(57)【要約】【課題】直接火炎型の燃料電池セル３０を採用した燃焼装置１００において、燃料電池セル３０の電気化学反応の阻害要因を排除して発電効率の低下や破損を抑制する。【解決手段】燃料Ｆを燃料過濃状態で燃焼させる燃焼器１と、燃焼器１から排出された燃焼ガスＣＧ１が通流するガス通路４と、燃焼器１に供給される前の空気Ａが通流するカソード極通路５と、燃料電池セル３０と、を備え、燃料電池セル３０が、内周面をアノード極３３とし外周面をカソード極３１とする筒状のセル筒部３として形成され、セル筒部３が、内側に燃焼ガス通路４を形成する状態で燃焼器１の先端側に連接配置され、セル筒部３を外囲するバーナ筒部６を備えて、セル筒部３とバーナ筒部６との間に、カソード極通路５が形成され、燃焼ガス通路４を通過した後の燃焼排ガスＥＧとの熱交換により、カソード極通路５に流入する前の空気を加熱する空気予熱手段８ｃを備える。【選択図】図１
2014086180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃料過濃状態で一次燃焼させる一次燃焼器と、
前記一次燃焼器から排出された一次燃焼ガスが通流する一次燃焼ガス通路と、
前記一次燃焼器に供給される前の空気が通流するカソード極通路と、
アノード極が前記一次燃焼ガス通路に面すると共に、カソード極が前記カソード極通路に面する状態で配置された燃料電池セルと、を備え、
前記燃料電池セルが、内周面を前記アノード極とし外周面を前記カソード極とする筒状のセル筒部として形成され、
前記セル筒部が、内側に前記一次燃焼ガス通路を形成する状態で前記一次燃焼器の先端側に連接配置され、
前記セル筒部を外囲するバーナ筒部を備えて、前記セル筒部と前記バーナ筒部との間に、前記カソード極通路が形成されている燃焼装置であって、
前記一次燃焼ガス通路を通過した後の燃焼排ガスとの熱交換により、前記カソード極通路に流入する前の空気を加熱する空気予熱手段を備えた燃焼装置。
【請求項２】
前記バーナ筒部を外囲する排ガス筒部と、当該排ガス筒部を外囲する空気筒部と、を備え、
前記バーナ筒部と前記排ガス筒部との間に、前記一次燃焼ガス通路を通過した後の燃焼排ガスが通流する排ガス通路が形成され、
前記排ガス筒部と前記空気筒部との間に、前記カソード極通路に流入する前の空気が通流する空気通路が形成され、
前記排ガス筒部の前記空気通路に面する部分が、前記排ガス通路を通流する燃焼排ガスと前記空気通路を通流する空気との熱交換可能に構成されて、前記空気予熱手段として機能する請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記バーナ筒部及び前記排ガス筒部が先端側に延出形成され、
前記バーナ筒部の先端部との間で折返し口を形成する状態で、前記排ガス筒部の先端部を閉塞する先端蓋部を備えた請求項２に記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記一次燃焼器が、
前記セル筒部の基端側に連接配置され、内側に一次燃焼室を形成する円筒状の一次燃焼筒部と、前記一次燃焼室に燃料と空気とを当該一次燃焼室の軸心周りの旋回流が発生するように供給する一次燃焼供給機構部とを有して、前記一次燃焼室において管状火炎を形成する管状火炎バーナとして構成されている請求項１〜３の何れか１項に記載の燃焼装置。
【請求項５】
前記一次燃焼供給機構部が、
前記一次燃焼筒部の周方向に分散配置され、外側に供給された空気を内側に流入させる複数の一次空気供給口を備えると共に、
前記一次燃焼筒部に同心状で外囲される燃料供給筒部の周方向に分散配置され、内側に供給された燃料を外側に流出させる複数の燃料供給口を備えて構成され、
前記一次空気供給口及び前記燃料供給口が、前記一次燃焼室の軸方向に長尺なスリット状に形成され、前記旋回流に沿った方向に穿設されている請求項４に記載の燃焼装置。
【請求項６】
前記一次燃焼ガスに空気を供給して二次燃焼させる二次燃焼器を備え、
前記二次燃焼器が、
前記セル筒部の先端側に連接配置され、内側に二次燃焼室を形成する筒状の二次燃焼筒部を備えると共に、
前記二次燃焼筒部の周方向に分散配置され、外側に供給された空気を内側に流入させる複数の二次空気供給口を備えて構成されている請求項１〜５の何れか１項に記載の燃焼装置。
