WO2013161179A1 - 燃料電池システム用バーナ及びこれを備えた燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システム用バーナ及びこれを備えた燃料電池システム Download PDF

Info

Publication number
WO2013161179A1
WO2013161179A1 PCT/JP2013/001878 JP2013001878W WO2013161179A1 WO 2013161179 A1 WO2013161179 A1 WO 2013161179A1 JP 2013001878 W JP2013001878 W JP 2013001878W WO 2013161179 A1 WO2013161179 A1 WO 2013161179A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
fuel cell
cell system
burner
combustion chamber
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/001878
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
繁 飯山
麻生　智倫
Original Assignee
パナソニック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニック株式会社 filed Critical パナソニック株式会社
Publication of WO2013161179A1 publication Critical patent/WO2013161179A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a burner for a fuel cell system and a fuel cell system including the burner.
  • a main nozzle having a gas injection hole for injecting fuel gas obliquely outward, and conically expanding from the vicinity of the upstream end of the main nozzle to the tip side of the main nozzle, and a plurality of small nozzles in the circumferential direction An example including a flame holding plate having a hole is known (for example, Patent Document 1).
  • the present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a fuel cell system burner and a fuel cell system including the burner, which can be more durable than the conventional ones.
  • One aspect of the burner for a fuel cell system of the present invention includes a combustion chamber in which a flame is formed, and when the direction from the base of the flame toward the tip is upward, combustion is performed on the side surface of the combustion chamber into the combustion chamber.
  • An air ejection hole for ejecting air is formed, a gas ejection hole for ejecting off-gas discharged from the fuel cell to the combustion chamber is formed at the bottom of the combustion chamber, and the gas ejection hole and the gas ejection hole Is formed further below the air ejection hole at the lowest position.
  • One aspect of the fuel cell system of the present invention includes a fuel cell and the fuel cell system burner.
  • FIG. 1A is a plan view illustrating an example of a schematic configuration of a fuel cell system burner according to the first embodiment.
  • 1B is a cross-sectional view taken along line IB-IB in FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a usage state of the fuel cell system burner according to the first embodiment.
  • FIG. 3A is a plan view illustrating an example of a schematic configuration of a fuel cell system burner according to a second embodiment. 3B is a cross-sectional view taken along line IIIB-IIIB in FIG. 3A.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a usage state of the burner for the fuel cell system according to the second embodiment.
  • FIG. 1A is a plan view illustrating an example of a schematic configuration of a fuel cell system burner according to the first embodiment.
  • 1B is a cross-sectional view taken along line IB-IB in FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of
  • FIG. 5A is a plan view showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system burner according to a third embodiment.
  • 5B is a cross-sectional view taken along line VB-VB in FIG. 5A.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a usage state of the burner for the fuel cell system according to the third embodiment.
  • FIG. 7A is a plan view showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system burner according to a fourth embodiment. 7B is a cross-sectional view taken along the line VIIB-VIIB in FIG. 7A.
  • FIG. 8 is sectional drawing which shows an example of schematic structure of the burner for fuel cell systems concerning 5th Embodiment.
  • FIG. 8 is sectional drawing which shows an example of schematic structure of the burner for fuel cell systems concerning 5th Embodiment.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system burner according to a seventh embodiment.
  • 10B is a cross-sectional view taken along line XB-XB in FIG. 10A.
  • 10C is a cross-sectional view taken along line XC-XC in FIG. 10A.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view illustrating an example of a schematic configuration of a burner for a fuel cell system according to an eighth embodiment.
  • 11B is a cross-sectional view taken along line XIB-XIB in FIG. 11A.
  • FIG. 11C is a cross-sectional view taken along line XIC-XIC in FIG. 11A.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system burner according to a ninth embodiment.
  • 12B is a cross-sectional view taken along the line XIIB-XIIB in FIG. 12A.
  • 12C is a cross-sectional view taken along the line XIIC-XIIC in FIG. 12A.
  • FIG. 13A is a plan view illustrating an example of a schematic configuration of a burner for a fuel cell system according to a tenth embodiment.
  • 13B is a cross-sectional view taken along line XIIIB-XIIIB in FIG. 13A.
  • FIG. 14 is a schematic diagram illustrating an example of a usage state of the fuel cell system burner according to the tenth embodiment.
  • FIG. 15A is a plan view showing an example of a schematic configuration of a burner for a fuel cell system according to an eleventh embodiment.
  • 15B is a cross-sectional view taken along line XVB-XVB in FIG. 15A.
  • FIG. 16A is a perspective view illustrating an example of a schematic configuration of air ejection holes in the burner for the fuel cell system according to the eleventh embodiment.
  • FIG. 16B is a view of the air ejection hole as viewed from the direction of the arrow XVIB in FIG. 16A.
  • FIG. 16C is a view of the air ejection hole as viewed from the direction of the arrow XVIC in FIG. 16A.
  • FIG. 16D is a view of the air ejection hole as viewed from the direction of the arrow XVID in FIG. 16A.
  • the inventors diligently studied to improve the durability of the burner for the fuel cell system. As a result, the following knowledge was obtained.
  • Patent Document 1 when a conventional burner as described in Patent Document 1 is used as a burner for a fuel cell power generation system, the combustion rate of hydrogen in the offgas is high, and therefore the combustion amount is small or the air amount is large. In addition, a flame can form around the distributor. At this time, the distributor is overheated and thermally deteriorated, which may cause a problem in durability.
  • the present inventor has come up with the idea that the durability can be improved more than before by providing the distributor at a position lower than the air ejection holes at the bottom of the flame hole plate.
  • the burner for a fuel cell system includes a combustion chamber in which a flame is formed.
  • a combustion chamber in which a flame is formed.
  • air for combustion is supplied to the combustion chamber on the side of the combustion chamber.
  • An air ejection hole for ejecting is formed, a gas ejection hole for ejecting off-gas discharged from the fuel cell to the combustion chamber is formed at the bottom of the combustion chamber, and the bottom where the gas ejection hole and the gas ejection hole are formed is the most. It is formed further below the air ejection hole below.
  • the flame is formed at and above the place where the air ejected from the air ejection holes and the off-gas ejected from the gas ejection holes are mixed.
  • a flame is less likely to be formed below the lowermost air ejection hole.
  • the gas injection hole and the bottom where the gas injection hole is formed are directly exposed to the flame, and the possibility of overheating is reduced. Therefore, the durability of the gas ejection hole and the bottom where the gas ejection hole is formed is improved.
  • the side surface of the combustion chamber may have a tapered shape that becomes wider as it goes upward.
  • FIG. 1A is a plan view illustrating an example of a schematic configuration of a fuel cell system burner according to the first embodiment.
  • 1B is a cross-sectional view taken along line IB-IB in FIG. 1A.
  • the burner 100 for the fuel cell system of the present embodiment includes a combustion chamber 10, a plurality of air ejection holes 14 are formed in the side surface 12 of the combustion chamber 10, and An ejection hole 18 is formed.
  • the combustion chamber 10 is a space where a flame is formed. It is not necessary for the entire flame to be formed in the combustion chamber 10, and a part of the flame may be formed in the combustion chamber 10.
  • the side surface 12 of the combustion chamber has a tapered shape that becomes wider as it goes upward.
  • an air ejection hole 14 for ejecting combustion air to the combustion chamber 10 is formed.
  • the air ejection hole 14 may constitute a path for air to flow from the outside of the combustion chamber 10 to the inside of the combustion chamber 10, and the specific shape and size are not particularly limited.
  • a plurality of air ejection holes 14 may be formed. The air may be sent from the air ejection hole 14 to the combustion chamber 10 by air supply means (not shown).
  • the bottom 16 is formed with a gas ejection hole 18 for ejecting off-gas discharged from a fuel cell (not shown) into the combustion chamber 10.
  • the gas ejection hole 18 only needs to form a path for off gas to flow from the outside of the combustion chamber 10 into the combustion chamber 10, and the specific shape and size are not particularly limited.
  • a plurality of gas ejection holes 18 may be formed.
  • the off gas may be sent from the gas ejection hole 18 to the combustion chamber 10 by an off gas supply means (not shown).
  • a flame hole plate may be formed by the side surface 12 and the bottom portion 16. That is, the side surface 12 and the bottom portion 16 may be formed by the flame hole plate.
  • the gas ejection hole 18 and the bottom 16 where the gas ejection hole 18 is formed are formed further below the lowermost air ejection hole 14. More specifically, for example, as illustrated in FIG. 1, the bottom surface of the combustion chamber 10 is made of a plate-like metal, and an opening is formed in the metal plate, whereby the gas ejection hole 18 is formed. In such a configuration, the bottom surface and the gas ejection holes 18 are all formed on the lower side of the air ejection holes 14 at the lowermost position, the air ejection holes 14 formed in four places in the example of FIG. 1B. The two air jet holes 14 are formed further below.
  • the bottom 16 does not necessarily have to be a flat surface.
  • the entire bottom including the protruding portion and the gas ejection hole 18 may be formed further below the lowermost air ejection hole 14.
  • the gas ejection hole 18 may be formed further below the lowermost air ejection hole 14. All of the gas ejection holes 18 may be formed further below the lowermost air ejection holes 14.
  • a fuel cell (not shown) generates power using, for example, a hydrogen-containing gas supplied from a hydrogen generator.
  • the fuel cell system burner 100 may be used, for example, as a burner for heating the reformer in the hydrogen generator. Alternatively, it may be used as a burner for heating other parts using off-gas of the fuel cell, or may be used mainly for recovering heat from combustion exhaust gas discharged from the burner and storing hot water.
  • the fuel cell may be of any type, and examples include a polymer electrolyte fuel cell, a solid oxide fuel cell, and a phosphoric acid fuel cell. When the fuel cell is a solid oxide fuel cell, the hydrogen generator and the fuel cell are configured to be built in one container.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a usage state of the fuel cell system burner according to the first embodiment. 2 that are the same as those in FIG. 1B are assigned the same reference numerals and names, and detailed descriptions thereof are omitted.
  • the portion indicated by a broken line is the flame surface 20.
  • the off gas is jetted upward from the gas jet hole 18 toward the combustion chamber 10 by an off gas supply means (not shown).
  • the air is ejected by an air supply means (not shown) from the air ejection hole 14 toward the combustion chamber in a direction perpendicular to the off-gas ejection axis as viewed from above.
  • the air ejection direction and the off-gas ejection direction are not particularly limited.
  • a flame surface 20 is formed in the combustion chamber 10.
  • the flame front means the place where the combustion reaction takes place.
  • a substantially conical flame surface is formed.
  • the gas ejection holes 18 are open to the bottom 16 of the combustion chamber, so that the gas ejection holes 18 are not easily affected by heat from the flame. Even when the flame is formed in the vicinity of the bottom 16 of the combustion chamber 10, the temperature of the gas ejection hole 18 is kept lower than before, and the durability of the gas ejection hole 18 can be improved.
  • the gas ejection hole 18 and the bottom 16 formed with the gas ejection hole 18 are disposed below the flame surface 20, and the influence of the heat of the flame is affected. It is hard to receive. Even when the flame is formed near the bottom of the combustion chamber 10, the temperature of the gas ejection hole 18 and the bottom 16 where the gas ejection hole 18 is formed is kept lower than in the prior art, and the durability of the burner is improved. be able to.
  • the fuel cell system burner according to the second embodiment is the burner for the fuel cell system according to the first embodiment, and the side surface is annular when viewed from above, and inside the outer surface when viewed from above.
