JPH06196176A

JPH06196176A - 燃焼装置

Info

Publication number: JPH06196176A
Application number: JP4340829A
Authority: JP
Inventors: Junji Niikura; 順二新倉; Kazuhito Hado; 一仁羽藤; Noboru Taniguchi; 昇谷口; Eiichi Yasumoto; 栄一安本; Koji Gamo; 孝治蒲生
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1992-12-22
Publication date: 1994-07-15

Abstract

(57)【要約】【目的】外部からの電力供給を不要とし、機器の設置場
所の制約をなくすとともに使い勝手を向上し、さらには
予期せぬ停電などに対する信頼性も向上させる燃焼装置
を提供することを目的とする。【構成】高温燃料電池型発電素子３を燃焼火炎２の中ま
たは直近に配置し、火炎２の熱で高温燃料電池型発電素
子３の動作温度を保持し、燃焼装置１の原燃料ガス４ま
たは火炎２中に存在する未酸化の炭化水素、水素、ラジ
カルなどを燃料として発電させる。高温燃料電池型発電
素子３の発電電力８は電子回路１０、電動ファン１１、
起動、バックアップ用の蓄電池９に供給する構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃焼装置に関し、特に付
加的機能として発電機能を兼ね備えた燃焼装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】燃焼機器、特に灯油、ガスを燃料とした
小規模な燃焼機器は民需用として用いられる機会が極め
て多い。このような用途、たとえば暖房用、給湯用の燃
焼装置においては、その装置を使用するにあたって各種
制御装置および電動ファンなどを駆動するための電力を
必要とする場合が多い。特に近年ではマイクロコンピュ
ータなどを搭載し、高機能化がはかられていることも多
い。こうした機器では電力供給が必須であり、現在は機
器最寄りの商用電力コンセントから随時電力を得たり、
また設置型機器の場合には電気工事によって専用線を設
けてる場合もある。

【０００３】可動型機器の場合、電力供給を必要とする
がために機器の設置場所に制約を受け、かつ結果的に電
源コードを引き回す場合も発生し、使い勝手および安全
の面からも、電力を外部から供給することの不利は明か
である。また、設置型機器の場合、新たに電気工事を必
要とする場合もあり設置が煩雑となる。また、近年極め
てまれになってはいるが、停電が発生した場合を想定す
ると、こうした燃焼機器が全く使用不可能の状態となる
ことは明かであり、生活面で支障をきたすと考えられ
る。

【０００４】このようなことから、燃焼機器に発電機能
を付与する考えも以前からあり、燃焼部の高温と室温と
の間の温度差を利用して熱電素子を用いて発電する方法
などが考えられている。

【０００５】また、発電装置として燃料電池を付加する
ものも考えられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし前者の熱電素子
を用いるものは発電のために温度差が必要であり、低温
熱源を得るために放熱器あるいは強制冷却の必要がある
などの問題があった。

【０００７】また後者の燃料電池を発電機能として用い
るものは、燃料として水素など電極上で電気化学的に反
応可能なものを供給する必要がある。このため燃焼機器
の燃料として炭化水素を使用している場合には、これを
改質して供給する必要がある。

【０００８】ただし室温から２００℃前後で動作する燃
料電池は、燃料中に一酸化炭素が含有されていると電極
に使用している白金触媒の性能が低下するため、このタ
イプの燃料電池を用いようとすると炭化水素の改質以外
に、一酸化炭素を除去する必要がある。一方、高温型燃
料電池では高温動作であることもあり、燃料ガス中に水
素以外の成分が含有されていても電極などへの悪影響は
なく、燃料に対する自由が高く構成の簡易化に適してい
る。しかし高温燃料電池では電池動作温度にまで電池を
昇温し保持する必要がある。

【０００９】本発明は前記従来の問題に留意し、特別な
加熱装置を必要としない高温燃料電池型発電素子を用い
た燃焼装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は燃焼装置、高温燃料電池型発電素子、電子
回路、電動ファンならびに高温燃料電池型発電素子を燃
焼火炎の中、または直近に配置し、起動バックアップ用
の蓄電池を構成要素とし、前記燃焼装置に供給する原燃
料の一部を前記高温燃料電池型発電素子に燃料として供
給し、前記高温燃料電池型発電素子による発電電力の少
なくとも一部を前記蓄電池に充電するようにした燃焼装
置の構成とする。

【００１１】

【作用】上記構成において、燃焼装置の火炎の熱は高温
燃料電池型発電素子をその動作温度に保持させ、燃焼装
置用の燃料を用いて燃焼と同時に発電を行う。発電電力
は燃焼装置付帯の電子回路や電動機器の駆動に用い、一
部を蓄電池の充電に使用する。蓄電池は燃焼装置停止中
における電子回路の作動、あるいは燃焼装置の起動に際
して、高温燃料電池型発電素子が発電を開始するまでの
間の必要電力を供給する。このため、特別に電池を加熱
する設備は不要であり、さらに燃焼装置の駆動に要する
電力を外部から供給する必要がなくなる。