【請求項７】
前記燃料電池セルの発電電力を、内蔵した空気ファンを含む電気機器の作動電力として供給する請求項１〜６の何れか１項に記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を燃料過濃状態で一次燃焼させる一次燃焼器と、
前記一次燃焼器から排出された一次燃焼ガスが通流する一次燃焼ガス通路と、
前記一次燃焼器に供給される前の空気が通流するカソード極通路と、
アノード極が前記一次燃焼ガス通路に面すると共に、カソード極が前記カソード極通路に面する状態で配置された燃料電池セルと、を備え、
前記燃料電池セルが、内周面を前記アノード極とし外周面を前記カソード極とする筒状のセル筒部として形成され、
前記セル筒部が、内側に前記一次燃焼ガス通路を形成する状態で前記一次燃焼器の先端側に連接配置され、
前記セル筒部を外囲するバーナ筒部を備えて、前記セル筒部と前記バーナ筒部との間に、前記カソード極通路が形成されている燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物からなる電解質層を挟んでアノード極とカソード極とを配置した固体酸化物形燃料電池セルとして、燃料を理論空燃比よりも燃料過濃状態で燃焼させることで発生する燃焼ガスをアノード極に直接接触させて発電を行う直接火炎型の燃料電池セルが知られている（例えば特許文献１を参照）。
かかる直接火炎型の燃料電池セルでは、燃料が燃料過濃状態で燃焼することで、炭化水素、一酸化炭素、水素などの還元成分を含む燃焼ガスが発生し、その還元成分を含む燃焼ガスがアノード極に直接接触する。すると、燃料電池セルの加熱が促進されると共に、アノード極側の還元成分とカソード極側の空気（本願において「空気」とは広義の酸素含有ガスを含む。）とが電解質を介して電気化学的に反応して、発電が行われることになる。
【０００３】
特許文献１（特に図２、３）に記載の直接火炎型の燃料電池セルを採用した燃焼装置は、当該燃料電池セルを、内周面をアノード極とし外周面をカソード極とする円筒状のセル筒部として形成している。そして、燃料を燃料過濃状態で一次燃焼させる一次燃焼器から排出された一次燃焼ガスを、セル筒部の内側に形成される一次燃焼ガス通路に通流させると共に、一次燃焼器に供給される前の空気を、セル筒部の外側に形成されるカソード極通路に通流させることで、セル筒部として形成された燃料電池セルにおいて発電を行わせるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７９２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の直接火炎型の燃料電池セルを採用した燃焼装置では、カソード極が配置されたカソード極通路には、比較的低温の外気が直接供給されるので、燃料電池セルが所定の温度まで昇温されず、発電効率が低下する場合があった。
更に、アノード極において局所的に低温となって反応が停止してしまうと、その部分における還元成分の濃度が極端に高くなってしまい、例えばそれにより煤が発生してアノード極に付着すれば、燃料電池セルの破損が懸念される。
【０００６】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、直接火炎型の燃料電池セルを採用した燃焼装置において、燃料電池セルの電気化学反応の阻害要因を排除して発電効率の低下や破損を抑制することができる技術を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するための本発明に係る燃焼装置は、
燃料を燃料過濃状態で一次燃焼させる一次燃焼器と、
前記一次燃焼器から排出された一次燃焼ガスが通流する一次燃焼ガス通路と、
前記一次燃焼器に供給される前の空気が通流するカソード極通路と、
アノード極が前記一次燃焼ガス通路に面すると共に、カソード極が前記カソード極通路に面する状態で配置された燃料電池セルと、を備え、
前記燃料電池セルが、内周面を前記アノード極とし外周面を前記カソード極とする筒状のセル筒部として形成され、
前記セル筒部が、内側に前記一次燃焼ガス通路を形成する状態で前記一次燃焼器の先端側に連接配置され、