  • the bottom surface is formed so as to form an annular shape between the outer surface and the inner surface when viewed from above, and the air ejection holes are formed on each of the outer surface and the inner surface.
  • the inner flame surface is formed inside the outer flame surface by the air supplied to the combustion chamber from the air ejection holes formed on the inner surface.
  • the region in which the combustion reaction proceeds increases.
  • FIG. 3A is a plan view illustrating an example of a schematic configuration of a fuel cell system burner according to a second embodiment.
  • 3B is a cross-sectional view taken along line IIIB-IIIB in FIG. 3A.
  • the fuel cell system burner 110 of the present embodiment includes a combustion chamber 10, the side surface of the combustion chamber 10 includes an outer surface 11 and an inner surface 13, and the outer surface 11 and the inner surface 13.
  • An air ejection hole 14 is formed in each, and a gas ejection hole 18 is formed in the bottom 16 of the combustion chamber 10.
  • the combustion chamber 10 is a space where a flame is formed.
  • the side surface of the combustion chamber composed of the outer side surface 11 and the inner side surface 13 has a tapered shape that becomes wider toward the upper side.
  • the outer surface 11 has an annular shape when viewed from above.
  • the outer surface 11 has a circular ring shape when viewed from above, but may be formed with a polygonal ring shape when viewed from above, for example.
  • the inner side surface 13 has an annular shape inside the outer side surface 11 when viewed from above.
  • the inner side surface 13 forms a circular ring shape inside the outer side surface 11 when viewed from above, but may be formed into a polygonal ring shape inside the outer side surface 11 when viewed from above, for example. .
  • Each of the outer side surface 11 and the inner side surface 13 is formed with an air ejection hole 14 for ejecting combustion air into the combustion chamber 10. Since the air ejection hole 14 can have the same configuration as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
  • the bottom 16 is formed so as to form an annular shape between the outer surface 11 and the inner surface 13.
  • the bottom portion 16 is formed with a gas ejection hole 18 through which off-gas discharged from a fuel cell (not shown) is ejected into the combustion chamber 10. Since the gas ejection hole 18 can have the same configuration as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted. In the example shown in FIG. 3A, a plurality of gas ejection holes 18 are formed.
  • the gas ejection hole 18 and the bottom 16 where the gas ejection hole 18 is formed are formed further below the lowermost air ejection hole 14. More specifically, for example, as illustrated in FIG. 3, the bottom surface of the combustion chamber 10 is formed of an annular and plate-like metal having a hole in the center, and an opening is formed in the metal plate, thereby forming a gas.
  • the ejection hole 18 is formed. In such a configuration, the bottom surface and the gas ejection holes 18 are all formed on the lower side of the air ejection holes 14 at the lowermost position, or the air ejection holes 14 formed at 8 positions in the example of FIG. 3B. It is formed further below the four air ejection holes 14.
  • the gas ejection hole 18 may be formed further below the lowermost air ejection hole 14. All of the gas ejection holes 18 may be formed further below the lowermost air ejection holes 14.
  • the bottom 16 does not necessarily have to be a flat surface.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a usage state of the burner for the fuel cell system according to the second embodiment. 4 that are the same as those in FIG. 3B are assigned the same reference numerals and names, and detailed descriptions thereof are omitted.
  • the portion indicated by the outer broken line is the outer flame surface 22, and the portion indicated by the inner broken line is the inner flame surface 24.
  • the off gas is jetted upward from the gas jet hole 18 toward the combustion chamber 10 by an off gas supply means (not shown). Air is ejected by air supply means (not shown) from the air ejection hole 14 formed on the outer side surface 11 and the inner side surface 13 toward the combustion chamber so as to sandwich the off gas ejected upward from the outer side and the inner side. Is done. In the combustion chamber 10, off-gas and air are mixed, and the mixed gas is ignited by ignition means (not shown) to start combustion.
  • an outer flame surface 22 is formed as a combustion surface of a mixed gas of air and off-gas ejected from the air ejection holes 14 on the outer surface 11, and air ejected from the air ejection holes 14 on the inner surface 13.
  • An internal flame surface 24 is formed as a combustion surface of the mixed gas of methane and off gas.
  • the fuel cell system burner according to the third embodiment is the fuel cell system burner according to the second embodiment, and includes an ignition electrode and a flame detection electrode at the center surrounded by the inner surface as viewed from above. At least one of them is provided.
  • the durability of at least one of the ignition electrode and the flame detection electrode can be improved.
  • the electrode is disposed in the central portion surrounded by the inner side surface, at least a part including the base portion of the electrode is easily located outside the inner flame surface, that is, on the air side. Become. For this reason, possibility that an electrode will be overheated is reduced and durability of an electrode improves.
  • FIG. 5A is a plan view showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system burner according to a third embodiment.
  • 5B is a cross-sectional view taken along line VB-VB in FIG. 5A.
  • the fuel cell system burner 120 of the present embodiment can have the same configuration as the fuel cell system burner 110 of the second embodiment except that the electrode 26 is provided. Therefore, components common to FIGS. 5 and 3 are given the same reference numerals and names, and detailed description thereof is omitted.
  • the electrode 26 is at least one of an ignition electrode and a flame detection electrode.
  • the electrode 26 is provided at a central portion surrounded by the inner side surface 13 as viewed from above.
  • the electrode 26 may be an electrode that realizes both functions of an ignition electrode and a flame detection electrode.
  • the electrode 26 is an ignition electrode
  • a voltage of about 15 kV is applied to the electrode, and discharge is performed between the electrode 26 and at least one of the side surfaces 11, 13 and the bottom 16 of the combustion chamber 10.
  • the electrode 26 is a flame detection electrode
  • an AC or DC voltage is applied between the electrode 26 extended into the flame and at least one of the side surfaces 11 and 13 and the bottom 16 of the combustion chamber 10.
  • the flame detection electrode may be temperature detection means such as a thermocouple and a thermistor.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a usage state of the burner for the fuel cell system according to the third embodiment. 6 that are the same as those in FIG. 5B are given the same reference numerals and names, and detailed descriptions thereof are omitted.
  • the portion indicated by the outer broken line is the outer flame surface 22, and the portion indicated by the inner broken line is the inner flame surface 24. Since the outer flame surface 22 and the inner flame surface 24 are the same as in the second embodiment, a detailed description thereof will be omitted.
  • the fuel cell system burner according to the fourth embodiment is the fuel cell system burner according to the third embodiment, and extends so that the electrode bends toward the bottom.
  • the electrode when the electrode is a flame detection electrode, a flame having a wide range of sizes can be detected more easily, and when the electrode is an ignition electrode, air and fuel are mixed. Ignition is improved by performing ignition at a location.
  • the flame detection electrode when the electrode is a flame detection electrode, the flame detection electrode can be inserted into the flame even when the amount of combustion is relatively small and the flame exists only at the bottom of the combustion chamber. . Even when the amount of combustion is relatively large and a flame is formed outside the combustion chamber, the flame detection electrode can be inserted into the flame. That is, in the configuration of the present embodiment, a flame can be detected more easily in a wide range of combustion amounts. Alternatively, a wide range of flame sizes can be detected more easily.
  • the flame becomes small because the combustion speed is high. Even in such a case, according to the bent flame detection electrode of the present embodiment, the flame can be detected more easily.
  • the electrode when the electrode is an ignition electrode, the ignitability is improved by performing ignition at a place where air and fuel are mixed.
  • FIG. 7A is a plan view showing an example of a schematic configuration of a burner for a fuel cell system according to a fourth embodiment.
  • 7B is a cross-sectional view taken along the line VIIB-VIIB in FIG. 7A.
  • the fuel cell system burner 130 of the present embodiment can have the same configuration as the fuel cell system burner 120 of the third embodiment except that the electrode 26 is replaced with the electrode 28. Therefore, components common to FIGS. 7 and 5 are given the same reference numerals and names, and detailed description thereof is omitted.
  • the electrode 28 is provided in a central portion surrounded by the inner side surface 13 as viewed from above, and extends so as to bend toward the bottom portion 16.
  • the electrode 28 is a flame detection electrode
  • an AC or DC voltage is applied between the electrode 28 extended into the flame and at least one of the side surfaces 11 and 13 and the bottom 16 of the combustion chamber 10.
  • the flame detection electrode may be temperature detection means such as a thermocouple and a thermistor.
  • the electrode 28 may have a function as an ignition electrode.
  • the electrode 28 When the electrode 28 is an ignition electrode, a voltage of about 15 kV is applied to the electrode 28 in the vicinity of the bottom where off-gas and air are mixed, and discharge occurs between the electrode 28 and the bottom 16 of the combustion chamber 10 and the vicinity thereof. To ignite the mixed gas of fuel and air.
  • the electrode 28 may have a function as a flame detection electrode.
  • the fuel cell system burner of the fifth embodiment is at least one of the fuel cell system burners of the second to fourth embodiments, and is disposed below the combustion chamber and communicates with a plurality of gas ejection holes.
  • An annular gas chamber is provided, an off-gas supply hole for supplying off-gas to the gas chamber is formed in a part of the gas chamber, and an inhibition portion that inhibits the flow of gas in the gas chamber is provided in the gas chamber.
  • the blocking portion may be an annular baffle plate in which a plurality of gas flow holes are formed.
  • the off gas supplied from the off gas supply holes can be more uniformly ejected from the plurality of gas ejection holes as compared with a configuration without an obstruction part (for example, a baffle plate).
  • an obstruction part for example, a baffle plate
  • the present embodiment provides a configuration for uniformly supplying gas to the combustion chamber in order to form an axially symmetric flame with no bias in the circumferential direction.
  • Off gas discharged from an off gas supply means (not shown) or a fuel cell stack (not shown) or the like is supplied from the off gas supply hole to the combustion chamber via the gas chamber and the gas ejection hole.
  • the off gas supply holes are provided only in a part of the annular gas chamber as viewed from above, a large non-uniformity may occur in the off gas pressure distribution on the upper end surface of the gas chamber.
  • the off-gas pressure on the upper end surface of the gas chamber is highest in the vicinity of the off-gas supply hole when viewed from above, and is lowest at a position farthest from the off-gas supply hole. For this reason, the problem that the off-gas flow volume from a gas ejection hole to a combustion chamber changes according to the distance from an off-gas supply hole to a gas ejection hole may arise.
  • the non-uniformity generated in the off-gas pressure distribution inside the gas chamber is mitigated by the obstructing portion that inhibits the gas flow in the gas chamber, and the gas passes through the gas circulation holes at a more uniform speed. It becomes easy to do.
  • the inhibition part that inhibits the flow of gas in the gas chamber can be, for example, a baffle plate in which a plurality of gas flow holes are formed.
  • the off gas passes through the plurality of gas ejection holes at a uniform speed and is easily supplied to the combustion chamber. Therefore, it becomes easy to form a flame with no bias in the circumferential direction. Since there is no bias in the gas supply, the flame can easily supply heat with no bias in the circumferential direction.
  • a baffle plate is provided inside the gas chamber.
  • a plurality of gas flow holes are formed in the baffle plate. The off gas flows into the space below the baffle plate of the gas chamber from the off gas supply hole, and flows into the space above the baffle plate inside the gas chamber through the plurality of gas flow holes. Therefore, the non-uniformity in the horizontal direction of the off-gas pressure distribution is alleviated in the space above the baffle plate rather than the space below the baffle plate.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system burner according to a fifth embodiment.