【００１２】

【実施例】以下、実施例について述べる。図１は本発明
の第１の実施例の燃焼装置の要部構成図である。図示の
ように燃焼装置１によって生成される火炎２の直近には
小型の溶融炭酸塩形の高温燃料電池型発電素子３を配置
している。前記高温燃料電池型発電素子３は５×１０ｃ
ｍの大きさの単電池を５セル積層したものを２個用い、
火炎を挟んで相対する状態で設置し、この２個の高温燃
料電池型発電素子３は直列結合されている。また火炎２
による酸化などの悪影響を最小限にするため、高温燃料
電池型発電素子３の周囲は耐熱合金ケースで保護されて
いる。前記燃焼装置１には原燃料ガス４を供給するよう
にしてあり、この原燃料ガス４の一部は、高温燃料電池
型発電素子３の燃料極側にも供給されるようにしてい
る。また新鮮な空気６と燃焼装置１の燃焼排ガス５はミ
ニポンプ７によって高温燃料電池型発電素子３に、その
空気極反応に必要な炭酸ガスと酸素を供給するようにし
ている。そして高温燃料電池型発電素子３の電力８は燃
焼器における蓄電池９、電子回路１０、電動ファン１１
に供給するようにしてある。

【００１３】上記構成において燃焼装置１が動作状態と
なり火炎２が発生すると、その熱で高温燃料電池型発電
素子３が加熱され電池動作温度（溶融炭酸塩型燃料電池
の場合最低５００℃以上）にまで昇温される。本実施例
では原燃料ガス４として６Ｃガス（水素４７％、メタン
２３％、一酸化炭素１８％含有）を使用した。この原燃
料ガス４は溶融炭酸塩型燃料電池の燃料として使用でき
る水素、一酸化炭素を含有するため、直接供給による発
電が可能である。一方、高温燃料電池型発電素子３の空
気極側には燃焼装置１の燃焼排ガス５と新鮮な空気６の
混合気をミニポンプ７で送り高温燃料電池型発電素子３
の空気極反応に必要な炭酸ガスと酸素を供給してあるの
で、高温燃料電池型発電素子３は単位電極面積あたり約
５０ｍＷ／ｃｍ²で発電し、全体で約２５Ｗの電力を得
ることができる。そして電力８の一部は蓄電池９の充電
に使われ、一部は電子回路１０および電動ファン１１の
駆動用として使用される。

【００１４】このように本実施例によれば、外部からの
電力供給を受けることなく、たとえば暖房用、給湯用の
燃焼装置において各種電子回路１０および電動ファン１
１などを駆動することができる。電力が不足する場合に
は高温燃料電池型発電素子３を増設するなどして発電能
力をあげることで対処することができる。

【００１５】図２は第２の実施例に示す。この実施例で
は管状のジルコニア固体電解質型燃料電池を高温燃料電
池型発電素子３ａとして用いている。そしてジルコニア
固体電解質１２として直径２ｃｍ、発電有効長さ２０ｃ
ｍの管状のものを２本用いており、管の外側には空気極
１３を配し管内側には図では示されていないが燃料極を
配置し、管内部には燃料ガス４ａを供給している。この
高温燃料電池型発電素子３ａは火炎２ａの上部（酸化
炎）付近に空気極１３を露出した状態で設置されてい
る。

【００１６】上記構成において高温燃料電池型発電素子
３ａは火炎により８００℃以上の高温に加熱されると酸
素イオン伝導性が出てくるため、管内部を流れる燃料ガ
ス４ａおよび、希薄ながらも高温燃料電池型発電素子３
ａ近傍に存在する酸素を用いて発電を開始する。発電電
力８ａは約８０ｍＷ／ｃｍ²で、２本の出力を合計する
と約２５Ｗの出力があった。本実施例でも前記と同様、
電力の一部はニッケル水素蓄電池の充電に使い、一部は
電動ファンなどの駆動に使用することができた。

【００１７】図３は第３の実施例を示しており、この第
３の実施例の装置構成は第１の実施例に改質器を付け加
えた構成となっている。なお図３では改質器と燃料電池
型発電素子部分を抜粋して示している。このものは原燃
料１４としては都市ガス１３Ａ（メタン約８５％）を用
いており、原燃料ガスの改質には部分酸化法を採用して
いる。改質器１５はニッケル系改質触媒１６、点火装置
１７などからなっている。そして適度な空気１８の供給
によりメタンの部分酸化改質反応が起こり、２ＣＨ₄＋Ｏ₂＝２ＣＯ＋４Ｈ₂ なる反応により水素に富む改質燃料ガス１９が得られ
る。これを高温燃料電池型発電素子２０に供給し発電し
ている。改質器１５を設置することで高温燃料電池型発
電素子２０では直接使用することができない炭化水素系
の原燃料を使用することができる。