前記セル筒部を外囲するバーナ筒部を備えて、前記セル筒部と前記バーナ筒部との間に、前記カソード極通路が形成されている燃焼装置であって、
その第１特徴構成は、
前記一次燃焼ガス通路を通過した後の燃焼排ガスとの熱交換により、前記カソード極通路に流入する前の空気を加熱する空気予熱手段を備えた点にある。
【０００８】
上記第１特徴構成によれば、所謂直接火炎型の燃料電池セルが、内周面をアノード極とし外周面をカソード極とする筒状のセル筒部として形成されており、一次燃焼器から排出された一次燃焼ガスを、セル筒部の内側に形成される一次燃焼ガス通路に通流させると共に、一次燃焼器に供給される前の空気を、セル筒部の外側に形成されるカソード極通路に通流させることで、セル筒部として形成された燃料電池セルにおいて発電が行われる。
更に、上記空気予熱手段を備えることにより、一次燃焼ガス通路を通過した後の高温の燃焼排ガスとの熱交換により加熱された空気がカソード極通路に流入することになるために、燃料電池セルを所定の温度まで適切に昇温させることができる。また、カソード極に局所的に低温となる部位が生じてしまうことが回避され、当該カソード極全体を比較的高温に維持して、アノード極における局所的な反応停止を抑制し、燃料電池セルの破損を防止することができる。
従って、本発明により、燃料電池セルの電気化学反応の阻害要因を排除して発電効率の低下や破損を抑制することができる直接火炎型の燃料電池セルを採用した燃焼装置を実現することができる。
【０００９】
本発明に係る燃焼装置の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記バーナ筒部を外囲する排ガス筒部と、当該排ガス筒部を外囲する空気筒部と、を備え、
前記バーナ筒部と前記排ガス筒部との間に、前記一次燃焼ガス通路を通過した後の燃焼排ガスが通流する排ガス通路が形成され、
前記排ガス筒部と前記空気筒部との間に、前記カソード極通路に流入する前の空気が通流する空気通路が形成され、
前記排ガス筒部の前記空気通路に面する部分が、前記排ガス通路を通流する燃焼排ガスと前記空気通路を通流する空気との熱交換可能に構成されて、前記空気予熱手段として機能する点にある。
【００１０】
上記第２特徴構成によれば、上記排ガス筒部と上記空気筒部とを備えることで、当該排ガス筒部の内側に形成された排ガス通路に、一次燃焼ガス通路を通過した後の高温の燃焼排ガスを通流させながら、当該排ガス筒部の外側に形成された空気通路に、カソード極通路に流入する前の空気を通流させることができる。
即ち、排ガス筒部の空気通路に面する部分を挟んで両側の夫々に高温の燃焼排ガスと低温の空気とが通流することになるので、当該部分を上記空気予熱手段として機能させて、低温の空気を高温の燃焼排ガスとの熱交換により加熱し、加熱後の空気をカソード極通路に流入させることができる。
【００１１】
本発明に係る燃焼装置の第３特徴構成は、上記第２特徴構成に加えて、
前記バーナ筒部及び前記排ガス筒部が先端側に延出形成され、
前記バーナ筒部の先端部との間で折返し口を形成する状態で、前記排ガス筒部の先端部を閉塞する先端蓋部を備えた点にある。
【００１２】
上記第３特徴構成によれば、一次燃焼ガス通路を通流した後の高温の燃焼排ガスは、先ず、先端側に延出形成されたバーナ筒部の内側を通流して上記先端蓋部に到達し、その後、その外周部に形成される折返し口を介して、バーナ筒部の外側であり排ガス筒部の内側に形成される排ガス通路に流入することになる。
そして、このような構成を採用した燃焼装置は、排ガス筒部自身がその内側に通流する燃焼排ガスにより加熱されて高温となるので、その輻射熱を利用して排ガス筒部の外側に配置された加熱対象物を加熱するラジアントチューブバーナ等の間接加熱式燃焼装置として利用することができる。
【００１３】
本発明に係る燃焼装置の第４特徴構成は、上記第１乃至第３特徴構成の何れかに加えて、
前記一次燃焼器が、
前記セル筒部の基端側に連接配置され、内側に一次燃焼室を形成する円筒状の一次燃焼筒部と、前記一次燃焼室に燃料と空気とを当該一次燃焼室の軸心周りの旋回流が発生するように供給する一次燃焼供給機構部とを有して、前記一次燃焼室において管状火炎を形成する管状火炎バーナとして構成されている点にある。
【００１４】
