(57)【要約】      （修正有）【課題】  燃焼装置の予混合部に屈曲部を設け、ノズル部からの気化ガスの噴出直線路を短くして、安定した良好な燃焼による改質部の加熱が可能となる燃料電池用水素供給装置の燃焼装置を提供。【解決手段】  液体燃料を気化しこの気化ガスａをノズル部１から噴出する気化装置２と、この気化ガスａの噴出と同時に供給される燃焼用気体ｂとを混合する予混合部３と、この予混合部３を介して導出された前記気化ガスａと前記燃焼用気体ｂとが混合した燃焼ガスｃを燃焼する初期燃焼部11を備えたバーナ部４とから成る燃焼装置であって、前記予混合部３は、前記気化ガスａの流れ方向を変化させる屈曲部５を有する構成とし、気化ガスａの噴出方向と対向する前記屈曲部５のガス流対向内面５Ａに、前記予混合部３内に流入する流入気体ｄによる気体層ｅを形成する気体流入部６を備え、燃料電池用水素供給装置の改質部10を加熱するように構成した燃焼装置。【選択図】      図１
2006306657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素等の燃料を加熱して水素主成分の改質ガスを生成する改質部と、この改質部を加熱する燃焼装置とから成り、前記改質部において生成された水素主成分の改質ガスは、水素極と空気極とを有する燃料電池に供給されるように構成した燃料電池用水素供給装置の前記燃焼装置であって、液体燃料を気化した気化ガスと燃焼用気体とを混合した燃焼ガスを燃焼する初期燃焼部と、前記燃料電池で排出される排出ガスを燃焼する排ガス燃焼部とを有するバーナ部を備えて、前記燃料電池の運転初期若しくは出力低下時は、前記燃焼ガスを前記初期燃焼部で燃焼し、その後は前記燃料電池の排出ガスを排ガス燃焼部で燃焼して前記改質部を加熱するように構成した燃料電池用水素供給装置の前記燃焼装置において、液体燃料を気化しこの気化ガスをノズル部から噴出する気化装置と、この気化装置のノズル部から噴出する気化ガスとこの気化ガスの噴出と同時に供給される前記燃焼用気体とを混合する予混合部と、この予混合部を介して導出された前記気化ガスと前記燃焼用気体とが混合した前記燃焼ガスを燃焼する前記初期燃焼部を備えた前記バーナ部とから成る燃焼装置であり、前記気化装置と前記バーナ部との間に誘導路として介在する前記予混合部は、直線路ではなく屈曲路に形成して前記気化ガスの流れ方向を誘導変化させる屈曲部を有する構成とし、前記気化装置のノズル部から噴出される気化ガスの噴出方向と対向する前記屈曲部のガス流対向内面に、前記予混合部内に流入する流入気体による気体層を形成する気体流入部を備えたことを特徴とする燃料電池用水素供給装置の燃焼装置。
【請求項２】
少なくとも前記ノズル部と対向する位置の前記ガス流対向内面に前記気体層を形成する前記気体流入部を前記予混合部に設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用水素供給装置の燃焼装置。
【請求項３】
前記予混合部は、前記ノズル部から前記気化ガスが噴出される噴出路と前記屈曲部を介して前記噴出路と略直角な方向若しくは所定角度をなす方向に誘導する方向転換路とから成る略Ｌ字状若しくは略へ字状の誘導路を形成する形状に構成し、この噴出路の奥部であって前記ノズル部と対向する位置の前記屈曲部のガス流対向内面に、前記気体層を形成する前記気体流入部を前記予混合部に設けたことを特徴とする請求項２記載の燃料電池用水素供給装置の燃焼装置。
【請求項４】
前記予混合部に流入する流入気体は、前記屈曲部のガス流対向内面に向って流入すると共に、このガス流対向内面に沿って前記バーナ部方向に流出して、このガス流対向内面に前記気体層を形成するように前記気体流入部を構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池用水素供給装置の燃焼装置。
【請求項５】
前記予混合部の途中であって前記屈曲部のガス流対向内面より上流側に、この下流側のガス流対向内面に向けて流入気体を予混合部内に流入させてこの流入気体が前記ガス流対向内面に沿って流れ、このガス流対向内面に前記気化ガスが接触することを減じる前記流入気体による前記気体層を形成する前記気体流入部を開口形成したことを特徴とする請求項４記載の燃料電池用水素供給装置の燃焼装置。