  • the fuel cell system burner 140 of the present embodiment is provided with a gas chamber 30, except that the fuel cell system burner 110 of the second embodiment, the fuel cell system burner 120 of the third embodiment, and the fourth embodiment. It can be set as the structure similar to at least any one of the burner 130 for fuel cell systems.
  • the fuel cell system burner 140 is configured in the same manner as the fuel cell system burner 120 of the third embodiment except that the gas chamber 30 is provided. Therefore, components common to FIGS. 8 and 5 are given the same reference numerals and names, and detailed description thereof is omitted.
  • the gas chamber 30 is an annular gas chamber that is disposed below the combustion chamber 10 and communicates with the plurality of gas ejection holes 18.
  • An off gas supply hole 36 for supplying off gas to the gas chamber 30 is formed in a part of the gas chamber 30. Annular means that it is annular when viewed from above.
  • the gas chamber 30 includes an annular baffle plate 34 in which a gas flow hole 32 is formed. In the example shown in FIG. 8, the off gas supply hole 36 is formed at the bottom of the gas chamber 30, but the off gas supply hole 36 may be formed at the side of the gas chamber 30.
  • the baffle plate 34 may be integrated with the outer wall of the gas chamber 30, or may be configured as a separate member from the outer wall.
  • the number of off-gas supply holes 36 may be smaller than the number of gas ejection holes 18. In the example shown in FIG. 8, the number of off-gas supply holes 36 is one.
  • the number of gas circulation holes 32 may be the same as the number of gas ejection holes 18, may be less than the number of gas ejection holes 18, or may be greater than the number of gas ejection holes 18. When viewed from above, the gas ejection holes 18 and the gas circulation holes 32 may or may not overlap.
  • the fuel cell system burner according to the sixth embodiment is the fuel cell system burner according to the fifth embodiment, and the side surface of the gas chamber has a tapered shape that becomes wider toward the lower side.
  • the baffle plate can be easily positioned in the height direction, and the burner can be manufactured more easily.
  • a baffle plate formed as a separate member can be inserted into the gas chamber from below with the lower end surface of the gas chamber not attached.
  • the inserted baffle plate is fixed at a desired position, and becomes difficult to contact the gas ejection hole and the upper end surface of the gas chamber. Therefore, the baffle plate can be easily positioned in the height direction, and the burner can be manufactured more easily. A burner with high assembly accuracy can be provided at low cost without the need for special manufacturing equipment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system burner according to the sixth embodiment.
  • the fuel cell system burner 150 of this embodiment can have the same configuration as the fuel cell system burner 140 according to the fifth embodiment, except that the shape of the gas chamber is specified. Therefore, components common to FIGS. 9 and 8 are given the same reference numerals and names, and detailed description thereof is omitted.
  • the side surface of the gas chamber 30 has a tapered shape that becomes wider as it goes downward.
  • the baffle plate 34 may be a separate member from the side surface of the gas chamber 30.
  • the baffle plate 34 formed as a separate member may be fixed to the side surface of the gas chamber 30 by welding or the like.
  • the fuel cell system burner according to the seventh embodiment is a fuel cell system burner according to at least one of the fifth embodiment and the sixth embodiment, wherein the number of gas circulation holes is larger than the number of gas ejection holes. Few.
  • the gas flow hole can be formed by punching or the like, for example.
  • the number of gas circulation holes is small, for example, the number of times of punching or the like can be reduced. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of a burner for a fuel cell system according to a seventh embodiment.
  • 10B is a cross-sectional view taken along line XB-XB in FIG. 10A.
  • 10C is a cross-sectional view taken along line XC-XC in FIG. 10A.
  • 10A is a cross-sectional view taken along line XA-XA in FIGS. 10B and 10C.
  • the fuel cell system burner 160 of the present embodiment is the same as the fuel cell system burner 140 according to the fifth embodiment and the fuel cell system burner 150 according to the sixth embodiment, except that the number of gas flow holes is specified. It can be set as the structure similar to at least any one of these.
  • the fuel cell system burner 160 is configured in the same manner as the fuel cell system burner 150 of the sixth embodiment, except that the number of gas flow holes 32 is specified. Therefore, components common to FIGS. 10 and 9 are given the same reference numerals and names, and detailed description thereof is omitted.
  • the number of gas circulation holes 32 is smaller than the number of gas ejection holes 18.
  • the number of the gas ejection holes 18 is 12, and the number of the gas circulation holes 32 is 6.
  • the number of gas circulation holes 32 may be increased or decreased within a range where the uniformity of the gas ejection speed from the gas ejection holes 18 is not impaired.
  • the fuel cell system burner according to the eighth embodiment is at least one of the fuel cell system burners according to the fifth to seventh embodiments, and at least a part of the plurality of gas ejection holes as viewed from above. It is formed at a position that does not overlap with the gas flow hole.
  • the off gas that has passed through the gas flow holes collides with the inner upper surface of the gas chamber and diffuses, so that the off gas supplied from the off gas supply holes can be more uniformly ejected from the plurality of gas ejection holes.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of a burner for a fuel cell system according to an eighth embodiment.
  • 11B is a cross-sectional view taken along line XIB-XIB in FIG. 11A.
  • FIG. 11C is a cross-sectional view taken along line XIC-XIC in FIG. 11A.
  • 11A is a cross-sectional view taken along line XIA-XIA in FIGS. 11B and 11C.
  • the fuel cell system burner 170 of the present embodiment is the same as that of the fuel cell system burner 140 according to the fifth embodiment, and the fuel cell system burner 150 according to the sixth embodiment, except that the arrangement of gas flow holes is specified. And it can be set as the structure similar to at least any one of the burner 160 for fuel cell systems of 7th Embodiment.
  • the fuel cell system burner 170 is configured in the same manner as the fuel cell system burner 160 of the seventh embodiment, except that the number and arrangement of the gas flow holes 32 are changed. Therefore, the same reference numerals and names are assigned to components common to FIGS. 11 and 10, and detailed description thereof is omitted.
  • the gas ejection holes 18 is formed at a position that does not overlap with the gas circulation holes 32.
  • all of the plurality of gas ejection holes 18 are formed at positions that do not overlap with the gas flow holes 32.
  • the number of the gas ejection holes 18 is 12
  • the number of the gas circulation holes 32 is 12
  • each of the gas ejection holes 18 and the gas circulation holes 32 has the same angle. They are arranged in a ring shape.
  • the gas ejection holes 18 and the gas flow holes 32 are formed with a predetermined offset angle so that they are arranged in different phases when viewed from above.
  • the gas ejection holes 18 and the gas flow holes 32 are arranged at intervals of 30 degrees, and are formed to have an offset angle of 15 degrees.
  • the off-gas that has passed through the gas circulation holes 32 collides with the inner upper surface of the gas chamber. Spread. Therefore, the off gas supplied from the off gas supply holes 36 can be more uniformly ejected from the plurality of gas ejection holes 18.
  • a fuel cell system burner according to a ninth embodiment is a fuel cell system burner according to at least one of the first to eighth embodiments, and includes a gas chamber disposed below the combustion chamber. The heat exchange with the combustion chamber is possible.
  • a hydrocarbon raw material is converted into hydrogen, carbon dioxide, water vapor and the like by a reforming reaction in a fuel processor (not shown).
  • This water vapor may be removed by a heat exchanger (not shown) or a drain tank (not shown) provided in the fuel cell system.
  • a gas with a high dew point can be supplied to the burner.
  • the off-gas containing condensed water first flows into the gas chamber.
  • the gas chamber is heated to a high temperature by exchanging heat with the combustion chamber, and easily evaporates when it reaches the gas chamber. Therefore, it becomes difficult for condensed water to reach the combustion chamber.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system burner according to a ninth embodiment.
  • 12B is a cross-sectional view taken along the line XIIB-XIIB in FIG. 12A.
  • 12C is a cross-sectional view taken along the line XIIC-XIIC in FIG. 12A.
  • 12A is a cross-sectional view taken along line XIIA-XIIA in FIGS. 12B and 12C.
  • the fuel cell system burner 180 of the present embodiment is at least one of the fuel cell system burners 100 to 170 according to the first to eighth embodiments, except that the gas chamber is configured to be able to exchange heat with the combustion chamber. It can be set as the same structure.
  • the fuel cell system burner 180 is configured in the same manner as the fuel cell system burner 170 of the eighth embodiment, except that the configuration of the gas chamber 30 is changed. Therefore, components common to FIGS. 12 and 11 are given the same reference numerals and names, and detailed description thereof is omitted.
  • the gas chamber 30 is configured to be able to exchange heat with the combustion chamber 10.
  • the gas chamber 30 can exchange heat with the combustion chamber 10 by integrating the bottom partition wall of the flame plate constituting the combustion chamber 10 and the partition wall on the combustion chamber side of the gas chamber 30. It is configured.
  • the gas chamber 30 is configured to be able to exchange heat with the combustion chamber 10.
  • the gas chamber 30 may be configured to be able to exchange heat with the combustion chamber 10 by other configurations.
  • both the bottom of the combustion chamber 10 and the upper portion of the gas chamber 30 may be in contact with the same member having a high thermal conductivity.
  • a fuel cell system burner according to a tenth embodiment is a fuel cell system burner according to at least one of the second to eighth embodiments and a combination of these with the ninth embodiment, and is formed on the outer surface.
  • the total area of the ejection holes is larger than the total area of the air ejection holes formed on the inner surface.
  • the flame is pressed by the air ejected from the air ejection holes provided on the outer surface, so that the outer flame surface is shorter in the vertical direction than the blown flame surface and converges on the central axis. It tends to be shaped and combustion stability is improved.
  • FIG. 13A is a plan view showing an example of a schematic configuration of a burner for a fuel cell system according to a tenth embodiment.
  • 13B is a cross-sectional view taken along line XIIIB-XIIIB in FIG. 13A.
  • the burner 190 for the fuel cell system of the present embodiment is the same as the fuel cell system burner 190 except that the size relationship between the total area of the air ejection holes formed on the outer surface and the total area of the air ejection holes formed on the inner surface is specified.
  • a configuration similar to that of at least one of the fuel cell system burners 110 to 170 according to the second to eighth embodiments can be adopted.
  • the fuel cell system burner 190 is configured in the same manner as the fuel cell system burner 110 of the second embodiment, except that the number of air ejection holes formed on the inner surface is changed. ing. Therefore, the same reference numerals and names are used for the same components in FIG. 13 and FIG. 3, and detailed description thereof is omitted.
  • the total area of the air ejection holes 14 formed on the outer side surface 11 is larger than the total area of the air ejection holes 14 formed on the inner side surface 13.
  • the size of each air ejection hole 14 is substantially equal.
  • the number of air ejection holes 14 formed on the outer side surface 11 is larger than the number of air ejection holes 14 formed on the inner side surface 13.
  • the outer side surface 11 and the inner side surface 13 are configured such that the flow rate of air ejected from the air ejection holes 14 formed in the outer side surface 11 is larger than the flow rate of air ejected from the air ejection holes 14 provided in the inner side surface 13.
  • An air ejection hole 14 may be formed.
  • FIG. 14 is a schematic view showing an example of a usage state of the burner for the fuel cell system according to the tenth embodiment. 14 that are the same as those in FIG. 13B are assigned the same reference numerals and names, and detailed descriptions thereof are omitted.
  • the flame When burning a gas with a slow combustion rate, the flame extends to the rear of the combustion chamber and forms a blown-out flame, which may reduce the combustion stability.