上記第４特徴構成によれば、一次燃焼器が所謂管状火炎バーナとして構成されているので、管状火炎を形成して発生する一次燃焼ガスは、旋回しながら一次燃焼ガス通路を通流することになるので、その一次燃焼ガス通路の外周面に配置されたアノード極付近では、一次燃焼ガスに含まれる還元成分の濃淡分布が小さくなる。よって、一次燃焼ガスにおける還元成分の局所的な高濃度化による煤の発生が抑制されるので、当該煤のアノード極への付着による発電効率の低下を抑制することができる。
尚、管状火炎バーナとして構成された一次燃焼器では、円筒状の一次燃焼筒部の内側に形成された一次燃焼室に対して、上記一次燃焼供給機構部により、燃料と空気とが、一次燃焼室の外周壁の接線方向に沿って噴出される形態で、一次燃焼室にて軸心周りの旋回流が発生する状態で供給される。すると、一次燃焼室において燃料が旋回燃焼して外周壁から僅かに離間した管状火炎が形成され、その管状火炎により生成される一次燃焼ガスが、一次燃焼室の先端部に連接された一次燃焼ガス通路に旋回しながら噴出されることになる。また、このような管状火炎バーナは、燃料や空気の供給量を比較的大幅に変化させても安定した燃焼状態を維持できるので、本願発明における一次燃焼器のように燃料過濃状態で燃料を燃焼させる場合に、好適に採用することができる。
【００１５】
本発明に係る燃焼装置の第５特徴構成は、上記第４特徴構成に加えて、
前記一次燃焼供給機構部が、
前記一次燃焼筒部の周方向に分散配置され、外側に供給された空気を内側に流入させる複数の一次空気供給口を備えると共に、
前記一次燃焼筒部に同心状で外囲される燃料供給筒部の周方向に分散配置され、内側に供給された燃料を外側に流出させる複数の燃料供給口を備えて構成され、
前記一次空気供給口及び前記燃料供給口が、前記一次燃焼室の軸方向に長尺なスリット状に形成され、前記旋回流に沿った方向に穿設されている点にある。
【００１６】
上記第５特徴構成によれば、管状火炎バーナとして構成された一次燃焼器において、上記のように一次燃焼供給機構部を構成して、燃料と空気とを各別に一次燃焼室に供給することで、一次燃焼室の火炎が上流側に伝播する所謂逆火を防止することができる。
このように燃料と空気とを各別に一次燃焼室に供給する場合には、セル筒部の外側に形成されたカソード極通路を介して一次燃焼筒部の外側に空気が供給されるため、その空気を、一次燃焼筒部に形成した複数の一次空気供給口を介して、一次燃焼筒部の内側に向けて内向きに供給するというように、合理的な構成を採用することができる。
また、空気を一次燃焼筒部に形成された一次空気供給口から内側に供給するように構成する場合には、その一次燃焼筒部に同心状で外囲される燃料供給筒部を配置し、その燃料供給筒部の内側に供給された燃料を、その燃料供給筒部に形成した複数の燃料供給口を介して、燃料供給筒部の外側に向けて外向きに供給することができる。
更には、これら一次空気供給口及び燃料供給口は、一次燃焼室の軸方向に長尺なスリット状に形成され、一次燃焼室に発生させる旋回流に沿った方向に穿設されているため、一次燃焼筒部の内側で且つ燃料供給筒部の外側に形成された円筒状の空間では、外向きに供給された燃料と内向きに供給された空気とが互いに衝突することで混合が促進され、それにより形成される混合気が軸心周りに良好に旋回するものとなる。そして、この円筒状の空間で旋回する混合気が、その旋回流を維持したまま、燃料供給筒部の先端よりも先端側に形成される一次燃焼室に噴出されて燃焼することになるので、当該一次燃焼室において安定した管状火炎を形成することできる。
【００１７】
本発明に係る燃焼装置の第６特徴構成は、上記第１乃至第５特徴構成の何れかに加えて、
前記一次燃焼ガスに空気を供給して二次燃焼させる二次燃焼器を備え、
前記二次燃焼器が、
前記セル筒部の先端側に連接配置され、内側に二次燃焼室を形成する筒状の二次燃焼筒部を備えると共に、
前記二次燃焼筒部の周方向に分散配置され、外側に供給された空気を内側に流入させる複数の二次空気供給口を備えて構成されている点にある。
【００１８】