【００１８】図４は第４の実施例を示している。このも
のの全体の基本構成は第１の実施例または第２の実施例
と同じであるが、高温燃料電池型発電素子２０ａの排出
ガスを燃焼装置１の火炎２中に排出する経路を設置して
おり、未使用燃料を燃焼処理している。高温燃料電池型
発電素子２０ａからの排ガス２１中には未反応の水素な
どが含まれているが、通常その燃焼発熱量は排ガス２１
単独では燃焼を維持できない程度に低く、完全に燃焼さ
せることは難しい。このため排ガス２１は燃焼装置１の
火炎２中に排出することで完全に燃焼させ、燃料のもつ
エネルギーを十分に利用することができる。

【００１９】図５は第５の実施例を示し、このものは高
温燃料電池型発電素子３として管状のジルコニア固体電
解質型燃料電池を用いている。そして燃料極２２はジル
コニア固体電解質管１２ａの外側に、管の内側には空気
極（図示せず）を配した構造をしており、かつこの高温
燃料電池型発電素子３の設置位置は火炎２の根元付近す
なわち還元炎部分２３に配置している。この実施例では
特に燃料ガスを高温燃料電池型発電素子３に供給するこ
とはしておらず、燃料としては還元炎中に存在する炭化
水素、水素、ラジカルなどを利用している。一方、空気
側については、本実施例では対流または拡散によって管
内部に空気を供給する方式を採用している。本実施例の
場合、電解質として直径２ｃｍ、発電有効長さ２０ｃｍ
の管状のものを２本用いたが、発電能力は２０ｍＷ／ｃ
ｍ²、全体でも出力６Ｗと前例と比較すると低い出力と
なる。これは燃料極２２は火炎２の中にあるため燃料と
なりうる化学種濃度が低いうえ酸素も共存していること
に起因する。しかしながら電子回路の動作および断続的
な弁動作などには十分な電力であり、用途を選択すれば
外部からの電力供給は不要とすることができる。

【００２０】以上、各実施例に従って本発明の説明を述
べたが、本発明の実施にあたってはここに述べた例以外
の形状、大きさを有する高温燃料電池型発電素子を用い
ても良い。また空気の供給についてもポンプによる供給
あるいは対流、拡散による供給どのような方式であって
も良い。また高温燃料電池型発電素子の設置位置も電池
の動作温度が保持できればよく、火炎の大きさや発電素
子の大きさによって変わり得るものであり、火炎の中あ
るいは近傍であれば良い。さらに蓄電池の種類および電
子回路、その他の負荷についてはその種類は問わない。

【００２１】

【発明の効果】以上述べた実施例より明らかなように、
本発明では燃焼装置に高温燃料電池型発電素子を付帯さ
せることで電力を外部から供給する必要がなくなる。ま
た高温燃料電池型発電素子の駆動のための補器に関して
は特別な加熱装置は不要であり、燃料改質装置が必要な
場合も比較的単純な構成のものですむ。

【００２２】これにより機器の設置場所に制約を受けた
り、あるいは電源コードを引き回すなどの事態を回避す
ることができ、使い勝手および安全性が向上する。また
設置型機器の場合、新たな電気工事も必要なくなり設備
設置の負担を軽減し、また予期せぬ停電などに対する信
頼性も大きく向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の発電機能付き燃焼装置
構成図

【図２】本発明の第２の実施例の発電機能付き燃焼装置
の要部斜視図

【図３】本発明の第３の実施例の要部構成図

【図４】本発明の第４の実施例要部構成図

【図５】本発明の第５の実施例要部斜視図

【符号の説明】

１燃焼装置２火炎３高温燃料電池型発電素子４原燃料ガス５燃焼排ガス６空気７ミニポンプ８発電電力９蓄電池１０電子回路１１電動ファン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安本栄一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者蒲生孝治大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高温燃料電池型発電素子、電子回路、電
動ファン、起動・バックアップ用の蓄電池を備え、燃焼
装置によって生成される火炎の中あるいは直近に前記高
温燃料電池型発電素子を配置し、燃焼装置に供給する原
燃料の一部を前記高温燃料電池型発電素子に燃料として
供給し、発電電力の少なくとも一部を起動・バックアッ
プ用の蓄電池に充電するようにした燃焼装置。
【請求項２】原燃料として炭化水素を用い、これを改
質器により水素および一酸化炭素などに改質した後、高
温燃料電池型発電素子に供給するようにした請求項１記
載の燃焼装置。
【請求項３】高温燃料電池型発電素子からの排出ガス
を燃焼装置の火炎中に排出して未使用燃料を燃焼させる
ようにした請求項１記載の燃焼装置。
【請求項４】高温燃料電池型発電素子は管状の固体電
解質を有し、燃料極を管の外側に、また管の内側には空
気極を配して構成され、火炎の還元炎部分に配置し、燃
料として火炎中に存在する炭化水素、水素、ラジカルな
どを利用し、管内部には空気を流通させるようにした請
求項１記載の燃焼装置。