  • a portion indicated by a broken line 23 indicates a blown-out flame surface.
  • the flow rate of air ejected from the air ejection holes 14 provided in the outer surface 11 of the combustion chamber 10 is greater than the flow rate of air ejected from the air ejection holes 14 provided in the inner surface 13. Will also increase. Therefore, the flame is pressed by the air ejected from the air ejection holes 14 provided in the outer surface 11.
  • the fuel cell system burner of the eleventh embodiment is at least one of the fuel cell system burners of the first to tenth embodiments, in which the direction of air ejected from the air ejection holes and the gas ejection holes are ejected.
  • the air ejection holes and the gas ejection holes are formed so that the gas directions are opposite to each other when viewed from above.
  • the diffusibility in the combustion chamber is lowered, and carbon monoxide may be generated in the combustion exhaust gas due to incomplete combustion.
  • the direction of the air ejected from the air ejection hole and the direction of the gas ejected from the gas ejection hole are opposite to each other when viewed from above. Uniform mixing is facilitated and the possibility of incomplete combustion is reduced.
  • FIG. 15A is a plan view illustrating an example of a schematic configuration of a burner for a fuel cell system according to an eleventh embodiment.
  • 15B is a cross-sectional view taken along line XVB-XVB in FIG. 15A.
  • the fuel cell system burner 200 according to the present embodiment is different from the fuel according to the first to tenth embodiments except that the direction of air ejected from the air ejection holes and the direction of gas ejected from the gas ejection holes are specified.
  • the configuration can be the same as that of at least one of the battery system burners 100 to 190.
  • the fuel cell system burner 200 is the fuel according to the second embodiment except that the direction of air ejected from the air ejection holes and the direction of gas ejected from the gas ejection holes are changed.
  • the configuration is the same as that of the battery system burner 110. Therefore, components common to FIGS. 15 and 3 are given the same reference numerals and names, and detailed description thereof is omitted.
  • the air ejection holes and the gas ejection holes are arranged such that the direction of the air ejected from the air ejection holes 14 and the direction of the gas ejected from the gas ejection holes 18 are opposite to each other when viewed from above. Is formed.
  • the direction of the air ejected from the air ejection hole 14 is a clockwise direction with respect to the central axis when viewed from above, and the direction of the gas ejected from the gas ejection hole 18 is the central axis. The counterclockwise direction with respect to.
  • FIG. 16A is a perspective view showing an example of a schematic configuration of air ejection holes in the burner for the fuel cell system according to the eleventh embodiment.
  • FIG. 16B is a view of the air ejection hole as viewed from the direction of the arrow XVIB in FIG. 16A.
  • FIG. 16C is a view of the air ejection hole as viewed from the direction of the arrow XVIC in FIG. 16A.
  • FIG. 16D is a view of the air ejection hole as viewed from the direction of the arrow XVID in FIG. 16A.
  • the air ejection hole 14 may be formed so that the opening 15 facing the upstream side and the opening 17 facing the combustion chamber are formed by, for example, pressing. it can.
  • the ejected air collides with the air ejection holes 14 formed so as to form an inclined surface with respect to the flame hole plate surface, is bent, and moves toward the combustion chamber 10. Erupt diagonally.
  • the air ejection direction can be appropriately set.
  • gas ejection holes 18 similarly to the air ejection holes, for example, a shape as shown in FIG. 16 can be used to appropriately set the off-gas ejection direction.
  • the direction of air ejected from the air ejection hole 14 is a counterclockwise direction with respect to the central axis, and the direction of gas ejected from the gas ejection hole 18 is clockwise with respect to the central axis. It may be a direction.
  • the gas ejection hole 18 may be given swirling in the direction opposite to the air ejection direction.
  • the angle formed by the flow velocity vector of the air ejected from the air ejection hole 14 and the flow velocity vector of the gas ejected from the gas ejection hole 18 is greater than 90 degrees. It may be 180 degrees or less. The angle formed by the two flow velocity vectors may be not less than 145 degrees and not more than 180 degrees.
  • a fuel cell system according to a twelfth embodiment includes a fuel cell and the fuel cell system burner according to any one of the first to eleventh embodiments.
  • the fuel cell (not shown) generates power using, for example, a hydrogen-containing gas supplied from a hydrogen generator.
  • the fuel cell system burner may be used, for example, as a burner for heating the reformer in the hydrogen generator. Alternatively, for example, the burner may be used as a burner that heats other parts using the off-gas of the fuel cell.
  • the fuel cell may be of any type, and examples include a polymer electrolyte fuel cell, a solid oxide fuel cell, and a phosphoric acid fuel cell. When the fuel cell is a solid oxide fuel cell, the hydrogen generator and the fuel cell are configured to be built in one container.
  • One embodiment of the present invention is useful as a burner for a fuel cell system according to the present invention, which has improved durability compared to the prior art, and as a fuel cell system including the burner.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

　火炎の形成される燃焼室（１０）を備え、火炎の基部から先端に向かう方向を上方とするとき、燃焼室の側面（１２）に燃焼室へと燃焼用の空気を噴出する複数の空気噴出孔（１４）が形成され、燃焼室の底部に燃焼室へと燃料電池から排出されるオフガスを噴出するガス噴出孔（１８）が形成され、ガス噴出孔及びガス噴出孔の形成された底部（１６）が、最下方にある空気噴出孔よりもさらに下方に形成されている、燃料電池システム用バーナ（１００）。

Description

燃料電池システム用バーナ及びこれを備えた燃料電池システム
　本発明は、燃料電池システム用バーナ及びこれを備えた燃料電池システムに関する。
　従来のガスバーナとして、燃料ガスを斜め外方に噴出するガス噴出孔を有するメインノズルと、メインノズルの上流端近傍からメインノズルの先端側に円錐状に拡大すると共に、円周方向に複数の小孔を有する保炎板を備える例が知られている（例えば、特許文献１）。