【請求項６】
前記予混合部内より予混合部外を高圧とし、この圧力差若しくはこの圧力差及び前記気化ガスの噴出による引き込み力によって前記気体流入部から予混合部内に流入気体を流入するように構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池用水素供給装置の燃焼装置。
【請求項７】
前記燃焼用気体と前記気体流入部から流入する流入気体とを共に前記気化ガスと混合する一次空気とし、前記気体流入部から流入する流入気体の量は、前記予混合部に流入する前記一次空気の総量の１／３以下となるように前記気体流入部を構成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池用水素供給装置の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に用いられる燃料電池用水素供給装置の燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素を空気中の酸素と電気化学的に反応させることによって直接電気を発生させる装置であり、ＮＯｘやＣＯ２の発生量が少ないことから、環境負荷が非常に小さいエネルギー源として注目されている。
【０００３】
また、燃料電池には使用する電解質によっていくつかの種類があるが、中でも特に固体高分子型燃料電池は小型で作動温度も低く、更に低騒音であることから、家庭用分散型電源として大いに期待されている技術である。
【０００４】
ところで、水素を作る炭化水素等の原燃料（水素原料）、つまり燃料電池の燃料としては天然ガスやガソリン、灯油等種々検討されているが、家庭用分散型電源としては、全国各地に供給インフラが整っている灯油に期待が集まっている。
【０００５】
図３は燃料電池で使用される水素の原料に灯油を採用した場合のシステムを表した図であって、脱硫部、改質反応を起こして水素主成分の改質ガスを生成する改質部、シフト反応部、ＣＯ選択酸化部により高純度の水素主成分の改質ガスを得、燃料電池の水素極に供給するように構成されている。
【０００６】
改質部は、水素原料を気化させる気化器と、該気化器により気化された水素原料の改質を行う触媒層を有する構成であり、水素原料として灯油を用いた場合、この改質部には概ね８００℃程度の作動温度が必要となる。そのため、燃料電池の起動時及び発電運転時の作動温度維持を目的とした、改質部を加熱するための燃焼部（燃焼装置）が不可欠となる。
【０００７】
この燃焼部（燃焼装置）は、燃料電池の起動時には灯油等の燃料を燃焼させることで改質部を昇温させ、発電運転時には燃料電池の水素極より排出される水素極排出ガスを燃料として燃焼させることで、該改質部を所定の温度に維持する機能を有している。
【０００８】
以上のように、この燃焼部（燃焼装置）には、灯油及び水素極排出ガスの２種類の燃料が燃焼可能であることが求められ、また同時に、燃料電池起動時間に直接影響する着火時間の短縮や、ＮＯｘ・ＣＯ２排出量の低減による環境負荷の軽減、さらには小型・安価で安全性・耐久性においても高い水準が要求されている。
【０００９】
即ち、従来の燃料電池システム（燃料電池用水素供給装置）は図４に示すように、炭化水素等の燃料を加熱して水素主成分の改質ガスｆを生成する改質部10と、この改質部10を加熱する燃焼装置Ｆとから成り、前記改質部10において生成された水素主成分の改質ガスｆは、水素極Ｈと空気極Ｅとを有する燃料電池Ｂに供給されるように構成している。
【００１０】
この燃焼装置Ｆは、例えば図５に示すように出願人の開発した気化式の燃焼装置（特願２００４−２３５３４号）を採用し、液体燃料を気化した気化ガスａと燃焼用気体ｂ（一次空気ｂ）とを混合した燃焼ガスｃを燃焼する初期燃焼部11と、前記燃料電池Ｂで排出される排出ガスｇを燃焼する排ガス燃焼部12とを有するバーナ部４を備えて、前記燃料電池Ｂの運転初期若しくは出力低下時は、前記燃焼ガスｃを前記初期燃焼部11で燃焼し、その後は前記燃料電池Ｂの排出ガスｇを排ガス燃焼部12で燃焼して前記改質部10を加熱するように構成している。
【００１１】
