7を安定して着火することができる。
これにより、燃料電池システム1の起動時に、暖機用燃焼器8で燃焼した燃焼ガスの熱が熱伝導部材71を経由して燃焼器7に伝わるので、燃焼器7の内部空間50の温度が短時間で上昇する。したがって、燃料電池システム1の起動時に燃焼器7を安定して着火することができる。
図19に示すように、第7実施形態の燃料電池システム1が備える熱供給構造は、暖機用燃焼器8の内部の暖機用燃焼室29と燃焼器7の第1室51とを連通する燃焼ガス供給経路72である。燃焼ガス供給経路72は、パイプなどにより構成され、暖機用燃焼器8の暖機用燃焼室29燃焼した燃焼ガスを、燃焼器7の第1室51に供給することが可能である。また、燃焼ガス供給経路72は、その体格が比較的小さいものとされ、少なくとも1個所に設けられている。これにより、燃料電池システム1の起動時に、暖機用燃焼器8の暖機用燃焼室29で燃焼した燃焼ガスの一部が、燃焼ガス供給経路72を経由して燃焼器7の第1室51に供給される。そのため、第1オフ空気の温度が上がるため、燃焼器7を安定して着火することができる。
図20に示されるように、燃焼器7の内部空間50では、第2室52の温度より、第1室51の温度が高くなっている。第1室51のオフ空気はオフ空気排出口44から燃焼領域53に排出され、燃焼に寄与するものとなる。
第7実施形態では、熱供給構造としての燃焼ガス供給経路72は、暖機用燃焼器8で燃焼した燃焼ガスの一部を、燃焼器7の第1室51に供給するものである。これにより、燃料電池システム1の起動時に、暖機用燃焼器8で燃焼した燃焼ガスの一部が燃焼ガス供給経路72を経由して燃焼器7の第1室51に供給される。そのため、第1室51から燃焼領域53に供給される第1オフ空気の温度が高くなるので、燃焼器7を安定して着火することができる。
図21および図22に示すように、第8実施形態の燃料電池システム1が備える熱供給構造は、複数のオフ燃料供給口43のうち所定のオフ燃料供給口431である。その所定のオフ燃料供給口431は、その他のオフ燃料供給口43に比べて、燃焼器7の有する筐体32の暖機用燃焼器8側の壁(すなわち、筐体32のオフ空気通路20側の壁35)に対して近い位置に設けられている。
図23および図24に示すように、第9実施形態の燃料電池システム1は、複数のオフ燃料供給口43のうち一部のオフ燃料供給口43の近傍に酸化触媒73を設置している。この酸化触媒73は、その酸化触媒73が設けられた付近のオフ燃料供給口43から吹き出されたオフ燃料を比較的低温で着火させることが可能であり、オフ燃料の着火源となるものである。すなわち、酸化触媒73を着火源とした燃焼を火種として、その他のオフ燃料供給口43から吹き出されるオフ燃料に火移りさせることで、燃焼器7の燃焼領域53全体で燃焼させることが可能である。したがって、この燃料電池システム1は起動時に燃焼器7を安定して着火することができる。
第5比較例の燃料電池システムは、上述した第9実施形態の構成に対し、オフ燃料供給口43の近傍に酸化触媒73が設置されていない構成である。
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、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。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、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
上述の実施形態の一部または全部で示された第1の観点によれば、燃料電池システムは、燃料電池スタック、改質器および燃焼器を備える。燃料電池スタックは、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電する。改質器は、源燃料を燃料電池スタックに供給する燃料ガスに改質する。燃焼器は、燃料電池スタックで消費されなかった燃料ガスを含むオフ燃料と、燃料電池スタックで消費されなかった酸化剤ガスを含むオフ空気とを燃焼させる。