特開平１０－２１３３１１公報
　従来のガスバーナを燃料電池システムに用いた場合、耐久性が不十分となりうる。本発明は、上記従来の課題を解決するもので、従来よりも耐久性が向上されうる、燃料電池システム用バーナ及びこれを備えた燃料電池システムを提供することを目的とする。
　本発明の燃料電池システム用バーナの一態様は、火炎の形成される燃焼室を備え、前記火炎の基部から先端に向かう方向を上方とするとき、前記燃焼室の側面に前記燃焼室へと燃焼用の空気を噴出する空気噴出孔が形成され、前記燃焼室の底部に前記燃焼室へと燃料電池から排出されるオフガスを噴出するガス噴出孔が形成され、前記ガス噴出孔及び前記ガス噴出孔の形成された底部が、最下方にある前記空気噴出孔よりもさらに下方に形成されている。
　本発明の燃料電池システムの一態様は、燃料電池と、上記燃料電池システム用バーナとを備える。
　本発明の一態様によれば、従来よりも耐久性が向上されうるという効果を奏する。
図１Ａは、第１実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す平面図である。 図１Ｂは、図１ＡのIB-IB線断面図である。 図２は、第１実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの使用状態の一例を示す模式図である。 図３Ａは、第２実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す平面図である。 図３Ｂは、図３ＡのIIIB-IIIB線断面図である。 図４は、第２実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの使用状態の一例を示す模式図である。 図５Ａは、第３実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す平面図である。 図５Ｂは、図５ＡのVB-VB線断面図である。 図６は、第３実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの使用状態の一例を示す模式図である。 図７Ａは、第４実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す平面図である。 図７Ｂは、図７ＡのVIIB-VIIB線断面図である。 図８は、第５実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す断面図である。 図９は、第６実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す断面図である。 図１０Ａは、第７実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す断面図である。 図１０Ｂは、図１０ＡのXB-XB線断面図である。 図１０Ｃは、図１０ＡのXC-XC線断面図である。 図１１Ａは、第８実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す断面図である。 図１１Ｂは、図１１ＡのXIB-XIB線断面図である。 図１１Ｃは、図１１ＡのXIC-XIC線断面図である。 図１２Ａは、第９実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す断面図である。 図１２Ｂは、図１２ＡのXIIB-XIIB線断面図である。 図１２Ｃは、図１２ＡのXIIC-XIIC線断面図である。 図１３Ａは、第１０実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す平面図である。 図１３Ｂは、図１３ＡのXIIIB-XIIIB線断面図である。 図１４は、第１０実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの使用状態の一例を示す模式図である。 図１５Ａは、第１１実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す平面図である。 図１５Ｂは、図１５ＡのXVB-XVB線断面図である。 図１６Ａは、第１１実施形態にかかる燃料電池システム用バーナにおける空気噴出孔の概略構成の一例を示す斜視図である。 図１６Ｂは、図１６Ａにおいて空気噴出孔を矢印XVIBの方向から見た図である。 図１６Ｃは、図１６Ａにおいて空気噴出孔を矢印XVICの方向から見た図である。 図１６Ｄは、図１６Ａにおいて空気噴出孔を矢印XVIDの方向から見た図である。
　発明者らは、燃料電池システム用バーナにおいて、耐久性を向上すべく鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を得た。
　すなわち、特許文献１に記載されているような従来のバーナを燃料電池発電システム用のバーナとして用いると、オフガス中の水素の燃焼速度が高いために、燃焼量が少ない場合や空気量が多い場合に、ディストリビュータ周辺で火炎が形成されうる。このとき、ディストリビュータが過熱されて熱劣化し、耐久性に問題が生じうる。
　そこで本発明者は、例えば、ディストリビュータを、炎孔板の底部において、空気噴出孔よりも低い位置に設けることで、従来よりも耐久性を向上させられることに想到した。
　（第１実施形態）
　第１実施形態の燃料電池システム用バーナは、火炎の形成される燃焼室を備え、火炎の基部から先端に向かう方向を上方とするとき、燃焼室の側面に燃焼室へと燃焼用の空気を噴出する空気噴出孔が形成され、燃焼室の底部に燃焼室へと燃料電池から排出されるオフガスを噴出するガス噴出孔が形成され、ガス噴出孔及びガス噴出孔の形成された底部が、最下方にある空気噴出孔よりもさらに下方に形成されている。
　かかる構成では、従来よりも耐久性が向上されうる。
　より具体的に説明すれば以下の通りである。本実施形態の構成において、火炎は、空気噴出孔から噴出された空気と、ガス噴出孔から噴出されたオフガスとが混合する場所及びその上方で形成される。最下方にある空気噴出孔よりもさらに下方では火炎が形成されにくい。ガス噴出孔及びガス噴出孔の形成された底部は火炎に直接曝され、過熱される可能性が低下する。よって、ガス噴出孔及びガス噴出孔の形成された底部の耐久性が向上する。
　上記燃料電池システム用バーナにおいて、燃焼室の側面は上方に向かうにしたがって広くなるテーパ形状をなしていてもよい。
　［装置構成］
　図１Ａは、第１実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す平面図である。図１Ｂは、図１ＡのIB-IB線断面図である。
　図１に示す例において、本実施形態の燃料電池システム用バーナ１００は、燃焼室１０を備え、燃焼室１０の側面１２に複数の空気噴出孔１４が形成され、燃焼室１０の底部１６にガス噴出孔１８が形成されている。
　燃焼室１０は、火炎の形成される空間である。火炎の全部が燃焼室１０に形成される必要はなく、火炎の一部が燃焼室１０に形成されてもよい。火炎の基部から先端に向かう方向、すなわち図１Ｂにおける上方向、を上方とするとき、燃焼室の側面１２は上方に向かうにしたがって広くなるテーパ形状をなす。
　側面１２には、燃焼室１０へと燃焼用の空気を噴出する空気噴出孔１４が形成されている。空気噴出孔１４は、燃焼室１０の外部から燃焼室１０の内部へと空気が流入するための経路を構成すればよく、具体的な形状や大きさは特に限定されない。空気噴出孔１４は、複数形成されてもよい。空気は、空気供給手段（図示せず）により空気噴出孔１４から燃焼室１０へと送り込まれてもよい。
　底部１６には、燃焼室１０へと燃料電池（図示せず）から排出されるオフガスを噴出するガス噴出孔１８が形成されている。ガス噴出孔１８は、燃焼室１０の外部から燃焼室１０の内部へとオフガスが流入するための経路を構成すればよく、具体的な形状や大きさは特に限定されない。ガス噴出孔１８は複数形成されてもよい。オフガスは、オフガス供給手段（図示せず）によりガス噴出孔１８から燃焼室１０へと送り込まれてもよい。
　側面１２と底部１６とで、炎孔板が形成されてもよい。すなわち、炎孔板によって側面１２と底部１６とが形成されてもよい。
　ガス噴出孔１８及びガス噴出孔１８の形成された底部１６は、最下方にある空気噴出孔１４よりもさらに下方に形成されている。より具体的には例えば、図１に例示するように、燃焼室１０の底面が板状の金属で構成され、かかる金属板に開口が形成されることにより、ガス噴出孔１８が形成される。かかる構成において、底面及びガス噴出孔１８は、その全部が、最下方にある空気噴出孔１４、図１Ｂの例では４カ所に形成されている空気噴出孔１４のうち、下側に形成されている２カ所の空気噴出孔１４、よりもさらに下方に形成されることになる。
　底部１６は必ずしも平面でなくてもよく、例えば、燃焼室１０側に突出した部分があってもよいし、該突出した部分にガス噴出孔１８が形成されていてもよい。かかる場合において、例えば、突出した部分とガス噴出孔１８とを含む底部の全体が、最下方にある空気噴出孔１４よりもさらに下方に形成されていてもよい。ガス噴出孔１８が、最下方にある空気噴出孔１４よりもさらに下方に形成されていてもよい。ガス噴出孔１８の全部が、最下方にある空気噴出孔１４よりもさらに下方に形成されていてもよい。
　燃料電池（図示せず）は、例えば、水素生成装置より供給された水素含有ガスを用いて発電する。燃料電池システム用バーナ１００は、例えば、該水素生成装置において改質器を加熱するバーナとして用いられてもよい。あるいは、燃料電池のオフガスを用いて他の部位を加熱するバーナとして用いられてもよいし、バーナより排出された燃焼排ガスから熱回収し、貯湯することを主目的として用いられてもよい。燃料電池としては、いずれの種類であっても良く、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、及び燐酸形燃料電池等が例示される。なお、燃料電池が、固体酸化物形燃料電池の場合は、水素生成装置と燃料電池とが１つの容器内に内蔵されるよう構成される。
　［使用態様］
　図２は、第１実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの使用状態の一例を示す模式図である。図２のうち、図１Ｂと共通する構成要素については、同一の符号及び名称を付して詳細な説明を省略する。
　図２の例において、破線で示す部分が、火炎面２０である。オフガスは、オフガス供給手段（図示せず）により、ガス噴出孔１８から燃焼室１０に向かって上方へと噴出される。空気は、空気供給手段（図示せず）により、空気噴出孔１４から燃焼室に向かって、上方から見てオフガスの噴出軸と直交する方向へと噴出される。なお、上記はあくまで例示であり、本実施形態では、空気の噴出方向とオフガスの噴出方向とは特に限定されない。
　燃焼室１０において、オフガスと空気とが混合され、点火手段（図示せず）により混合ガスが点火されて燃焼が開始する。これにより、燃焼室１０において火炎面２０が形成される。火炎面とは燃焼反応が起こっている場所を意味する。本実施形態のバーナでは略円錐形の火炎面が形成される。
　図２に例示される使用状態において、ガス噴出孔１８が燃焼室の底部１６に開口しているため、ガス噴出孔１８は火炎からの熱の影響を受けにくい。火炎が燃焼室１０の底部１６近傍に形成された場合も、ガス噴出孔１８の温度が従来よりも低く保たれることとなり、ガス噴出孔１８の耐久性を向上することができる。
　別の言い方をすれば、図２の例においては、ガス噴出孔１８及びガス噴出孔１８の形成された底部１６は、火炎面２０よりも下方に配設されており、火炎の熱の影響を受けにくい。火炎が燃焼室１０の底部近傍に形成された場合も、ガス噴出孔１８及びガス噴出孔１８の形成された底部１６の温度は従来よりも低く保たれることとなり、バーナの耐久性を向上させることができる。
　（第２実施形態）
　第２実施形態の燃料電池システム用バーナは、第１実施形態の燃料電池システム用バーナであって、側面は、上方から見て環状をなす外側面と、上方から見て外側面の内側において環状をなす内側面とを備え、上方から見て、底部が外側面と内側面との間に環状をなすように形成され、空気噴出孔が外側面及び内側面のそれぞれに形成されている。
　かかる構成では、内側面に形成された空気噴出孔から燃焼室へと供給される空気によって、外火炎面の内側に内火炎面が形成される。内火炎面が形成されることにより、燃焼反応が進行する領域が大きくなる。同一組成の燃料で燃焼量（燃焼により発生する熱量、以下同様）が等しい場合には、燃焼が短時間で完了することになり、火炎の高さを低くすることができる。よって、燃料電池システムを小型化できる。
　また、メタンなどの燃焼速度の遅い燃料を燃焼させた場合には、火炎が上方に伸びやすい。火炎が周囲の金属筒などで冷やされると一酸化炭素が発生する可能性が増加する。本実施形態の構成では火炎が短くなる結果、かかる可能性の増加も抑制されうる。
　［装置構成］
　図３Ａは、第２実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す平面図である。図３Ｂは、図３ＡのIIIB-IIIB線断面図である。
　図３に示す例において、本実施形態の燃料電池システム用バーナ１１０は、燃焼室１０を備え、燃焼室１０の側面は外側面１１と内側面１３とを備え、外側面１１及び内側面１３のそれぞれに空気噴出孔１４が形成され、燃焼室１０の底部１６にガス噴出孔１８が形成されている。
　燃焼室１０は、火炎の形成される空間である。火炎の基部から先端に向かう方向、すなわち図３Ｂにおける上方向、を上方とするとき、外側面１１と内側面１３とからなる燃焼室の側面は、上方に向かうにしたがって広くなるテーパ形状をなす。
　外側面１１は、上方から見て環状をなす。図３に示す例では、外側面１１は、上方から見て円形の環状をなすが、例えば、上方から見て多角形の環状をなしてもよい。