上記第６特徴構成によれば、セル筒部の先端側に、一次燃焼ガス通路から排出される一次燃焼ガスに空気を供給して二次燃焼させる二次燃焼器が連接配置されているので、一次燃焼ガス通路においてアノード極で消費されずに残存する還元成分を二次燃焼器で略完全燃焼させることができる。よって、その下流側にある排ガス通路に対して、未燃焼の還元成分が極めて少なく且つ高温の排ガスを供給することができ、また、空気予熱手段においてこの高温の排ガスを利用して、カソード極通路に流入する前の空気の加熱を良好に行うことができる。
このように空気を二次燃焼室に供給する場合には、セル筒部の外側に形成されたカソード極通路を介してセル筒部の先端側に連接配置された二次燃焼筒部の外側に空気が供給されるため、その空気を、二次燃焼筒部に形成した複数の一次空気供給口を介して、二次燃焼筒部の内側に向けて内向きに供給するというように、合理的な構成を採用することができる。
更には、上述した第５特徴構成の二次空気供給口と同様に、これら二次空気供給口を、二次燃焼室の軸方向に長尺なスリット状に形成し、二次燃焼室に発生させる旋回流に沿った方向に穿設することもできる。この構成によれば、二次燃焼筒部の内側に形成された二次燃焼室では、一次燃焼ガス通路から旋回しながら排出された一次燃焼ガスに対して、その旋回流を維持しながら空気が供給されることになるので、当該一次燃焼ガスに含まれる還元成分を安定且つ良好に燃焼させながら、その燃焼により形成される二次燃焼ガスについても軸心周りに良好に旋回させることができる。
【００１９】
本発明に係る燃焼装置の第７特徴構成は、上記第１乃至第６特徴構成の何れかに加えて、
前記燃料電池セルの発電電力を、内蔵した空気ファンを含む電気機器の作動電力として供給する点にある。
【００２０】
上記第６特徴構成によれば、燃料電池セルの発電電力を、空気を取り込むための空気ファンを含む内蔵した電気機器の作動電力として供給すれば、外部からの電力供給を省略又は簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係る燃焼装置の概略構成を示す側断面図
【図２】図１に示す燃焼装置のセル筒部の配置位置における立断面図
【図３】図１に示す燃焼装置が備える一次燃焼器の概略構成を示す側断面図
【図４】図３に示す一次燃焼器の一次空気供給口及び燃料供給口の配置位置における立断面図
【図５】図１に示す燃焼装置が備える二次燃焼器の概略構成を示す側断面図
【図６】図５に示す二次燃焼器の二次空気供給口の配置位置における立断面図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
本実施形態に係る燃焼装置１００は、図１に示すように、詳細構成については後述するが、排ガス筒部８の先端側部８ａを炉内７０に露出させる状態で炉壁６０に設置され、排ガス筒部８をその内側を通流する燃焼排ガスＥＧにより加熱し、その輻射熱で炉内７０ある加熱対象物（図示省略）を加熱するラジアントチューブバーナ等の間接加熱式燃焼装置として構成されている。更に、この燃焼装置１００には、直接火炎型の燃料電池セル３０が設けられており、その燃料電池セル３０の電気化学反応の阻害要因を排除して発電効率の低下や破損を抑制する構成が採用されている。
尚、図１、図３、及び図５では、図面上の右側を先端側と呼び、図面上の左側を基端側と呼ぶ。
【００２３】
具体的に、かかる燃焼装置１００には、天然ガス系都市ガスなどの燃料Ｆを燃料過濃状態で一次燃焼させる一次燃焼器１が設けられており、更に、一次燃焼器１から排出された一次燃焼ガスＣＧ１が通流する一次燃焼ガス通路４と、一次燃焼器１に供給される前の空気Ａが通流するカソード極通路５とが設けられている。
そして、燃料電池セル３０は、アノード極３３が上記一次燃焼ガス通路４に面すると共に、カソード極３１が上記カソード極通路５に面する状態で配置されている。
【００２４】
更に、燃料電池セル３０は、円筒状のセル筒部３として形成されており、このセル筒部３は、その内周面をアノード極３３とし、その外周面をカソード極３１とし、それらアノード極３３とカソード極３１との間に固体酸化物である電解質層３２とする形態で、３重構造の円筒状に形成されている。
この円筒状のセル筒部３は、一次燃焼器の先端側に連接配置されており、その内側には、一次燃焼器１から排出された一次燃焼ガスＣＧ１が通流する一次燃焼ガス通路４が形成されている。
円筒状のバーナ筒部６が、このセル筒部３の外囲する状態で配置されており、セル筒部３とバーナ筒部６との間には、カソード極３１が面するカソード極通路５が形成されている。尚、このカソード極通路５は、一次燃焼器１の基端側から後述する二次燃焼器２の先端側に渡って設けけられており、その基端部及び先端部は閉塞されている。
【００２５】
以上のような構成により、燃料電池セル３０では、燃料Ｆを理論空燃比よりも燃料過濃状態で燃焼させることで発生する一次燃焼ガスＣＧ１がアノード極３３に直接接触され、一方、外気より取り込んだ空気Ａがカソード極３１に接触される。よって、アノード極３３側の一次燃焼ガスＣＧ１に含まれる炭化水素、一酸化炭素、水素などの還元成分と、カソード極３１側の空気Ａに含まれる酸素とが、電解質層３２を介して電気化学的に反応して発電が行われることになる。
燃料電池セル３０の発電電力は、電源回路４０を介して、大気から空気Ａを取り込むための空気ファン４５や、各種電磁弁、センサ、及び制御装置などのように、燃焼装置１００に内蔵される電気機器の作動電力として供給され、よって、この燃焼装置１００は外部からの電力供給が省略又は簡略化されている。
【００２６】
セル筒部３の先端側には、一次燃焼ガス通路４から排出された一次燃焼ガスＣＧ１に空気Ａを供給して二次燃焼させる二次燃焼器２が連接配置されている。
この二次燃焼器２では、一次燃焼ガス通路４においてアノード極３３で消費されずに残存する還元成分が新たに供給される空気Ａを利用して燃焼することになり、その燃焼後の二次燃焼ガスＣＧ２が二次燃焼器２の先端側から排出されることになり、この二次燃焼ガスＣＧ２が後述する燃焼排ガスＥＧとなる。
【００２７】
上記のように基端側から順に連接配置されている、一次燃焼器１、セル筒部３、及び二次燃焼器２の夫々は、同じ外形を有し一体型のバーナユニット５０として構成されており、更に、燃焼装置１００において、バーナ筒部６の内側には、図２に示すように、７本のバーナユニット５０が、正六角形の夫々の頂点及び中心部に夫々並設されている。
よって、バーナ筒部６の内側の空間において、これらバーナユニット５０の外側にあたる空間が、上述したカソード極通路５となる。
【００２８】
バーナ筒部６の外側には、当該バーナ筒部６を同心状で外囲する円筒状の排ガス筒部８と、当該排ガス筒部８を同心状で外囲する円筒状の空気筒部１０とが、設けられている。
そして、このバーナ筒部６と排ガス筒部８との間には、一次燃焼ガス通路４及び二次燃焼器２を通過した後の燃焼排ガスＥＧが通流する排ガス通路７が形成されている。一方、排ガス筒部８と空気筒部１０との間には、カソード極通路５に流入する前の空気Ａが通流する空気通路９が形成されている。
そして、この排ガス筒部８の空気通路９に面する部分、即ち排ガス筒部８の炉壁６０よりも基端側の部分は、排ガス通路７を通流する燃焼排ガスＥＧと空気通路９を通流する空気Ａとの熱交換が可能な熱交換部８ｃとして構成され、一次燃焼ガス通路４を通過した後の燃焼排ガスＥＧとの熱交換により、カソード極通路５に流入する前の空気Ａを加熱する空気予熱手段として機能することになる。
従って、一次燃焼ガス通路を通過した後の高温の燃焼排ガスＥＧとの熱交換により加熱された空気Ａがカソード極通路５に流入することになるために、カソード極３１に局所的に低温となる部位が生じてしまうことが回避される。よって、当該カソード極３１全体が比較的高温に維持され、アノード極３３における局所的な反応停止が抑制されている。
【００２９】
尚、バーナ筒部６及び排ガス筒部８は、炉壁６０から炉内７０に突出する状態で先端側に延出形成されており、その排ガス筒部８の炉壁６０よりも先端側にある先端側部８ａが、炉内７０に晒されることになる。
また、排ガス筒部８の先端は、先端蓋部８ｂにより閉塞されており、その先端側部８ａの内側面（図１において左側面）とバーナ筒部６の先端部６ａとの間には、バーナ筒部６の内側からバーナ筒部６の外側へ向けて燃焼排ガスＥＧが折り返す際に通過する折返し口４７が形成されている。
即ち、二次燃焼器２から排出された二次燃焼ガスＣＧ２は、先端側に延出形成されたバーナ筒部６の内側を通流して、排ガス筒部８の先端蓋部８ｂに到達し、その後、その外周部に形成される折返し口４７を通過して、バーナ筒部６の外側であり排ガス筒部８の内側に形成される排ガス通路７に、燃焼排ガスＥＧとして流入することになる。
よって、排ガス筒部８の先端側部８ａはその内側に通流する燃焼排ガスＥＧにより加熱されて高温となり、その輻射熱により炉内７０にある加熱対象物（図示省略）が加熱されることになる。
【００３０】
次に、一次燃焼器１の詳細構成について、図３及び図４に基づいて説明する。
一次燃焼器１は、内部に形成された円柱状の一次燃焼室１７において燃料Ｆが旋回燃焼して外周壁から僅かに離間した管状火炎ＰＦが形成される所謂管状火炎バーナとして構成されている。
具体的には、一次燃焼器１には、セル筒部３の基端側に連接配置され、内側に一次燃焼室１７を形成する円筒状の一次燃焼筒部１１が設けられ、更に、一次燃焼室１７に燃料Ｆと空気Ａとを当該一次燃焼室１７の軸心周りの旋回流Ｓ（図４参照）が発生するように供給する一次燃焼供給機構部Ｘが設けられている。
よって、一次燃焼筒部１１の内側に形成された一次燃焼室１７に対して、一次燃焼供給機構部Ｘにより、燃料Ｆと空気Ａとが、一次燃焼室１７の外周壁の接線方向に沿って噴出される形態で、一次燃焼室１７にて軸心周りの旋回流Ｓが発生する状態で供給されることになる。すると、一次燃焼室１７では、燃料Ｆが旋回燃焼して外周壁から僅かに離間した管状火炎ＰＦが形成され、その管状火炎ＰＦにより生成される一次燃焼ガスＣＧ１が、一次燃焼室１７の先端部に連接された一次燃焼ガス通路４に旋回しながら噴出されることになる。
よって、その一次燃焼ガス通路４の外周面に配置されたアノード極３３付近では、一次燃焼ガスＣＧ１に含まれる還元成分の濃淡分布が小さくなって、一次燃焼ガスＣＧ１における還元成分の局所的な高濃度化による煤の発生が抑制され、当該煤のアノード極３３への付着による発電効率の低下が抑制されている。
【００３１】
上記一次燃焼供給機構部Ｘは、一次燃焼室１７に空気Ａを供給する複数の一次空気供給口１２と、一次燃焼室１７に燃料Ｆを供給する複数の燃料供給口１４とを備えて構成されている。
複数の一次空気供給口１２は、一次燃焼筒部１１の周方向に分散配置され、カソード極通路５から一次燃焼筒部１１の外側に供給された空気を、一次燃焼筒部１１の内側の一次燃焼室１７に流入させる。
一方、複数の燃料供給口１４は、一次燃焼筒部１１に同心状で外囲される燃料供給筒部１３の周方向に分散配置され、燃料供給筒部１３の内側に供給された燃料を、燃料供給筒部１３の外側の一次燃焼室１７に流出させる。尚、燃料供給筒部１３の先端は蓋部により閉塞されているので、内部に供給された燃料Ｆは全て燃料供給口１４から流出することになる。
更に、これら一次空気供給口１２及び燃料供給口１４は、図５に示すように、一次燃焼室１７の軸方向（図５における左右方向）に長尺なスリット状に形成され、図６に示すように、旋回流Ｓに沿った方向に穿設されている。
よって、一次燃焼筒部１１の内側で且つ燃料供給筒部１３の外側に形成された円筒状の空間１７ａでは、外向きに供給された燃料Ｆと内向きに供給された空気Ａとが互いに衝突することで混合が促進され、更に、それにより形成される混合気が軸心周りに良好に旋回するものとなり、この円筒状の空間１７ａで旋回する混合気が、その旋回流を維持したまま、燃料供給筒部１３の先端よりも先端側に形成される一次燃焼室１７に噴出されて旋回燃焼することになるので、当該一次燃焼室１７において安定した管状火炎ＰＦが形成される。
【００３２】
次に、二次燃焼器２の詳細構成について、図５及び図６に基づいて説明する。
一次燃焼器１は、内部に形成された二次燃焼室２２において一次燃焼ガスＣＧ１に空気Ａを供給して二次燃焼させる燃焼器として構成されている。
具体的には、二次燃焼器２には、セル筒部３の先端側に連接配置され、内側に二次燃焼室２２を形成する円筒状の二次燃焼筒部２１が設けられている。
更に、この二次燃焼器２には、二次燃焼室２２に空気Ａを供給する複数の二次空気供給口２３が設けられている。
複数の二次空気供給口２３は、二次燃焼筒部２１の周方向に分散配置され、カソード極通路５から二次燃焼筒部２１の外側に供給された空気Ａを、二次燃焼筒部２１の内側の二次燃焼室２２に流入させる。
更に、この二次空気供給口２３は、図５に示すように、二次燃焼室２２の軸方向（図５における左右方向）に長尺なスリット状に形成され、図６に示すように、旋回流Ｓに沿った方向に穿設されている。
よって、二次燃焼筒部２１の内側に形成された二次燃焼室２２では、一次燃焼ガス通路４から旋回しながら排出された一次燃焼ガスＣＧ１に対して、その旋回流を維持しながら空気Ａが供給されることになるので、当該一次燃焼ガスＣＧ１に含まれる還元成分が安定且つ良好に燃焼し、その燃焼により形成される二次燃焼ガスＣＧ２についても、軸心周りに良好に旋回する状態になる。
【００３３】
〔その他の実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００３４】
（１）上記実施形態では、燃料電池セル３０の発電電力を、空気ファン４５などのような燃焼装置１００に内蔵される電気機器の作動電力として供給したが、例えば十分な発電電力を確保できる場合には、その発電電力を燃焼装置１００の外部に設置された電力負荷に供給するように構成しても構わない。
【００３５】
（２）上記実施形態では、セル筒３、それを外囲するバーナ筒部６、それを外囲する排ガス筒部８、及びそれを外囲する空気筒部１０を、断面形状が円形となる円筒状としたが、別に、夫々の筒部を、断面形状が四角形等の矩形となる角筒状や、断面形状が楕円形状となる楕円筒状などのように、他の形態の筒状としても構わない。
【００３６】
（３）上記実施形態では、二次燃焼器２を備えたが、一次燃焼ガス通路４において一次燃焼ガスＣＧ１に含まれる還元成分が燃料電池セル３０のアノード極３３で十分に消費されて燃焼排ガスに残存する還元成分が問題とならない場合や、その残存する還元成分を触媒などの他の手段で除去するように構成する場合などにおいて、その二次燃焼器２を省略することもできる。
【００３７】
（４）上記実施形態では、一次燃焼器１を所謂管状火炎バーナとして構成したが、当該一次燃焼器１を別の形態のバーナとして構成しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、燃料を燃料過濃状態で一次燃焼させる一次燃焼器と、前記一次燃焼器から排出された一次燃焼ガスが通流する一次燃焼ガス通路と、前記一次燃焼器に供給される前の空気が通流するカソード極通路と、アノード極が前記一次燃焼ガス通路に面すると共に、カソード極が前記カソード極通路に面する状態で配置された燃料電池セルと、を備え、前記燃料電池セルが、内周面を前記アノード極とし外周面を前記カソード極とする筒状のセル筒部として形成され、前記セル筒部が、内側に前記一次燃焼ガス通路を形成する状態で前記一次燃焼器の先端側に連接配置され、前記セル筒部を外囲するバーナ筒部を備えて、前記セル筒部と前記バーナ筒部との間に、前記カソード極通路が形成されている燃焼装置として好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１        ：一次燃焼器
２        ：二次燃焼器
３        ：セル筒部
４        ：一次燃焼ガス通路
５        ：カソード極通路
６        ：バーナ筒部
６ａ      ：先端部
７        ：排ガス通路
８        ：排ガス筒部
８ｂ      ：先端蓋部
８ｃ      ：熱交換部（空気予熱手段）
９        ：空気通路
１０      ：空気筒部
１１      ：一次燃焼筒部
１２      ：一次空気供給口
１３      ：燃料供給筒部
１４      ：燃料供給口
１７      ：一次燃焼室
２１      ：二次燃焼筒部
２２      ：二次燃焼室
２３      ：二次空気供給口
３０      ：燃料電池セル
３１      ：カソード極
３３      ：アノード極
４５      ：空気ファン（電気機器）
４７      ：折返し口
１００    ：燃焼装置
Ａ        ：空気
ＣＧ１    ：一次燃焼ガス
ＣＧ２    ：二次燃焼ガス
ＥＧ      ：燃焼排ガス
Ｆ        ：燃料
ＰＦ      ：管状火炎
Ｓ        ：旋回流
Ｘ        ：一次燃焼供給機構部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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