従って、この燃料装置Ｆの作動により改質部10が加熱され、改質部10が所定の温度に達した時点から、水素主成分の改質ガスｆの生成が開始される。この改質部10で生成された水素主成分の改質ガスｆは、水素ガス供給通路15を通って燃料電池Ｂの水素極Ｈに供給される一方、空気供給通路16を通って、空気極Ｅに空気が供給され、発電運転を開始する。この水素極Ｈに供給された水素主成分の改質ガスｆは全てが発電に消費されるものではなく、数１０％程度の未反応水素を含有したまま水素極Ｈから排出ガスｇとして排出される。この水素極Ｈからの排出ガスｇは排ガス供給通路17を通って燃焼装置Ｆのバーナ部４に排ガス燃焼部12として設けた排ガス噴出孔18より噴出される。
【００１２】
排ガス噴出孔18より噴出した排出ガスｇは、前記バーナ部４の初期燃焼部11として設けた燃焼ガス噴出孔19から噴出されている燃焼ガスｃが燃焼している火炎Ｆ１と接触することで着火して火炎Ｆ２となり、よって、灯油（気化ガスａ）と一次空気ｂとが混合して作出された燃焼ガスｃと水素極Ｈからの排出ガスｇ両方による燃焼が開始される。両者の火炎Ｆ１（初期燃焼部11での燃焼），Ｆ２（排ガス燃焼部での燃焼）は、二次空気供給口20から供給されている二次空気を取り込むことで燃焼し、改質部10の加熱を行なう。
【００１３】
そしてこの後、水素極Ｈからの排出ガスｇの燃焼が安定した時点で燃焼装置Ｆの灯油の供給を停止し、燃焼装置Ｆは水素極Ｈからの排出ガスｇ単独での燃焼（排ガス燃焼部12での燃焼）に切り替わるように構成している。
【００１４】
更に説明すると、このような燃焼電池システムにおける燃料電池用水素供給装置の改質部10を加熱する気化式の燃焼装置Ｆは、気化装置２のノズル部１から液体燃料（例えば灯油）を気化した気化ガスａを噴出させ、この噴出と共に燃焼用気体ｂ（例えば一次空気ｂ）を引き込んで混合し、この混合した燃焼ガスｃを二次空気を供給しながらバーナ部４の初期燃焼部11で燃焼させる構成としている。
【００１５】
このような気化ガスａと一次空気ｂとを予混合してバーナ部４の初期燃焼部11で燃焼させる燃焼装置Ｆでは、気化ガスａと一次空気ｂを予混合させる予混合部３（混合管）をノズル部１とバーナ部４との間に設けて混合経路を形成している。
【００１６】
この混合経路は、一次空気ｂとの良好な混合性を確保するために、ノズル部１の気化ガス噴出方向に十分な長さの直線路が確保されるように構成している。
【００１７】
従って、例えば図５に示すようにバーナ部４の下方に気化装置２を配設する場合は、気化装置２のノズル部１から気化ガスａを、バーナ部４に向けて上方に噴出するが、この予混合部３は前述のように十分な長さの直線路を確保する必要から、縦幅を十分にとらなければならないため、燃焼装置Ｆは縦長とならざるを得なかった。
【００１８】
また、バーナ部の側方に気化装置を設けてノズル部からバーナ部の下方に設けた予混合部に向けて反対側方に噴出する場合は、予混合部を同様に十分な長さとしなければならないため、燃焼装置は横長とならざるを得なかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
このようにこれまでの燃料電池用水素供給装置における燃焼装置では、予混合部は十分な長さの直線路を確保しなければならないため、レイアウトが制約され、装置のコンパクトが図れない。
【００２０】
そこで、装置のレイアウトの変更要求、例えば装置のコンパクト化を目的に、予混合部である混合管（混合経路）途中に屈曲部を設けて、例えば略Ｌ字管状の予混合部に構成し、全長は混合に必要な長さとするものの、この屈曲部上流側のノズル部から気化ガスを噴出させる噴出直線路をできるだけ短い長さとすることも考えられる。
【００２１】
しかしながら、単に屈曲部を設けて予混合部全体としては十分な長さの屈曲路としつつも、気化ガスが噴出される噴出直線路の長さを短くしてしまうと、即ちコンパクト化のため従来に比べてこの直線路を短縮した構成とすると、混合が未だ不十分な状態で気化ガスは屈曲部を通過して流れ方向が誘導変化するため、気化ガス濃度の高い中心部（混合気流に直角となる断面においての中心部）が、屈曲部のガス流対向内面に衝突接触することとなり、その結果、混合が不十分となり燃焼状態が不安定（リフティング）となったり、またこの混合が不十分な気化ガスの衝突によって再液化が生じてしまう。