　内側面１３は、上方から見て外側面１１の内側において環状をなす。図３に示す例では、内側面１３は、上方から見て外側面１１の内側において円形の環状をなすが、例えば、上方から見て外側面１１の内側において多角形の環状をなしてもよい。
　外側面１１及び内側面１３のそれぞれには、燃焼室１０へと燃焼用の空気を噴出する空気噴出孔１４が形成されている。空気噴出孔１４は、第１実施形態と同様の構成とすることができるので、詳細な説明を省略する。
　底部１６は、外側面１１と内側面１３との間に環状をなすように形成されている。底部１６には、燃焼室１０へと燃料電池（図示せず）から排出されるオフガスを噴出するガス噴出孔１８が形成されている。ガス噴出孔１８は、第１実施形態と同様の構成とすることができるので、詳細な説明を省略する。図３Ａに示す例では、ガス噴出孔１８は複数形成されている。
　ガス噴出孔１８及びガス噴出孔１８の形成された底部１６は、最下方にある空気噴出孔１４よりもさらに下方に形成されている。より具体的には例えば、図３に例示するように、燃焼室１０の底面が中央に穴の開いた環状かつ板状の金属で構成され、かかる金属板に開口が形成されることにより、ガス噴出孔１８が形成される。かかる構成において、底面及びガス噴出孔１８は、その全部が、最下方にある空気噴出孔１４、図３Ｂの例では８カ所に形成されている空気噴出孔１４のうち、下側に形成されている４カ所の空気噴出孔１４、よりもさらに下方に形成されることになる。ガス噴出孔１８が、最下方にある空気噴出孔１４よりもさらに下方に形成されていてもよい。ガス噴出孔１８の全部が、最下方にある空気噴出孔１４よりもさらに下方に形成されていてもよい。
　底部１６は必ずしも平面でなくてもよく、例えば、燃焼室１０側に突出した部分があってもよいし、該突出した部分にガス噴出孔１８が形成されていてもよい。かかる場合においても、例えば、突出した部分とガス噴出孔１８とを含む底部の全体が、最下方にある空気噴出孔１４よりもさらに下方に形成されていてもよい。
　燃料電池（図示せず）については第１実施形態と同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
　［使用態様］
　図４は、第２実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの使用状態の一例を示す模式図である。図４のうち、図３Ｂと共通する構成要素については、同一の符号及び名称を付して詳細な説明を省略する。
　図４の例において、外側の破線で示す部分が外火炎面２２であり、内側の破線で示す部分が内火炎面２４である。オフガスは、オフガス供給手段（図示せず）により、ガス噴出孔１８から燃焼室１０に向かって上方へと噴出される。空気は、空気供給手段（図示せず）により、外側面１１及び内側面１３に形成された空気噴出孔１４から燃焼室に向かって、上方へ噴出するオフガスを外側と内側とから挟み込むように噴出される。燃焼室１０において、オフガスと空気とが混合され、点火手段（図示せず）により混合ガスが点火されて燃焼が開始する。これにより、燃焼室１０において、外側面１１の空気噴出孔１４から噴出した空気とオフガスとの混合ガスの燃焼面として外火炎面２２が形成され、内側面１３の空気噴出孔１４から噴出した空気とオフガスとの混合ガスの燃焼面として内火炎面２４が形成される。内火炎面２４が形成されることにより、例えば図２の例のように火炎面が一つしかない場合と比較して、燃焼反応が進行する領域が大きくなる。
　（第３実施形態）
　第３実施形態の燃料電池システム用バーナは、第２実施形態の燃料電池システム用バーナであって、上方から見て、内側面に周囲を囲まれた中央部に、点火電極及び火炎検知電極の少なくともいずれか一方を備える。
　かかる構成では、点火電極及び火炎検知電極の少なくともいずれか一方の耐久性を向上させることができる。
　より具体的に説明すれば以下の通りである。本実施形態の構成において、内側面に周囲を囲まれた中央部に電極が配設されるため、電極の基部を含めた少なくとも一部が内火炎面の外側、すなわち空気側、に位置しやすくなる。このため、電極が過熱される可能性が低減され、電極の耐久性が向上する。
　［装置構成］
　図５Ａは、第３実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す平面図である。図５Ｂは、図５ＡのVB-VB線断面図である。
　本実施形態の燃料電池システム用バーナ１２０は、電極２６が設けられている他は、第２実施形態の燃料電池システム用バーナ１１０と同様の構成とすることができる。よって、図５と図３とで共通する構成要素については、同一の符号及び名称を付して、詳細な説明を省略する。
　電極２６は、点火電極及び火炎検知電極の少なくともいずれか一方である。電極２６は、上方から見て、内側面１３に周囲を囲まれた中央部に設けられている。電極２６は、点火電極及び火炎検知電極の両方の機能を実現する電極であってもよい。
　電極２６が点火電極である場合は、電極に１５ｋＶ程度の電圧を印加し、電極２６と燃焼室１０の側面１１、１３及び底部１６の少なくともいずれか一方との間で放電させることによって、燃料と空気の混合ガスに着火させる。
　電極２６が火炎検知電極である場合は、火炎中に延伸した電極２６と燃焼室１０の側面１１、１３及び底部１６の少なくともいずれか一方との間に交流あるいは直流の電圧を印加する。これにより、火炎中を流れる電流を電流検出回路（図示せず）によって検知し、火炎の有無を判断する。火炎検知電極は、熱電対及びサーミスタ等の温度検出手段であってもよい。
　［使用態様］
　図６は、第３実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの使用状態の一例を示す模式図である。図６のうち、図５Ｂと共通する構成要素については、同一の符号及び名称を付して詳細な説明を省略する。
　図６の例において、外側の破線で示す部分が外火炎面２２であり、内側の破線で示す部分が内火炎面２４である。外火炎面２２及び内火炎面２４については、第２実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。
　（第４実施形態）
　第４実施形態の燃料電池システム用バーナは、第３実施形態の燃料電池システム用バーナであって、電極が底部に向かって屈曲するように伸びる。
　かかる構成では、電極が火炎検知電極である場合には、幅広い範囲の大きさの火炎を、より容易に検出することができ、電極が点火電極である場合には、空気と燃料とが混合する場所で点火を行うことで、着火性が向上する。
　より具体的に説明すれば以下の通りである。本実施形態の構成において、電極が火炎検知電極である場合には、燃焼量が比較的少なく燃焼室の底部にのみ火炎が存在する場合においても、火炎内に火炎検知電極を挿入することができる。燃焼量が比較的多く火炎が燃焼室外部に形成される場合でも火炎内に火炎検知電極を挿入することができる。つまり、本実施形態の構成では、幅広い範囲の燃焼量において、火炎をより容易に検出することができる。あるいは、幅広い範囲の大きさの火炎を、より容易に検出することができる。
　特に、燃料電池システムにおいて、バーナで燃焼されるオフガスの水素含有量が高い場合、燃焼速度が速いために、火炎が小さくなる。かかる場合においても、本実施形態の屈曲した火炎検知電極によれば、火炎をより容易に検出することができる。
　また、本実施形態の構成において、電極が点火電極である場合には、空気と燃料とが混合する場所で点火を行うことで、着火性が向上する。
　図７Ａは、第４実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す平面図である。図７Ｂは、図７ＡのVIIB-VIIB線断面図である。
　本実施形態の燃料電池システム用バーナ１３０は、電極２６が電極２８に置換されている他は、第３実施形態の燃料電池システム用バーナ１２０と同様の構成とすることができる。よって、図７と図５とで共通する構成要素については、同一の符号及び名称を付して、詳細な説明を省略する。
　図７Ａ、図７Ｂに例示するように、電極２８は、上方から見て、内側面１３に周囲を囲まれた中央部に設けられており、底部１６に向かって屈曲するように伸びる。
　電極２８が火炎検知電極である場合には、火炎中に延伸した電極２８と燃焼室１０の側面１１、１３及び底部１６の少なくともいずれか一方との間に交流あるいは直流の電圧を印加する。これにより、火炎中を流れる電流を電流検出回路（図示せず）によって検知し、火炎の有無を判断する。火炎検知電極は、熱電対及びサーミスタ等の温度検出手段であってもよい。この場合において、電極２８は、点火電極としての機能を備えていてもよい。
　電極２８が点火電極である場合には、オフガスと空気とが混合する底部付近で、電極２８に１５ｋＶ程度の電圧を印加し、電極２８と燃焼室１０の底部１６及びその近傍との間で放電させることによって、燃料と空気の混合ガスに着火させる。この場合において、電極２８は、火炎検知電極としての機能を備えていてもよい。
　（第５実施形態）
　第５実施形態の燃料電池システム用バーナは、第２～４実施形態の少なくともいずれか一方の燃料電池システム用バーナであって、燃焼室の下方に配設されて複数のガス噴出孔に連通する環状のガス室を備え、ガス室の一部に、ガス室へとオフガスを供給するオフガス供給孔が形成され、ガス室内に、ガス室内のガスの流れを阻害する阻害部を備える。
　上記燃料電池システム用バーナにおいて、阻害部は、複数のガス流通孔が形成された環状の邪魔板であってもよい。
　かかる構成では、阻害部（例えば、邪魔板）のない構成と比較して、オフガス供給孔から供給されたオフガスを、複数のガス噴出孔からより均一に噴出させることができる。
　より具体的に説明すれば以下の通りである。本実施形態は、周方向に偏りのない軸対称火炎を形成するために、ガスを燃焼室に均一に供給する構成を提供する。
　オフガス供給手段（図示せず）あるいは燃料電池スタック（図示せず）等から排出されたオフガスは、オフガス供給孔から、ガス室とガス噴出孔とを経由し、燃焼室へと供給される。このとき、オフガス供給孔の偏在により、環状のガス室の内部において、オフガスの圧力分布に不均一性が発生する。特に、上方から見て、オフガス供給孔が環状のガス室の一部にのみ設けられている場合、ガス室の上端面におけるオフガスの圧力分布には、大きな不均一性が発生しうる。すなわち、ガス室の上端面におけるオフガスの圧力は、上方から見て、オフガス供給孔の近傍において最も高くなり、オフガス供給孔から最も遠い場所で最も低くなる。このため、ガス噴出孔から燃焼室へのオフガス流量が、オフガス供給孔からガス噴出孔までの距離に応じて変化するという課題が生じうる。
　本実施形態の構成では、ガス室内のガスの流れを阻害する阻害部により、ガス室の内部におけるオフガスの圧力分布に生じる不均一性が緩和され、ガス流通孔をより均一な速度でガスが通過しやすくなる。次にガス室内のガスの流れを阻害する阻害部と燃焼室との間に設けられた空間で圧力分布がさらに緩和される。ガス室内のガスの流れを阻害する阻害部は、例えば、複数のガス流通孔が形成された邪魔板とすることができる。複数のガス噴出孔を均一な速度でオフガスが通過して燃焼室に供給されやすくなる。よって、周方向に偏りのない火炎が形成されやすくなる。ガス供給に偏りがないため、火炎は周方向に偏りのない熱を供給しやすくなる。
　別の言い方をすれば、本実施形態の構成では、例えば、ガス室の内部に邪魔板が設けられている。邪魔板には複数のガス流通孔が形成されている。オフガスは、オフガス供給孔からガス室の邪魔板より下方の空間へと流入し、複数のガス流通孔を通って、ガス室の内部において、邪魔板より上方の空間に流入する。よって、オフガス圧力分布の水平方向の不均一性が、邪魔板より下方の空間よりも、邪魔板より上方の空間において緩和される。
　図８は、第５実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す断面図である。
　本実施形態の燃料電池システム用バーナ１４０は、ガス室３０を備える他は、第２実施形態の燃料電池システム用バーナ１１０、第３実施形態の燃料電池システム用バーナ１２０、及び、第４実施形態の燃料電池システム用バーナ１３０の少なくともいずれか一方と同様の構成とすることができる。図８に示す例では、燃料電池システム用バーナ１４０は、ガス室３０を備える他は、第３実施形態の燃料電池システム用バーナ１２０と同様に構成されている。よって、図８と図５とで共通する構成要素については、同一の符号及び名称を付して、詳細な説明を省略する。
　ガス室３０は、燃焼室１０の下方に配設されて複数のガス噴出孔１８に連通する環状のガス室である。ガス室３０には、その一部に、ガス室３０へとオフガスを供給するオフガス供給孔３６が形成されている。環状とは、上方から見て環状であることをいう。ガス室３０は、その内部に、ガス流通孔３２の形成された環状の邪魔板３４を備える。図８に示す例ではオフガス供給孔３６がガス室３０の底部に形成されているが、オフガス供給孔３６がガス室３０の側部に形成されてもよい。邪魔板３４は、ガス室３０の外壁と一体化していてもよいし、該外壁とは別部材として構成されていてもよい。
　オフガス供給孔３６の数は、ガス噴出孔１８の数より少なくてもよい。図８に示す例では、オフガス供給孔３６の数は１個である。ガス流通孔３２の数は、ガス噴出孔１８の数と同じでもよいし、ガス噴出孔１８の数より少なくてもよいし、ガス噴出孔１８の数より多くてもよい。上方から見て、ガス噴出孔１８とガス流通孔３２とは重なり合っていてもよいし、重なり合っていなくてもよい。
　（第６実施形態）
　第６実施形態の燃料電池システム用バーナは、第５実施形態の燃料電池システム用バーナであって、ガス室の側面は下方に向かうにしたがって広くなるテーパ形状をなす。
　かかる構成では、邪魔板の高さ方向の位置決めが容易となり、バーナをより容易に製造することができる。
　より具体的に説明すれば以下の通りである。本実施形態の構成では、例えば、ガス室の下端面が取り付けられていない状態で、別部材として形成された邪魔板を下方からガス室内部へと挿入することができる。邪魔板及びガス室の形状を適切に設定することで、挿入された邪魔板は所望の位置で固定され、ガス噴出孔及びガス室の上端面に接しにくくなる。よって、邪魔板の高さ方向の位置決めが容易となり、バーナをより容易に製造することができる。特別な製造装置を必要せずに、組立て精度の高いバーナを低コストで提供できる。