その燃焼器は、筐体、分割部材、第1オフ空気供給口、第2オフ空気供給口、オフ燃料供給口、オフ空気排出口および構造体を有している。筐体は、燃焼器の内部空間を形成する。分割部材は、燃焼器の内部空間を第1室と第2室とに分割する。第1オフ空気供給口は、第1室にオフ空気を供給する。第2オフ空気供給口は、第2室にオフ空気を供給する。オフ燃料供給口は、第2室にオフ燃料を供給する。オフ空気排出口は、第2室でオフ燃料が燃焼する燃焼領域に第1室からオフ空気を排出する。構造体は、燃焼器の内部空間に設けられ、オフ燃料とオフ空気とが燃焼した燃焼ガスの熱を改質器に供給するように構成されている。
これによれば、燃料ガスが燃料電池スタックで発電に使用されて燃焼器に供給されるオフ燃料が減少した場合でも、燃焼器から改質器へ燃焼ガスの熱が効率的に供給されるので、燃焼器から改質器への熱供給量の不足が防がれる。したがって、この燃料電池システムは、改質器による燃焼ガスの生成が良好に行われるので、発電効率を向上することができる。
これによれば、燃焼領域で燃焼した燃焼ガスが燃焼ガス出口に直接流れることなく、筐体の改質器側の壁に沿って第2室を循環する。そのため、燃焼器から改質器へ燃焼ガスの熱を効率的、且つ、均一的に供給することが可能である。したがって、燃焼器から改質器への熱供給量の不足を防ぎ、且つ、改質器の温度分布を低減することができる。
なお、第2オフ空気供給口から第2室に流出する第2オフ空気は、オフ空気排出口から排出される第1オフ空気とオフ燃料との燃焼に寄与しない。そのため、ガイド板で案内する空気の流れに第2オフ空気を使用することで、燃焼領域における燃焼ガスの燃焼を不安定にすることなく、燃焼器の燃焼ガスの熱を改質器に効率的、且つ、均一的に供給することが可能である。
これによれば、ガイド板は、第2オフ空気供給口から内部空間に吹き出される第2オフ空気を、内部空間の周方向に旋回させ、その流れに伴って燃焼ガスを筐体の改質器側の壁に沿って旋回させることが可能である。したがって、筐体の径方向外側の壁の外側に設けられた改質器に対し、燃焼ガスの熱を効率的、且つ、均一的に供給することができる。
これによれば、燃焼ガスの熱によって壁部材を加熱し、その壁部材の輻射熱を用いて改質器を加熱することで、燃焼器で燃焼した燃焼ガスの熱を改質器に効率的に供給できる。さらに、改質器の温度分布を均一化することができる。
これによれば、オフ燃料供給口から第2室に吹き出したオフ燃料が燃焼した燃焼ガスは、改質器のうち燃焼ガス排出口から遠い部位に対応する筐体の内壁面に向けて流れた後、燃焼ガス排出口へ流れる。そのため、改質器のうち燃焼ガス排出口から遠い部位から燃焼ガス排出口に近い部位に亘り、燃焼ガスの熱を効率的、且つ、均一的に供給することができる。
これによれば、構造体は、オフ燃料供給口から第2室に吹き出すオフ燃料を改質器側へ向けて案内することが可能である。
また、分割部材のうちオフ燃料供給口側の端部により構造体を構成することで、部品点数を増加することなく、製造上のコストを低減することができる。
これによれば、燃焼器の筐体から改質器を除く部位へ放射される輻射熱が熱回収構造によって回収され、再び燃焼器の内部空間に戻されるので、燃焼器から改質器へ供給される熱量が増加する。そのため、燃料ガスが燃料電池スタックで発電に使用されて燃焼器に供給されるオフ燃料が減少した場合でも、燃焼器から改質器への熱供給量の不足が防がれる。したがって、この燃料電池システムは、改質器による燃焼ガスの生成が良好に行われるので、発電効率を向上することができる。
これによれば、燃料電池システムの起動時に燃焼器の内部空間の温度が短時間で上昇する。そのため、燃料電池システムの起動時に燃焼器を安定して着火することができる。
なお、熱供給構造は、燃焼器の内部空間の一部の温度を上げることで、燃焼器内に火種を作り、その火種から火移りさせることで、燃焼器の燃焼領域全体で燃焼させることが可能である。そのため、熱供給構造の体格を小型化し、且つ、その個数を少なくとも1個とすることが可能である。したがって、発電時に暖機用燃焼器が停止している場合には、燃焼器から熱供給構造を経由して暖機用燃焼器に熱逃げが生じることを抑制することができる。