【００２２】
特にこの予混合部（混合管）が十分に加熱されていない着火初期ではこの再液化は生じ易い。また、例えば、バーナ部に燃焼ガスを導く混合経路が長く、屈曲部とバーナ部との距離が長い場合は、特に屈曲部の温度が速やかに上昇しにくく、前記再液化の問題は一層顕著となるおそれがある。
【００２３】
従って、たとえ予混合部を屈曲してコンパクト化を図るなどレイアウト変更をしようとしても、前記問題が生じてしまい、結局噴出直線路を短くできなく、十分なコンパクト化は図れない。
【００２４】
本発明は、従来の燃料電池用水素供給装置の燃焼装置にこのような問題があることを見い出し、これを解決するもので、予混合部に屈曲部を設けると共に、ノズル部からの気化ガスの噴出直線路を短くして、例えば装置のコンパクト化などレイアウト変更に対応できる自由度を向上させても、リフティングや再液化が生じにくく、安定した良好な燃焼による改質部の加熱が可能となる画期的な燃料電池用水素供給装置の燃焼装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【００２６】
炭化水素等の燃料を加熱して水素主成分の改質ガスｆを生成する改質部10と、この改質部10を加熱する燃焼装置Ｆとから成り、前記改質部10において生成された水素主成分の改質ガスｆは、水素極Ｈと空気極Ｅとを有する燃料電池Ｂに供給されるように構成した燃料電池用水素供給装置の前記燃焼装置Ｆであって、液体燃料を気化した気化ガスａと燃焼用気体ｂとを混合した燃焼ガスｃを燃焼する初期燃焼部11と、前記燃料電池Ｂで排出される排出ガスｇを燃焼する排ガス燃焼部12とを有するバーナ部４を備えて、前記燃料電池Ｂの運転初期若しくは出力低下時は、前記燃焼ガスｃを前記初期燃焼部11で燃焼し、その後は前記燃料電池Ｂの排出ガスｇを排ガス燃焼部12で燃焼して前記改質部10を加熱するように構成した燃料電池用水素供給装置の前記燃焼装置Ｆにおいて、液体燃料を気化しこの気化ガスａをノズル部１から噴出する気化装置２と、この気化装置２のノズル部１から噴出する気化ガスａとこの気化ガスの噴出と同時に供給される前記燃焼用気体ｂとを混合する予混合部３と、この予混合部３を介して導出された前記気化ガスａと前記燃焼用気体ｂとが混合した前記燃焼ガスｃを燃焼する前記初期燃焼部11を備えた前記バーナ部４とから成る燃焼装置であり、前記気化装置２と前記バーナ部４との間に誘導路として介在する前記予混合部３は、直線路ではなく屈曲路に形成して前記気化ガスａの流れ方向を誘導変化させる屈曲部５を有する構成とし、前記気化装置２のノズル部１から噴出される気化ガスａの噴出方向と対向する前記屈曲部５のガス流対向内面５Ａに、前記予混合部３内に流入する流入気体ｄによる気体層ｅを形成する気体流入部６を備えたことを特徴とする燃料電池用水素供給装置の燃焼装置に係るものである。
【００２７】
また、少なくとも前記ノズル部１と対向する位置の前記ガス流対向内面５Ａに前記気体層ｅを形成する前記気体流入部６を前記予混合部３に設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用水素供給装置の燃焼装置に係るものである。
【００２８】
また、前記予混合部３は、前記ノズル部１から前記気化ガスａが噴出される噴出路３Ａと前記屈曲部５を介して前記噴出路３Ａと略直角な方向若しくは所定角度をなす方向に誘導する方向転換路３Ｂとから成る略Ｌ字状若しくは略へ字状の誘導路を形成する形状に構成し、この噴出路３Ａの奥部であって前記ノズル部１と対向する位置の前記屈曲部５のガス流対向内面５Ａに、前記気体層ｅを形成する前記気体流入部６を前記予混合部３に設けたことを特徴とする請求項２記載の燃料電池用水素供給装置の燃焼装置に係るものである。
【００２９】
また、前記予混合部３に流入する流入気体ｄは、前記屈曲部５のガス流対向内面５Ａに向って流入すると共に、このガス流対向内面５Ａに沿って前記バーナ部４方向に流出して、このガス流対向内面５Ａに前記気体層ｅを形成するように前記気体流入部６を構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池用水素供給装置の燃焼装置に係るものである。
【００３０】
また、前記予混合部３の途中であって前記屈曲部５のガス流対向内面５Ａより上流側に、この下流側のガス流対向内面５Ａに向けて流入気体ｄを予混合部３内に流入させてこの流入気体ｄが前記ガス流対向内面５Ａに沿って流れ、このガス流対向内面５Ａに前記気化ガスａが接触することを減じる前記流入気体ｄによる前記気体層ｅを形成する前記気体流入部６を開口形成したことを特徴とする請求項４記載の燃料電池用水素供給装置の燃焼装置に係るものである。
【００３１】
また、前記予混合部３内より予混合部３外を高圧とし、この圧力差若しくはこの圧力差及び前記気化ガスａの噴出による引き込み力によって前記気体流入部６から予混合部３内に流入気体ｄを流入するように構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池用水素供給装置の燃焼装置に係るものである。
【００３２】
また、前記燃焼用気体ｂと前記気体流入部６から流入する流入気体ｄとを共に前記気化ガスａと混合する一次空気とし、前記気体流入部６から流入する流入気体ｄの量は、前記予混合部３に流入する前記一次空気の総量の１／３以下となるように前記気体流入部６を構成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池用水素供給装置の燃焼装置に係るものである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は上述のように構成したから、燃焼装置の予混合部に屈曲部を設け、更にノズル部からの気化ガスの噴出直線路を短くすれば、例えば装置のコンパクト化が図れるなど、レイアウト変更に対応できる自由度が向上すると共に、このように噴出直線路が短くなってもリフティングや再液化の問題も生じにくく、安定した良好な燃焼による改質部の加熱が可能となる画期的な燃料電池用水素供給装置の燃焼装置となる。
【００３４】
従って、例えば装置のコンパクト化を図るため、燃焼装置の予混合部を略Ｌ字状あるいは略へ字状に形成して上流側の噴出直線路を短くしても、屈曲部のノズル部と対向するガス流対向内面に流入気体による気体層が形成され、この気体層によって、十分に混合されていない濃度の高い気化ガスがガス流対向内面に直接衝突接触することが減じられ、燃焼装置での初期燃焼部での燃焼が不安定となったり、再液化の問題が生じにくく初期時の改質部の加熱が良好となり、よってコンパクト化を容易に実現可能な画期的な燃料電池用水素供給装置の燃焼装置となる。
【００３５】
また、請求項２，３記載の発明においては、予混合部に気体流入部を設けて屈曲部のガス流対向内面に流入気体を流入させることでガス流対向内面に気体層を容易に形成でき、一層簡易な構成で燃焼装置を実現でき、一層実用性に秀れた燃料電池用水素供給装置の燃焼装置となる。
【００３６】
また、請求項４記載の発明においては、更に気体流入部からガス流対向内面に向って流入気体を流入させて、この流入気体がガス流対向内面に沿って流出すると共に、バーナ部方向に流出して気体層を形成するため、確実にガス流対向内面に気体層を形成できると共に、気化ガスの噴出流に不必要な乱流等を生じさせずにバーナ部へ屈曲誘導でき、混合も良好となり、一層前記問題も生じにくく、それ故コンパクト化が一層容易に図れる画期的な燃料電池用水素供給装置の燃焼装置となる。特に、請求項５記載の発明においては、一層簡易な構成にて容易に実現でき、極めて実用性に秀れた燃料電池用水素供給装置の燃焼装置となる。
【００３７】
また、請求項６記載の発明においては、流入気体が容易に予混合部内に流入してガス流対向内面に確実に気体層を形成できると共に、不必要に予混合部外へ気化ガスが漏れ流出することも防止できる一層秀れた燃料電池用水素供給装置の燃焼装置となる。
【００３８】
また、請求項７記載の発明においては、前記気体層を形成させる流入気体も一次空気とし、一層気化ガスと一次空気との混合が良好となり、また必要以上に流入気体を流入させない構成のため、燃焼効率も良く、前記リフティングや再液化の問題も生じにくい極めて画期的な燃料電池用水素供給装置の燃焼装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
好適と考える本発明の実施形態（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００４０】
改質部10を加熱すべく燃焼装置Ｆの気化装置２のノズル部１から気化ガスａが予混合部３に噴出されると、これと同時に例えば燃焼用気体ｂとして一次空気が引き込まれ、気化ガスａと燃焼用気体ｂ（一次空気ｂ）は予混合部３内で混合され、バーナ部４へ燃焼ガスｃとして導出され、このバーナ部４の初期燃焼部11の火口部（金網）４Ａにて点火装置９で着火され、二次空気が供給されつつ燃焼することとなる。
【００４１】
従来はこの混合が十分に行われるように混合経路を長くするため予混合部３（混合管）をバーナ部４の下方に横長に長くとったり、縦長に長くとっていたが、例えばレイアウト変更や装置コンパクト化のため、単に予混合部３に屈曲部５を設けて屈曲路とし、ノズル部１から噴出させる気化ガスａの噴出直線路を従来のように長くせず短くすると、前記ノズル部１から噴出した気化ガスａは一次空気ｂを引き込むが、まだ十分に混合されないままこの噴出方向と対向している屈曲部５のガス流対向内面５Ａに向って噴出され、このガス流対向内面５Ａに吹き当たることとなる。
【００４２】
しかし本発明は、気体流入部６から流入気体ｄが流入し、この流入気体ｄによってガス流対向内面５Ａに気体層ｅが形成されているため、噴出された気化ガスａがたとえまだ一次空気ｂと十分に混合されていなくても、気体層ｅによって気化ガスａの吹き当たりがさえぎられ、この気化ガスａがガス流対向内面５Ａに衝突接触することが減じられることとなる。
【００４３】
即ち、まだ一次空気ｂとの混合が不十分な濃度の高い気化ガスａがガス流対向内面５Ａに向って吹きつけられても、ガス流対向内面５Ａには流入気体ｄによる気体層ｅが形成されているため、燃焼が不十分となるリフティングやガス流対向内面５Ａに冷却されて再液化することが生じにくく、またスムーズにバーナ部４の初期燃焼部11へ導出され、気化ガスａと一次空気ｂとの混合が良好となり、再液化も著しく減じられることとなる。
【００４４】
特に燃焼初期時には、予混合部３が十分に加熱されていないが、濃度の高い気化ガスａがガス流対向内面５Ａに直接衝突接触することがないため、燃焼初期時においても前記リフティングや再液化が生じにくい。また、バーナ部４の燃焼部と屈曲部５が距離のある構成としても前記問題が生じにくい。
【００４５】
しかも、例えば予混合部３に気体流入部６を開口形成して屈曲部５のガス流対向内面５Ａに流入気体ｄを流入させること良く、簡易な構成で確実にガス流対向内面５Ａに気体層ｅを形成できることとなる。
【００４６】
また、更に気体流入部６からガス流対向内面５Ａに向って流入気体ｄを流入させて、この流入気体ｄをガス流対向内面５Ａに沿って流出させると共に、バーナ部４方向に流出させて気体層ｅを形成する構成とすれば、簡易な構成で一層確実にガス流対向内面５Ａに気体層ｅを形成できると共に、気化ガスａの噴出流に不必要な乱流等も生じさせずにバーナ部４へ屈曲誘導でき、一次空気ｂとの混合も良好に行われつつバーナ部４へ良好に屈曲誘導されることとなる。
【００４７】
従って、例えばコンパクト化のため予混合部３を屈曲管としても前記問題が生じにくく、そのため極めて簡易な構成にして装置レイアウトの変更自由度が著しく向上することとなる。
【００４８】
即ち、単に予混合部３の途中に気体流入部６を開口形成し、この気体流入部６の開口形状等の設計によって気体流入部６から引き込む流入気体ｄがガス流対向内面５Ａに沿ってバーナ部４へと流入するように設定すれば、一層混合が良好となると共に、この流入気体ｄがガス流対向内面５Ａに沿って流れているため常に確実にガス流対向内面５Ａに気体層ｅが形成されて、一層確実にリフティングや再液化を防止でき、しかもこの流入気体ｄの流れによってバーナ部４へ屈曲誘導しつつ一次空気ｂとの混合も良好に行われることとなる。
【００４９】
また、例えば燃焼用気体ｂも、気体流入部６の途中から予混合部３内へ引き込む前記流入気体ｄも一次空気ｂ，ｄとし、この流入気体ｄの流入量を混合させる一次空気ｂ，ｄの総量の１／３以下に制限するように気体流入部６を構成すれば、混合に支障を生じることなく、効率良く気化ガスａと一次空気とｂ，ｄの混合も図れ、一層実用性に秀れた燃焼装置を備えた燃料電池用水素供給装置の燃焼装置を提供できることとなる。
【実施例】
【００５０】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００５１】
本実施例の燃料電池用水素供給装置の基本構成は、図４に示すように、炭化水素等の燃料を加熱して水素主成分の改質ガスｆを生成する改質部10と、この改質部10を加熱する燃焼装置Ｆとから成り、前記改質部10において生成された水素主成分の改質ガスｆは、水素極Ｈと空気極Ｅとを有する燃料電池Ｂに供給されるように構成しているが、前記燃焼装置Ｆは、液体燃料を気化した気化ガスａと燃焼用気体ｂとを混合した燃焼ガスｃを燃焼する初期燃焼部11と、前記燃料電池Ｂで排出される排出ガスｇを燃焼する排ガス燃焼部12とを有するバーナ部４を備えて、前記燃料電池Ｂの運転初期若しくは出力低下時は、前記燃焼ガスｃを前記初期燃焼部11で燃焼し、その後は前記燃料電池Ｂの排出ガスｇを排ガス燃焼部12で燃焼して前記改質部10を加熱するように構成している。
【００５２】
本実施例のこの改質部10を加熱する燃焼装置Ｆは、供給される灯油を加熱管でヒータ加熱して気化しこの気化ガスａをノズル部１から噴出する気化装置２と、この気化装置２のノズル部１から噴出する気化ガスａとこの気化ガスａの噴出と同時に引き込み供給される燃焼用気体ｂとしての一次空気ｂとを混合する予混合部３と、この予混合部３を介して導出された前記気化ガスａと前記一次空気ｂとが混合した燃焼ガスｃを燃焼するバーナ部４とから構成している。
【００５３】
本実施例ではバーナ部４の下方のケース７（バーナケース７）の側方に気化装置２を配設し、このケース７に気化装置２のノズル部１を取り付け、このノズル部１から気化ガスａが噴出される予混合部３としての混合管３をケース７内に設け、この混合管３内で気化ガスａと一次空気ｂとを混合させて混合した燃焼ガスｃをバーナ部４の初期燃焼部11に案内導出し、バーナ部４の初期燃焼部11の火口部４Ａにて点火装置９で着火し、保炎板13内で燃焼させる構成としている。
【００５４】
また前記ケース７には燃焼用気体（一次空気）供給部14が設けられ、ここから例えば常時一次空気ｂが供給され、混合管３の基部から混合管３内に気化ガスａの噴出によって引き込まれるように構成している。
【００５５】
また、本実施例では、前述のように気化装置２のノズル部１とバーナ部４の初期燃焼部11との間に誘導路として予混合部３（混合管３）を介在するがこの予混合部３は直線路ではなく屈曲路に形成して前記気化ガスａの流れ方向を誘導変化させる屈曲部５を有する構成としている。
【００５６】
具体的には本実施例では、ノズル部１から気化ガスａが噴出される噴出路３Ａと前記屈曲部５を介して前記噴出路３Ａと略直角な上方向に誘導する方向転換路３Ｂとから成る略Ｌ字状の誘導路を形成する形状に構成し、この噴出路３Ａを短くすることで従来より長い直線経路としないため屈曲によるコンパクト化が図れる構成としている。
【００５７】
本実施例では、このような予混合部３の前記気化装置２のノズル部１から噴出される気化ガスａの噴出方向と対向する前記屈曲部５のガス流対向内面５Ａに、予混合部３内に流入する流入気体ｄによる気体層ｅを形成する気体流入部６を設けている。
【００５８】
即ち、この噴出路３Ａの奥部であってノズル部１と対向する位置の前記屈曲部５のガス流対向内面５Ａに、前記気体層ｅを形成する前記気体流入部６を予混合部３に設けている。
【００５９】
具体的には、予混合部３の途中であって前記屈曲部５のガス流対向内面５Ａあるいはこれより上流側に、この下流側のガス流対向内面５Ａに向けて流入気体ｄを予混合部３内に流入させてこの流入気体ｄが前記ガス流対向内面５Ａに沿って流れ、前記バーナ部４方向に流出して、このガス流対向内面５Ａに前記気体層ｅを形成するように気体流入部６を構成し、このガス流対向内面５Ａに気化ガスａが衝突接触することを減じる前記流入気体ｄによる気体層ｅが形成されるように気体流入部６の開口部を構成している。
【００６０】