　図９は、第６実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す断面図である。
　本実施形態の燃料電池システム用バーナ１５０は、ガス室の形状が特定されている他は、第５実施形態にかかる燃料電池システム用バーナ１４０と同様の構成とすることができる。よって、図９と図８とで共通する構成要素については、同一の符号及び名称を付して、詳細な説明を省略する。
　本実施形態においては、ガス室３０の側面が、下方に向かうにしたがって広くなるテーパ形状をなす。邪魔板３４は、ガス室３０の側面とは別個の部材としてもよい。別部材として形成された邪魔板３４は、ガス室３０の側面に、溶接等により固定されてもよい。
　（第７実施形態）
　第７実施形態の燃料電池システム用バーナは、第５実施形態及び第６実施形態の少なくともいずれか一方の燃料電池システム用バーナであって、ガス流通孔の数は、ガス噴出孔の数よりも少ない。
　かかる構成では、ガス流通孔の数が少ないため、製造プロセスが簡潔となり、製造コストを低減できる。
　より具体的に説明すれば以下の通りである。本実施形態の構成において、ガス流通孔は、例えば、パンチング等によって形成されうる。本実施形態の構成では、ガス流通孔の数が少ないため、例えば、パンチング等の回数を低減できる。よって、製造コストを低減できる。
　図１０Ａは、第７実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す断面図である。図１０Ｂは、図１０ＡのXB-XB線断面図である。図１０Ｃは、図１０ＡのXC-XC線断面図である。なお、図１０Ａは、図１０Ｂ及び図１０ＣのXA-XA線断面図となっている。
　本実施形態の燃料電池システム用バーナ１６０は、ガス流通孔の数が特定されている他は、第５実施形態にかかる燃料電池システム用バーナ１４０及び第６実施形態にかかる燃料電池システム用バーナ１５０の少なくともいずれか一方と同様の構成とすることができる。図１０に示す例では、燃料電池システム用バーナ１６０は、ガス流通孔３２の数が特定されている他は、第６実施形態の燃料電池システム用バーナ１５０と同様に構成されている。よって、図１０と図９とで共通する構成要素については、同一の符号及び名称を付して、詳細な説明を省略する。
　図１０Ｂ及び図１０Ｃに例示するように、本実施形態では、ガス流通孔３２の数が、ガス噴出孔１８の数よりも少ない。図１０Ｂ及び図１０Ｃの例では、ガス噴出孔１８の数が１２個であり、ガス流通孔３２の数が６個である。ガス噴出孔１８からのガス噴出速度の均一性が損なわれない範囲で、ガス流通孔３２の数を増減させてもよい。
　（第８実施形態）
　第８実施形態の燃料電池システム用バーナは、第５～７実施形態の少なくともいずれか一方の燃料電池システム用バーナであって、上方から見て、複数のガス噴出孔のうちの少なくとも一部は、ガス流通孔と重ならない位置に形成されている。
　かかる構成では、ガス流通孔を通過したオフガスがガス室の内部上面に衝突して拡散するため、オフガス供給孔から供給されたオフガスを、複数のガス噴出孔からより均一に噴出させることができる。
　図１１Ａは、第８実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す断面図である。図１１Ｂは、図１１ＡのXIB-XIB線断面図である。図１１Ｃは、図１１ＡのXIC-XIC線断面図である。なお、図１１Ａは、図１１Ｂ及び図１１ＣのXIA-XIA線断面図となっている。
　本実施形態の燃料電池システム用バーナ１７０は、ガス流通孔の配置が特定されている他は、第５実施形態にかかる燃料電池システム用バーナ１４０、第６実施形態にかかる燃料電池システム用バーナ１５０、及び、第７実施形態の燃料電池システム用バーナ１６０の少なくともいずれか一方と同様の構成とすることができる。図１１に示す例では、燃料電池システム用バーナ１７０は、ガス流通孔３２の数及び配置が変更されている他は、第７実施形態の燃料電池システム用バーナ１６０と同様に構成されている。よって、図１１と図１０とで共通する構成要素については、同一の符号及び名称を付して、詳細な説明を省略する。
　図１１Ｂ及び図１１Ｃに例示するように、本実施形態では、複数のガス噴出孔１８のうちの少なくとも一部が、ガス流通孔３２と重ならない位置に形成されている。図１１Ｂ及び図１１Ｃに示す例では、複数のガス噴出孔１８の全部が、ガス流通孔３２と重ならない位置に形成されている。図１１Ｂ及び図１１Ｃに示す例では、ガス噴出孔１８の数が１２個であり、ガス流通孔３２の数が１２個であって、ガス噴出孔１８もガス流通孔３２もそれぞれが同じ角度を隔てて環状に配列している。そして、ガス噴出孔１８とガス流通孔３２とが、上方から見て異なる位相で配列するように、所定のオフセット角をなして形成されている。図１１Ｂ及び図１１Ｃの例では、ガス噴出孔１８もガス流通孔３２もそれぞれ３０度間隔で配列し、互いに１５度のオフセット角をなすように形成されている。
　図１１に示す例では、複数のガス噴出孔１８の全部が、ガス流通孔３２と重ならない位置に形成されていることから、ガス流通孔３２を通過したオフガスはガス室の内部上面に衝突して拡散する。よって、オフガス供給孔３６から供給されたオフガスを、複数のガス噴出孔１８からさらに均一に噴出させることができる。
　（第９実施形態）
　第９実施形態の燃料電池システム用バーナは、第１～８実施形態の少なくともいずれか一方の燃料電池システム用バーナであって、燃焼室の下方に配設されたガス室を備え、ガス室は、燃焼室と熱交換可能に構成されている。
　かかる構成では、オフガスに由来する凝縮水が燃焼室に到達しにくくなり、火炎の安定性が向上する。
　より具体的に説明すれば以下の通りである。燃料電池システムでは、燃料処理器（図示せず）で炭化水素原料が改質反応により水素、二酸化炭素、水蒸気等に変換される。この水蒸気は燃料電池システム内に設けられる熱交換器（図示せず）やドレンタンク（図示せず）によって除去されてもよい。しかしながら、コストダウン等のためにそれらの水蒸気除去手段の能力がそれほど高くない場合、あるいはかかる水蒸気除去手段を全く設置しない場合等には、露点の高いガスがバーナに供給されうる。凝縮水がガスとともに燃焼室に侵入すると、高温部で凝縮水が蒸発し体積が急激に膨張し、火炎が吹き飛ばされると共に、火炎が水蒸気により冷却され、燃焼安定性が低下する。
　本実施形態の構成によれば、凝縮水を含んだオフガスは、まず、ガス室に流入する。ガス室は、燃焼室と熱交換することで加熱されて高温になっており、ガス室に到達した段階で蒸発しやすい。よって、燃焼室に凝縮水が到達しにくくなる。
　さらに、ガス室の内部で水蒸気はガス中に均一に拡散しやすくなる。よって、ガス噴出孔から燃焼室に供給されるガスの組成は水平方向に均一化されやすく、燃焼状態の安定性が向上する。凝縮水が燃焼室に到達しにくくなるので、燃焼室では火炎が急激に冷却されにくくなり、火炎の安定性が向上する。
　図１２Ａは、第９実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す断面図である。図１２Ｂは、図１２ＡのXIIB-XIIB線断面図である。図１２Ｃは、図１２ＡのXIIC-XIIC線断面図である。なお、図１２Ａは、図１２Ｂ及び図１２ＣのXIIA-XIIA線断面図となっている。
　本実施形態の燃料電池システム用バーナ１８０は、ガス室が燃焼室と熱交換可能に構成されている他は、第１～８実施形態にかかる燃料電池システム用バーナ１００～１７０の少なくともいずれか一方と同様の構成とすることができる。図１２に示す例では、燃料電池システム用バーナ１８０は、ガス室３０の構成が変更されている他は、第８実施形態の燃料電池システム用バーナ１７０と同様に構成されている。よって、図１２と図１１とで共通する構成要素については、同一の符号及び名称を付して、詳細な説明を省略する。
　本実施形態では、ガス室３０が、燃焼室１０と熱交換可能に構成されている。図１２Ａに示す例では、燃焼室１０を構成する炎孔板の底部隔壁とガス室３０の燃焼室側の隔壁とを一体化することで、ガス室３０が、燃焼室１０と熱交換可能に構成されている。別の言い方をすれば、燃焼室１０とガス室３０とが壁一枚で隔てられていることにより、ガス室３０が、燃焼室１０と熱交換可能に構成されている。
　他の構成によりガス室３０が燃焼室１０と熱交換可能に構成されてもよい。例えば、燃焼室１０の底部及びガス室３０の上部の両方が、熱伝導率が高い同一の部材に接していてもよい。
　（第１０実施形態）
　第１０実施形態の燃料電池システム用バーナは、第２～８実施形態およびこれらと第９実施形態との組合せの少なくともいずれか一方の燃料電池システム用バーナであって、外側面に形成された空気噴出孔の合計面積は、内側面に形成された空気噴出孔の合計面積よりも大きい。
　かかる構成では、火炎が外側面に設けられた空気噴出孔から噴出する空気により押し付けられることにより、外火炎面は、吹飛び気味の火炎面よりも上下方向に短く、中心軸上に収束する円錐形となりやすく、燃焼安定性が向上する。
　図１３Ａは、第１０実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す平面図である。図１３Ｂは、図１３ＡのXIIIB-XIIIB線断面図である。
　本実施形態の燃料電池システム用バーナ１９０は、外側面に形成された空気噴出孔の合計面積と内側面に形成された空気噴出孔の合計面積との大小関係が特定されている他は、第２～８実施形態にかかる燃料電池システム用バーナ１１０～１７０の少なくともいずれか一方と同様の構成とすることができる。図１３に示す例では、燃料電池システム用バーナ１９０は、内側面に形成された空気噴出孔の数が変更されている他は、第２実施形態の燃料電池システム用バーナ１１０と同様に構成されている。よって、図１３と図３とで共通する構成要素については、同一の符号及び名称を付して、詳細な説明を省略する。
　本実施形態では、外側面１１に形成された空気噴出孔１４の合計面積は、内側面１３に形成された空気噴出孔１４の合計面積よりも大きい。図１３に示す例では、１個１個の空気噴出孔１４の大きさがほぼ等しい。図１３に示す例では、外側面１１に形成された空気噴出孔１４の数が、内側面１３に形成された空気噴出孔１４の数よりも多い。かかる構成により、燃焼室１０の外側面１１に設けられた空気噴出孔１４から噴出する空気の流量が、内側面１３に設けられた空気噴出孔１４から噴出する空気の流量よりも多くなる。
　外側面１１に形成された空気噴出孔１４から噴出する空気の流量が、内側面１３に設けられた空気噴出孔１４から噴出する空気の流量よりも多くなるように、外側面１１及び内側面１３に設けられた空気噴出孔１４が形成されていてもよい。
　図１４は、第１０実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの使用状態の一例を示す模式図である。図１４のうち、図１３Ｂと共通する構成要素については、同一の符号及び名称を付して詳細な説明を省略する。
　燃焼速度の遅いガスを燃焼させる場合、火炎が燃焼室後方に延伸し、吹飛び気味の火炎を形成し、燃焼安定性が低下する場合がある。図１４の例において、破線２３で示す部分が、吹飛び気味の火炎面を示す。本実施形態の構成によれば、燃焼室１０の外側面１１に設けられた空気噴出孔１４から噴出する空気の流量が、内側面１３に設けられた空気噴出孔１４から噴出する空気の流量よりも多くなる。よって、火炎は外側面１１に設けられた空気噴出孔１４から噴出する空気により押し付けられることになる。
　（第１１実施形態）
　第１１実施形態の燃料電池システム用バーナは、第１～１０実施形態の少なくともいずれか一方の燃料電池システム用バーナであって、空気噴出孔から噴出する空気の方向と、ガス噴出孔から噴出するガスの方向とが、上方から見て互いに逆向きとなるように、空気噴出孔とガス噴出孔とが形成されている。
　かかる構成では、狭い空間でもガスと空気とがより均一に混合されやすくなり、不完全燃焼が起こる可能性が低減される。
　より具体的に説明すれば以下の通りである。噴出速度の遅いガスを燃焼させる場合、燃焼室での拡散性が低下し、不完全燃焼により燃焼排ガス中に一酸化炭素が発生する場合がある。本実施形態の構成では、空気噴出孔から噴出する空気の方向と、ガス噴出孔から噴出するガスの方向とが、上方から見て互いに逆向きとなるため、狭い空間でもガスと空気とがより均一に混合されやすくなり、不完全燃焼が起こる可能性が低減される。
　図１５Ａは、第１１実施形態にかかる燃料電池システム用バーナの概略構成の一例を示す平面図である。図１５Ｂは、図１５ＡのXVB-XVB線断面図である。
　本実施形態の燃料電池システム用バーナ２００は、空気噴出孔から噴出する空気の方向と、ガス噴出孔から噴出するガスの方向とが特定されている他は、第１～１０実施形態にかかる燃料電池システム用バーナ１００～１９０の少なくともいずれか一方と同様の構成とすることができる。図１５に示す例では、燃料電池システム用バーナ２００は、空気噴出孔から噴出する空気の方向と、ガス噴出孔から噴出するガスの方向とが変更されている他は、第２実施形態の燃料電池システム用バーナ１１０と同様に構成されている。よって、図１５と図３とで共通する構成要素については、同一の符号及び名称を付して、詳細な説明を省略する。
　本実施形態では、空気噴出孔１４から噴出する空気の方向と、ガス噴出孔１８から噴出するガスの方向とが、上方から見て互いに逆向きとなるように、空気噴出孔とガス噴出孔とが形成されている。図１５Ａに示す例では、上方から見て、空気噴出孔１４から噴出する空気の方向は、中心軸を基準として時計回りの方向であり、ガス噴出孔１８から噴出するガスの方向は、中心軸を基準として反時計回りの方向である。