これによれば、酸化触媒が設けられた付近のオフ燃料供給口から吹き出されたオフ燃料を比較的低温で着火させて火種を作ることが可能である。その火種から、その他のオフ燃料供給口から吹き出されるオフ燃料に火移りさせることで、燃焼器の燃焼領域全体で燃焼させることが可能である。したがって、この燃料電池システムは起動時に燃焼器を安定して着火することができる。
その燃焼器は、筐体、分割部材、第1オフ空気供給口、第2オフ空気供給口、オフ燃料供給口およびオフ空気排出口を有している。筐体は、燃焼器の内部空間を形成する。分割部材は、燃焼器の内部空間を第1室と第2室とに分割する。第1オフ空気供給口は、第1室にオフ空気を供給する。第2オフ空気供給口は、第2室にオフ空気を供給する。オフ燃料供給口は、第2室にオフ燃料を供給する。オフ空気排出口は、第2室でオフ燃料が燃焼する燃焼領域に第1室からオフ空気を排出する。
そして、熱回収構造は、燃焼器の筐体から改質器を除く部位へ放射される輻射熱を回収し、燃焼器の内部空間に戻すように構成されている。
これによれば、第9の観点も、第7の観点と同様の作用効果を奏することができる。
これによれば、燃焼器の筐体から暖機用燃焼器側へ放射される輻射熱を、空気流路を流れる空気によって回収し、その熱を再びオフ空気を介して燃焼器に供給することが可能である。
また、熱回収構造としての流路壁は、暖機用燃焼器の外壁を囲うように設けられているので、空気流路の断面積を小さくし、空気の流速を速くすることが可能である。これにより、燃焼器の筐体から暖機用燃焼器側へ放射される輻射熱の回収率を高めることができる。
これによれば、燃焼器の筐体から暖機用燃焼器側へ放射される輻射熱を、オフ空気流路を流れるオフ空気によって回収し、その熱を再び燃焼器に供給することが可能である。
また、熱回収構造としてのオフ空気流路壁は、燃焼器の筐体の径方向内側を囲う構成であるため、オフ空気流路の断面積を小さくし、オフ空気の流速を速くすることが可能である。これにより、燃焼器の筐体から暖機用燃焼器側へ放射される輻射熱の回収率を高めることができる。
その燃焼器は、筐体、分割部材、第1オフ空気供給口、第2オフ空気供給口、オフ燃料供給口およびオフ空気排出口を有している。筐体は、燃焼器の内部空間を形成する。分割部材は、燃焼器の内部空間を第1室と第2室とに分割する。第1オフ空気供給口は、第1室にオフ空気を供給する。第2オフ空気供給口は、第2室にオフ空気を供給する。オフ燃料供給口は、第2室にオフ燃料を供給する。オフ空気排出口は、第2室でオフ燃料が燃焼する燃焼領域に第1室からオフ空気を排出する。
そして、熱供給構造は、暖機用燃焼器で燃焼した燃焼ガスの熱の一部を燃焼器に供給する。
これによれば、第12の観点も、第8の観点と同様の作用効果を奏することができる。
これによれば、燃料電池システムの起動時に、暖機用燃焼器で燃焼した燃焼ガスの熱が熱伝導部材を経由して燃焼器に伝わるので、燃焼器の内部空間の温度が短時間で上昇する。そのため、燃料電池システムの起動時に燃焼器を安定して着火することができる。
これによれば、燃料電池システムの起動時に、暖機用燃焼器で燃焼した燃焼ガスの一部が燃焼ガス供給経路を経由して燃焼器の第1室に供給される。そのため、第1室から燃焼領域に供給される第1オフ空気の温度が高くなるので、燃焼器を安定して着火することができる。
これによれば、燃料電池システムの起動時は、暖機用燃焼器から放射される輻射熱などにより、燃焼器の有する筐体の暖機用燃焼器側の壁の温度が高くなる。そのため、その内壁面に向けて所定のオフ燃料供給口からオフ燃料を吹き出すことで、燃焼器内に火種を作ることが可能である。その火種から、その他のオフ燃料供給口から吹き出されるオフ燃料に火移りさせることで、燃焼器の燃焼領域全体で燃焼させることが可能である。したがって、燃焼器を安定して着火することができる。
その燃焼器は、筐体、分割部材、第1オフ空気供給口、第2オフ空気供給口、オフ燃料供給口、オフ空気排出口および酸化触媒を有している。筐体は、燃焼器の内部空間を形成する。分割部材は、燃焼器の内部空間を第1室と第2室とに分割する。第1オフ空気供給口は、第1室にオフ空気を供給する。第2オフ空気供給口は、第2室にオフ空気を供給する。オフ燃料供給口は、第2室にオフ燃料を供給する。オフ空気排出口は、第2室でオフ燃料が燃焼する燃焼領域に第1室からオフ空気を排出する。酸化触媒は、複数のオフ燃料供給口のうち一部のオフ燃料供給口の近傍に設けられている。
これによれば、第17の観点も、第9の観点と同様の作用効果を奏することができる。
4:改質器、 7:燃焼器、
32:筐体、 33:分割部材、
41:第1オフ空気供給口、 42:第2オフ空気供給口、
43:オフ燃料供給口、 44:オフ空気排出口、
45、47、333:構造体、 50:内部空間、
51:第1室、 52:第2室、
53:燃焼領域
Claims (17)
- 燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池スタック(2)と、
源燃料を前記燃料電池スタックに供給する燃料ガスに改質する改質器(4)と、
前記燃料電池スタックで消費されなかった燃料ガスを含むオフ燃料と前記燃料電池スタックで消費されなかった酸化剤ガスを含むオフ空気とを燃焼させる燃焼器(7)と、を備える燃料電池システムにおいて、
前記燃焼器は、
前記燃焼器の内部空間(50)を形成する筐体(32)と、
前記燃焼器の前記内部空間を第1室(51)と第2室(52)とに分割する分割部材(33)と、
前記第1室にオフ空気を供給する第1オフ空気供給口(41)と、
前記第2室にオフ空気を供給する第2オフ空気供給口(42)と、
前記第2室にオフ燃料を供給するオフ燃料供給口(43)と、
前記第2室でオフ燃料が燃焼する燃焼領域(53)に前記第1室からオフ空気を排出するオフ空気排出口(44)と、
前記燃焼器の前記内部空間に設けられ、オフ燃料とオフ空気とが燃焼した燃焼ガスの熱を前記改質器に供給するように構成された構造体(45、47、333)とを有している、燃料電池システム。 - 前記構造体は、前記第2オフ空気供給口から前記第2室に供給されるオフ空気が燃焼ガスと共に前記筐体の前記改質器側の壁(34)に沿って前記第2室を循環するように、前記第2オフ空気供給口から前記第2室に供給されるオフ空気を案内するガイド板(45)である、請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記燃焼器の前記内部空間は環状に形成されたものであり、
前記筐体の径方向内側の壁に前記第2オフ空気供給口が設けられ、前記筐体の径方向外側の壁の外側に前記改質器が設けられており、
前記ガイド板は、前記内部空間の径方向に対して周方向に傾斜するように設けられている、請求項2に記載の燃料電池システム。 - 前記構造体は、前記筐体の前記改質器側の壁と前記燃焼領域との間に設けられる壁部材(47)であり、
前記壁部材の材料は、前記筐体の前記改質器とは反対側の壁(35)の材料または前記分割部材の材料よりも放射率の高いもので形成されている、請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記燃焼器の前記第2室には、燃焼ガスを排出する燃焼ガス出口(22)が設けられており、
前記構造体(333)は、前記オフ燃料供給口から前記第2室に吹き出すオフ燃料を、前記改質器のうち前記燃焼ガス出口から遠い部位に対応する前記筐体の壁に向けて案内するものである、請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記構造体は、前記分割部材のうち前記オフ燃料供給口側の端部(333)により構成され、前記オフ燃料供給口のうち前記改質器とは反対側の一部を塞ぐように設けられている、請求項5に記載の燃料電池システム。
- 源燃料と空気とを点火プラグ(24)の着火により燃焼させる暖機用燃焼器(8)と、
前記燃焼器の前記筐体から前記改質器を除く部位へ放射される輻射熱を回収し、前記燃焼器の前記内部空間に戻すように構成された熱回収構造(60、62)と、をさらに備える、請求項1ないし6のいずれか1つに記載の燃料電池システム。 - 源燃料と空気とを点火プラグ(24)の着火により燃焼させる暖機用燃焼器(8)と、
前記暖機用燃焼器で燃焼した燃焼ガスの熱の一部を前記燃焼器に供給する熱供給構造(71、72、431)と、をさらに備える、請求項1ないし7のいずれか1つに記載の燃料電池システム。 - 前記燃焼器は、複数の前記オフ燃料供給口のうち一部の前記オフ燃料供給口の近傍に設けられた酸化触媒(73)をさらに有している、請求項1ないし8のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
- 燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池スタック(2)と、
源燃料を前記燃料電池スタックに供給する燃料ガスに改質する改質器(4)と、
源燃料と空気とを点火プラグ(24)の着火により燃焼させる暖機用燃焼器(8)と、
前記燃料電池スタックで消費されなかった燃料ガスを含むオフ燃料と前記燃料電池スタックで消費されなかった酸化剤ガスを含むオフ空気とを燃焼させる燃焼器(7)と、を備える燃料電池システムにおいて、
前記燃焼器は、
前記燃焼器の内部空間(50)を形成する筐体(32)と、
前記燃焼器の前記内部空間を第1室(51)と第2室(52)とに分割する分割部材(33)と、
前記第1室にオフ空気を供給する第1オフ空気供給口(41)と、
前記第2室にオフ空気を供給する第2オフ空気供給口(42)と、
前記第2室にオフ燃料を供給するオフ燃料供給口(43)と、
前記第2室でオフ燃料が燃焼する燃焼領域(53)に前記第1室からオフ空気を排出するオフ空気排出口(44)を有しており、
前記燃焼器の筐体から前記改質器を除く部位へ放射される輻射熱を回収し、前記燃焼器の前記内部空間に戻すように構成された熱回収構造(60、62)をさらに備える燃料電池システム。 - 前記燃焼器は環状に形成され、
前記暖機用燃焼器は前記燃焼器の径方向内側に設けられており、
前記熱回収構造は、前記燃焼器より径方向内側で、前記暖機用燃焼器の外壁を囲うように設けられ、前記暖機用燃焼器の外壁と共に空気流路を形成する流路壁(60)であり、
前記空気流路を流れる空気が、前記燃料電池スタックを経由し、オフ空気となって前記燃焼器の前記内部空間に供給されるように構成されている、請求項10に記載の燃料電池システム。 - 前記燃焼器は環状に形成され、
前記暖機用燃焼器は前記燃焼器の径方向内側に設けられており、
前記熱回収構造は、前記燃焼器の前記筐体の径方向内側を囲うように設けられ、前記燃焼器の前記筐体と共にオフ空気が流れるオフ空気流路を形成するオフ空気流路壁(62)であり、
前記オフ空気流路を流れるオフ空気が、前記第1オフ空気供給口および前記第2オフ空気供給口から前記燃焼器の前記内部空間に供給されるように構成されている、請求項10に記載の燃料電池システム。 - 燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池スタック(2)と、
源燃料を前記燃料電池スタックに供給する燃料ガスに改質する改質器(4)と、
源燃料と空気とを点火プラグ(24)の着火により燃焼させる暖機用燃焼器(8)と、
前記燃料電池スタックで消費されなかった燃料ガスを含むオフ燃料と前記燃料電池スタックで消費されなかった酸化剤ガスを含むオフ空気とを燃焼させる燃焼器(7)と、を備える燃料電池システムにおいて、
前記燃焼器は、
前記燃焼器の内部空間(50)を形成する筐体(32)と、
前記燃焼器の前記内部空間を第1室(51)と第2室(52)とに分割する分割部材(33)と、
前記第1室にオフ空気を供給する第1オフ空気供給口(41)と、
前記第2室にオフ空気を供給する第2オフ空気供給口(42)と、
前記第2室にオフ燃料を供給するオフ燃料供給口(43)と、
前記第2室でオフ燃料が燃焼する燃焼領域(53)に前記第1室からオフ空気を排出するオフ空気排出口(44)を有しており、
前記暖機用燃焼器で燃焼した燃焼ガスの熱の一部を前記燃焼器に供給する熱供給構造(71、72、431)をさらに備える燃料電池システム。 - 前記熱供給構造は、前記燃焼器と前記暖機用燃焼器とを接続する熱伝導部材(71)であり、
前記熱伝導部材の材料は、前記燃焼器の前記筐体の材料または前記暖機用燃焼器の外壁の材料よりも熱伝導率の高いもので形成されている、請求項13に記載の燃料電池システム。 - 前記熱供給構造は、前記暖機用燃焼器で燃焼した燃焼ガスの一部を、前記燃焼器の前記第1室に供給する燃焼ガス供給経路(72)である、請求項13に記載の燃料電池システム。
- 前記熱供給構造は、複数の前記オフ燃料供給口のうち所定の前記オフ燃料供給口(431)であり、
所定の前記オフ燃料供給口は、その他の前記オフ燃料供給口に比べて、前記燃焼器の有する前記筐体の前記暖機用燃焼器側の壁(35)に対して近い位置に設けられ、前記燃焼器の有する前記筐体の前記暖機用燃焼器側の壁に向けてオフ燃料を吹き出すように構成されている、請求項13に記載の燃料電池システム。 - 燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池スタック(2)と、
源燃料を前記燃料電池スタックに供給する燃料ガスに改質する改質器(4)と、
前記燃料電池スタックで消費されなかった燃料ガスを含むオフ燃料と前記燃料電池スタックで消費されなかった酸化剤ガスを含むオフ空気とを燃焼させる燃焼器(7)と、を備える燃料電池システムにおいて、
前記燃焼器は、
前記燃焼器の内部空間(50)を形成する筐体(32)と、
前記燃焼器の前記内部空間を第1室(51)と第2室(52)とに分割する分割部材(33)と、
前記第1室にオフ空気を供給する第1オフ空気供給口(41)と、
前記第2室にオフ空気を供給する第2オフ空気供給口(42)と、
前記第2室にオフ燃料を供給する複数のオフ燃料供給口(43)と、
前記第2室でオフ燃料が燃焼する燃焼領域(53)に前記第1室からオフ空気を排出するオフ空気排出口(44)と、
複数の前記オフ燃料供給口のうち一部の前記オフ燃料供給口の近傍に設けられた酸化触媒(73)を有している、燃料電池システム。
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001151501A (ja) | 1999-11-22 | 2001-06-05 | Matsushita Electric Works Ltd | 改質装置 |
JP2005213133A (ja) | 2004-02-02 | 2005-08-11 | Nippon Oil Corp | 改質器および燃料電池システム |
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---|---|---|---|---|
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Patent Citations (6)
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---|---|---|---|---|
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JP2005213133A (ja) | 2004-02-02 | 2005-08-11 | Nippon Oil Corp | 改質器および燃料電池システム |
JP2006179365A (ja) | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Matsushita Electric Works Ltd | 燃料電池用改質器 |
JP2006240916A (ja) | 2005-03-02 | 2006-09-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 改質器 |
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