即ち、本実施例では、まずもってスムーズに気化ガスａが側方から上方へ屈曲路に沿って屈曲誘導してその間で良好に一次空気ｂと混合するように、Ｌ字管状の予混合部３の全体長を十分に長く確保すると共に、屈曲部５はＲ屈曲としてガス流対向内面５Ａは湾曲内面に形成している。そして、気体流入部６は、この気体流入部６から予混合部３内に引き込まれる流入気体ｄが予混合部３の内面に沿いつつガス流対向内面５Ａ内面に沿って上方のバーナ部４へ導出されるように構成し、確実にガス流対向内面５Ａにスムーズにバーナ部４へと向う流入気体ｄによる気体層ｅが形成されると共に、この流入気体ｄの流入によって乱流等ができるだけ生じず、気化ガスａをスムーズにこの流れに沿ってバーナ部４へ誘導すると共に、一次空気ｂとの混合が良好となるように構成している。
【００６１】
また、本実施例では、この流入気体ｄも特別に用意する気体とせず一次空気を用いている。即ち、一次空気供給部14からケース７内に常時供給される空気を前記燃焼用気体ｂ及び流入気体ｄとし、予混合部３の基部から気化ガスａの噴出によって一次空気ｂが引き込まれると共に、この予混合部３の途中に開口形成した気体流入部６からも流入気体ｄとして一次空気ｄが引き込み供給する構成としている。
【００６２】
また、一次空気供給部14からケース７内に一次空気を強制供給するが、この一次空気供給部14による供給によってケース７内（予混合部３外）を予混合部３内よりやや高圧に保持して予混合部３内の気化ガスａが気体流入部６を介して予混合部３外へ漏れ出ないようにし、ノズル部１から気化ガスａが噴出することで予混合部３の基部から一次空気ｂが引き込まれると共に、気体流入部６からも予混合部３内外の圧力差と気化ガスａの噴出流による引き込みによって、気体流入部６から予混合部３内に一次空気ｄが流入されるように構成している。
【００６３】
また、この流入気体ｄは前述のようにガス流対向内面５Ａに沿って流れ込むように気体流入部６を開口形成するが、気化ガスａと一次空気ｂ，ｄとが適切にして良好に混合するように、一次空気ｂ，ｄの混合総量に対して気体流入部６から引き込まれる一次空気ｄの量が１／３以下となるように構成している。
【００６４】
また、図３（ａ）に示すように気体流入部６は予混合部３に複数カ所形成しても良いし、ガス流対向内面５Ａの位置や上流側に形成しても良い。
【００６５】
また、図３（ｂ）のようにガス流対向内面５Ａに沿って流入気体ｄが流入するように流入案内部６ａを形成しても良いし、図３（ｃ）のように予混合部３をＲ屈曲しないでＬ字管とした場合に、このＬ字屈曲部の角度付近にバーナ部４方向にしてガス流対向内面５Ａに沿うように気体流入部６を開口形成し、このガス流対向内面５Ａに気体層ｅを形成すると共にこの流入気体ｄによる気流によって気化ガスａをスムーズに直角上方のバーナ部４へ屈曲誘導するように形成しても良い。その他本発明の流入案内部６ａは様々に設計可能である。
【００６６】
尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、前記気体流入部６の他各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施例の燃料電池用水素供給装置の燃焼装置の概略構成説明図である。
【図２】本実施例の気体流入部の様々な構成例を示す説明図である。
【図３】燃料電池システムの概略構成説明図である。
【図４】燃料電池システムでの燃料電池用水素供給装置の概略構成説明図である。
【図５】従来例の燃料電池用水素供給装置における燃焼装置の概略構成説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  ノズル部
２  気化装置
３  予混合部（混合管）
３Ａ  噴出路
３Ｂ  方向転換路
４  バーナ部
５  屈曲部
５Ａ  ガス流対向内面
６  気体流入部
10  改質部
11  初期燃焼部
12  排ガス燃焼部
Ｂ  燃料電池
Ｆ  燃焼装置
Ｈ  水素極
Ｅ  空気極
ａ  気化ガス
ｂ  燃焼用気体（一次空気）
ｃ  燃焼ガス
ｄ  流入気体
ｅ  気体層
ｆ  改質ガス
ｇ  排出ガス
【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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