　図１６Ａは、第１１実施形態にかかる燃料電池システム用バーナにおける空気噴出孔の概略構成の一例を示す斜視図である。図１６Ｂは、図１６Ａにおいて空気噴出孔を矢印XVIBの方向から見た図である。図１６Ｃは、図１６Ａにおいて空気噴出孔を矢印XVICの方向から見た図である。図１６Ｄは、図１６Ａにおいて空気噴出孔を矢印XVIDの方向から見た図である。
　図１６に例示するように、例えば、プレス加工等により、上流側に面する開口部１５と、燃焼室に面する開口部１７とが形成されるように、空気噴出孔１４を形成することができる。かかる構成によれば、図１６Ｃに示すように、噴出する空気は、炎孔板面に対して傾斜面をなすように形成された空気噴出孔１４に衝突して曲げられ、燃焼室１０に向かって斜め方向に噴出する。上流側に面する開口部１５と、燃焼室に面する開口部１７とを、どの向きに形成するかにより、空気の噴出方向を適宜に設定できる。
　ガス噴出孔１８についても、空気噴出孔と同様に、例えば、図１６のような形状とすることで、オフガスの噴出方向を適宜に設定できる。
　上方から見て、空気噴出孔１４から噴出する空気の方向は、中心軸を基準として反時計回りの方向であり、ガス噴出孔１８から噴出するガスの方向は、中心軸を基準として時計回りの方向であってもよい。
　ガス噴出孔１８は、空気噴出方向と逆向きの旋回が与えられていてもよい。
　互いに隣りあう直近の空気噴出孔１４とガス噴出孔１８とにおいて、空気噴出孔１４から噴出する空気の流速ベクトルと、ガス噴出孔１８から噴出するガスの流速ベクトルとがなす角が９０度より大きく１８０度以下であってもよい。かかる２つの流速ベクトルがなす角が１４５度以上１８０度以下であってもよい。
　（第１２実施形態）
　第１２実施形態の燃料電池システムは、燃料電池と、第１～１１実施形態のいずれかの燃料電池システム用バーナとを備える。
　かかる構成では、従来よりも耐久性が向上する。第２～１１実施形態のいずれかの燃料電池システム用バーナを備える場合には、それぞれの実施形態に対応した効果が得られる。
　なお、燃料電池（図示せず）は、例えば、水素生成装置より供給された水素含有ガスを用いて発電する。燃料電池システム用バーナは、例えば、該水素生成装置において改質器を加熱するバーナとして用いられてもよい。あるいは例えば、燃料電池のオフガスを用いて他の部位を加熱するバーナとして用いられてもよい。燃料電池としては、いずれの種類であっても良く、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、及び燐酸形燃料電池等が例示される。なお、燃料電池が、固体酸化物形燃料電池の場合は、水素生成装置と燃料電池とが１つの容器内に内蔵されるよう構成される。
　上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
　本発明の一態様は、従来よりも耐久性が向上された本発明の燃料電池システム用バーナ及びこれを備えた燃料電池システムとして有用である。
　１０　燃焼室
　１１　外側面
　１２　側面
　１３　内側面
　１４　空気噴出孔
　１５　上流側に面する開口部
　１６　底部
　１７　燃焼室に面する開口部
　１８　ガス噴出孔
　２０　火炎面
　２２　外火炎面
　２４　内火炎面
　２６　電極
　２８　電極
　３０　ガス室
　３２　ガス流通孔
　３４　邪魔板
　３６　オフガス供給孔
１００　燃料電池システム用バーナ
１１０　燃料電池システム用バーナ
１２０　燃料電池システム用バーナ
１３０　燃料電池システム用バーナ
１４０　燃料電池システム用バーナ
１５０　燃料電池システム用バーナ
１６０　燃料電池システム用バーナ
１７０　燃料電池システム用バーナ
１８０　燃料電池システム用バーナ
１９０　燃料電池システム用バーナ
２００　燃料電池システム用バーナ

Claims (14)

  1. 　火炎の形成される燃焼室を備え、
    　前記火炎の基部から先端に向かう方向を上方とするとき、
    　前記燃焼室の側面に前記燃焼室へと燃焼用の空気を噴出する空気噴出孔が形成され、
    　前記燃焼室の底部に前記燃焼室へと燃料電池から排出されるオフガスを噴出するガス噴出孔が形成され、
    　前記ガス噴出孔及び前記ガス噴出孔の形成された底部が、最下方にある前記空気噴出孔よりもさらに下方に形成されている、燃料電池システム用バーナ。
  2. 　前記側面は、上方から見て環状をなす外側面と、上方から見て前記外側面の内側において環状をなす内側面とを備え、
    　上方から見て、前記底部が前記外側面と前記内側面との間に環状をなすように形成され、
    　上方から見て、前記空気噴出孔が前記外側面及び前記内側面のそれぞれに形成されている、
    　請求項１記載の燃料電池システム用バーナ。
  3. 　上方から見て、前記内側面に周囲を囲まれた中央部に、点火電極及び火炎検知電極の少なくともいずれか一方を備える、請求項２記載の燃料電池システム用バーナ。
  4. 　前記電極が底部に向かって屈曲するように伸びる、請求項３に記載の燃料電池システム用バーナ。
  5. 　前記燃焼室の下方に配設されて複数の前記ガス噴出孔に連通する環状のガス室を備え、
    　前記ガス室の一部に、前記ガス室へとオフガスを供給するオフガス供給孔が形成され、
    　前記ガス室内に、前記ガス室内のガスの流れを阻害する阻害部を備える、請求項２－４のいずれかに記載の燃料電池システム用バーナ。
  6. 　前記阻害部は、複数のガス流通孔が形成された環状の邪魔板である、請求項５に記載の燃料電池システム用バーナ。
  7. 　前記ガス室の側面は下方に向かうにしたがって広くなるテーパ形状をなす、請求項５に記載の燃料電池システム用バーナ。
  8. 　前記ガス流通孔の数は、前記ガス噴出孔の数よりも少ない、請求項５－７のいずれかに記載の燃料電池システム用バーナ。
  9. 　上方から見て、複数の前記ガス噴出孔のうちの少なくとも一部は、前記ガス流通孔と重ならない位置に形成されている、請求項５－８のいずれかに記載の燃料電池システム用バーナ。
  10. 　前記燃焼室の下方に配設されたガス室を備え、前記ガス室は、前記燃焼室と熱交換可能に構成されている、請求項２－９のいずれかに記載の燃料電池システム用バーナ。
  11. 　前記燃焼室の下方に配設されたガス室を備え、前記ガス室は、前記燃焼室と熱交換可能に構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム用バーナ。
  12. 　前記外側面に形成された前記空気噴出孔の合計面積は、前記内側面に形成された前記空気噴出孔の合計面積よりも多い、請求項２－１０のいずれかに記載の燃料電池システム用バーナ。
  13. 　前記空気噴出孔から噴出する空気の方向と、前記ガス噴出孔から噴出するガスの方向とが、上方から見て互いに逆向きとなるように、前記空気噴出孔と前記ガス噴出孔とが形成されている、請求項１－１２のいずれかに記載の燃料電池システム用バーナ。
  14. 　燃料電池と、請求項１－１３のいずれかに記載の燃料電池システム用バーナとを備える燃料電池システム。
PCT/JP2013/001878 2012-04-26 2013-03-19 燃料電池システム用バーナ及びこれを備えた燃料電池システム WO2013161179A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012100834 2012-04-26
JP2012-100834 2012-04-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013161179A1 true WO2013161179A1 (ja) 2013-10-31

Family

ID=49482536

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2013/001878 WO2013161179A1 (ja) 2012-04-26 2013-03-19 燃料電池システム用バーナ及びこれを備えた燃料電池システム

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2013161179A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3392944A1 (en) 2017-04-18 2018-10-24 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Fuel cell system
JP2018169080A (ja) * 2017-03-29 2018-11-01 東京瓦斯株式会社 燃焼システム、及び燃焼装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5033840U (ja) * 1973-07-20 1975-04-11
JPS58194326U (ja) * 1982-06-18 1983-12-24 ヤマハ株式会社 ガスバ−ナ
JPS59163726U (ja) * 1983-04-20 1984-11-02 ダイキン工業株式会社 ガスバ−ナ
JPS60154726U (ja) * 1984-03-23 1985-10-15 大阪瓦斯株式会社 ガスバーナ装置
JP2004144412A (ja) * 2002-10-25 2004-05-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃焼装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5033840U (ja) * 1973-07-20 1975-04-11
JPS58194326U (ja) * 1982-06-18 1983-12-24 ヤマハ株式会社 ガスバ−ナ
JPS59163726U (ja) * 1983-04-20 1984-11-02 ダイキン工業株式会社 ガスバ−ナ
JPS60154726U (ja) * 1984-03-23 1985-10-15 大阪瓦斯株式会社 ガスバーナ装置
JP2004144412A (ja) * 2002-10-25 2004-05-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃焼装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018169080A (ja) * 2017-03-29 2018-11-01 東京瓦斯株式会社 燃焼システム、及び燃焼装置
EP3392944A1 (en) 2017-04-18 2018-10-24 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Fuel cell system
JP2018181840A (ja) * 2017-04-18 2018-11-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 燃料電池システム
US11050067B2 (en) 2017-04-18 2021-06-29 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Fuel cell system
JP6998548B2 (ja) 2017-04-18 2022-01-18 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 燃料電池システム

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10122027B2 (en) High-temperature operating fuel-cell module
US10305132B2 (en) High-temperature fuel cell system
US9738519B2 (en) Fuel reformer and fuel cell
US11050067B2 (en) Fuel cell system
EP3246977B1 (en) High-temperature fuel cell system
WO2013161179A1 (ja) 燃料電池システム用バーナ及びこれを備えた燃料電池システム
JP6309743B2 (ja) 燃料改質装置及び燃料電池システム
JP2018071854A (ja) 温水装置
JP6331973B2 (ja) 燃料電池装置
JP5810006B2 (ja) 燃料電池用燃料処理システム及び燃焼装置
US10790522B2 (en) Fuel cell module
JP7186146B2 (ja) 燃料電池モジュール
US20210043950A1 (en) Fuel cell module
JP6450202B2 (ja) 燃料電池モジュール
JP7299802B2 (ja) 燃焼器、及び、燃料電池モジュール
JP6628084B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池装置
JP6262403B2 (ja) 燃料電池システム
WO2019013269A1 (ja) 反応ガス導入部材、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
JP2019164895A (ja) 燃料電池用装置
JP2011149630A (ja) 燃料改質用バーナ
JP5446471B2 (ja) 燃料電池システムの改質装置
JP2022149029A (ja) 燃焼装置及び燃料電池システム
JP2022149030A (ja) 燃焼装置及び燃料電池システム
JP2017162564A (ja) 燃焼装置
JP2019164894A (ja) 燃料電池用装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13781324

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13781324

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP