(57)【要約】【課題】本体部から漏出する熱量が極めて少ない燃料改質器の加熱用の燃焼装置の提供を目的とした。【解決手段】燃焼装置１は、本体部２０の内部に燃焼筒２１を収納しており、本体部２０と燃焼筒２１との間には整流筒２３が設けられている。そのため、燃焼駆動に伴い燃焼筒２１から本体部２０に向けて放出される輻射熱は整流筒２３によって遮断され、本体部２０側にはほとんど熱が伝播しない。また、本体部２０の胴体部２０ａの周囲には、断熱材９２が巻き付けられているため、本体部２０に伝播した熱も燃焼装置１の外部には漏洩しない。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部と、当該燃焼部内に燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼部内で発生した燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、前記燃焼部内に供給された燃料を点火する点火装置とを有し、前記本体部は胴体部と、燃焼部において発生した燃焼ガスの上流側に位置する上流側蓋体と、燃焼ガスの下流側に位置する下流側蓋体とを有し、前記燃料供給部は上流側蓋体に設けられており、前記燃焼ガス排出部は下流側蓋体に設けられており、点火装置は、前記上流側蓋体側又は下流側蓋体側から接続されていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部とを有し、前記本体部と燃焼部との間には整流手段が設けられていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項３】
炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部と、当該燃焼部内に燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼部内で発生した燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、前記燃焼部内に供給された燃料を点火する点火装置とを有し、前記本体部は胴体部と、燃焼部において発生した燃焼ガスの上流側に位置する上流側蓋体と、燃焼ガスの下流側に位置する下流側蓋体とを有し、前記燃料供給部は上流側蓋体に設けられており、前記燃焼ガス排出部は下流側蓋体に設けられており、点火装置は、前記上流側蓋体側又は下流側蓋体側から接続されており、前記本体部と燃焼部との間には整流手段が配置されていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項４】
整流手段は、燃焼部を包囲し、周部に内外を連通する複数の空気導入口を有する筒状体であり、前記空気導入口は、燃焼部内を通過する燃焼ガスの上流側に相当する位置に設けられているものよりも、燃焼ガスの下流側に相当する位置に設けられているものの方が開口面積が大きいことを特徴とする請求項２又は３に記載の燃焼装置。
【請求項５】
燃焼ガス排出部の開口径は、燃焼部の内径よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項６】
燃焼ガス排出部には、周方向の一部又は全周にわたって燃焼ガスの流れ方向に突出した突出部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項７】
電装装置は、上流側蓋体側及び／又は下流側蓋体側から挿通されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項８】
本体部内で発生したドレンを燃焼装置の外部に排出するドレン排出部は、下流側蓋体側に接続されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃焼装置に関するものであり、特に燃料電池システム等に供給される燃料の改質を行う燃料改質器に好適に使用可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エネルギーの大量消費に伴うエネルギー資源の枯渇や環境問題が、社会的問題となっている。現在、この問題の解決のために、環境に調和し、高効率かつ安定に駆動可能な新規発電デバイスの開発が望まれている。そこで、これらの要件を満たしうる次世代発電デバイスの有力な候補として燃料電池システムが注目されている。
【０００３】
燃料電池は、主としてアノードと、カソードと、アノードとカソードに挟まれた電解質とから構成されている。アノードでは燃料が酸化され、カソードでは酸素が還元される。アノードには、純水素や、燃料改質器によりメタノール、ガソリン、天然ガス、プロパンなどの燃料を水蒸気改質した改質ガスが供給されている。
【０００４】
燃料改質器においてメタノール、ガソリン、天然ガス、プロパンなどの燃料が起こす反応は吸熱反応である。そのため、燃料の改質反応を促進するために、従来技術の燃料改質器にはバーナ等の燃焼装置が熱源として接続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
燃料改質器における燃料の改質反応を安定して行うため、燃焼装置は、燃料改質器におおよそ７００℃〜１０００℃という高温の燃焼ガスを供給する必要がある。そのため、燃焼駆動時に燃焼装置から放出される熱量は非常に大きく、燃料電池システムのエネルギー変換効率を向上させるためには、燃料改質器にから放出される熱量を最小限に抑制する必要がある。
【０００６】
従来の燃料電池システムにおいては、燃料改質器に接続されている燃焼装置の放熱対策が未だ不十分であり、燃焼駆動に伴い発生した輻射熱の多くは本体部に伝播し、外部に放出されてしまっていた。そのため、従来の燃焼装置はエネルギー変換効率が低く、その結果として燃料電池システム全体のエネルギー変換効率を低下させる一因となってしまっていた。
【０００７】
そこで、本発明においては、本体部から漏出する熱量が極めて少ない燃料改質器の熱源用の燃焼装置の提供を目的とした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで上記した課題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部と、当該燃焼部内に燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼部内で発生した燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、前記燃焼部内に供給された燃料を点火する点火装置とを有し、前記本体部は胴体部と、燃焼部において発生した燃焼ガスの上流側に位置する上流側蓋体と、燃焼ガスの下流側に位置する下流側蓋体とを有し、前記燃料供給部は上流側蓋体に設けられており、前記燃焼ガス排出部は下流側蓋体に設けられており、点火装置は、前記上流側蓋体側又は下流側蓋体側から接続されていることを特徴とする燃焼装置である。
【０００９】
本発明の燃焼装置において、前記燃料供給部は上流側蓋体に設けられており、前記燃焼ガス排出部は下流側蓋体に設けられており、点火装置は、前記上流側蓋体側又は下流側蓋体側から接続されている。そのため、上記した構成によれば、本体部の主要部をなす胴体部をシンプルな構成とすることができる。
【００１０】
上記したように、本発明の燃焼装置は胴体部がシンプルな構成であるため、胴体部の大部分を断熱材で被覆することができる。そのため、上記した構成によれば、本体部の内部で発生した熱の漏洩を最小限に抑制することができる。また、上記した構成によれば胴体部に断熱材を容易に巻き付けることができるため、本発明の燃焼装置は、組み立ての作業効率が高い。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部とを有し、前記本体部と燃焼部との間には整流手段が設けられていることを特徴とする燃焼装置である。
【００１２】
本発明の燃焼装置は、本体部の内側で燃焼部を包囲する位置に整流手段を備えている。そのため、燃焼駆動に伴いる燃焼部から本体部側に向けて放射される輻射熱が整流手段によって遮られ、本体部にはほとんど伝播しない。従って、上記した構成によれば、燃焼部において発生した熱エネルギーの外部への放散を最小限に抑制することができる。
【００１３】
また、本発明の燃焼装置では、整流手段の内側および外側に外部から導入された空気による空気層が形成される場合がある。通常、空気は金属等に比べて熱伝導率が低いため、前記空気層は断熱層として機能する。本発明の燃焼装置では、燃焼部から本体部側に向けて放射される輻射熱は、燃焼部の内外に形成される空気層によっても遮断され、本体部には伝播しない。従って、上記した構成によれば、燃料の燃焼により発生した熱エネルギーの大部分を燃料改質器側に供給することができる。
【００１４】
また、上記したように輻射熱がほとんど本体部に伝播しないため、本体部は比較的低温に維持され過度に高温とならない。そのため、本発明の燃焼装置においては、本体部が過度に高温となることによる減肉がほとんど起こらない。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部と、当該燃焼部内に燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼部内で発生した燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、前記燃焼部内に供給された燃料を点火する点火装置とを有し、前記本体部は胴体部と、燃焼部において発生した燃焼ガスの上流側に位置する上流側蓋体と、燃焼ガスの下流側に位置する下流側蓋体とを有し、前記燃料供給部は上流側蓋体に設けられており、前記燃焼ガス排出部は下流側蓋体に設けられており、点火装置は、前記上流側蓋体側又は下流側蓋体側から接続されており、前記本体部と燃焼部との間には整流手段が配置されていることを特徴とする燃焼装置である。
【００１６】
本発明の燃焼装置は、燃料供給部、燃焼ガス排出部および点火装置が上流側蓋体あるいは下流側蓋体に集中的に設けられているため、胴体部を極めてシンプルな構成とすることができる。
【００１７】
上記したように、本発明の燃焼装置は、本体部を構成する胴体部がシンプルな構成であるため、胴体部の大部分を断熱材で被覆し、胴体部の露呈部分を最小限とできる。かかる構成によれば、例え本体部の内部で発生した熱が本体部に伝播しても、胴体部の表面に設けた断熱材によって熱の放射を防止することができる。また、本発明の燃焼装置は、胴体部がシンプルであるため断熱材の巻き付け作業を容易に行える。
【００１８】
また、本発明の燃焼装置は、本体部の内側において整流手段が燃焼部を包囲している。そのため、燃焼駆動に伴い燃焼部から本体部側に向けて放射される輻射熱が整流手段によって遮られ、本体部にはほとんど伝播しない。従って、上記した構成によれば、燃焼駆動に伴って発生した熱エネルギーの漏洩を最小限に抑制することができる。
【００１９】
また、本発明の燃焼装置では、整流手段の内外側に本体部内に導入された外気による空気層が形成される場合がある。この場合、燃焼部から本体部側に向けて放射される輻射熱は、燃焼部の内外に形成される空気層によっても遮断される。そのため、上記した構成によれば、燃料の燃焼により発生した熱エネルギーの大部分を燃料改質器側に供給することができる。
【００２０】
また、本発明の燃焼装置は、輻射熱がほとんど本体部に伝播しないため、本体部が過度に高温とならない。そのため、本発明の燃焼装置においては、本体部が過度に高温となることによる減肉や損傷がほとんど起こらない。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、整流手段が、燃焼部を包囲し、周部に内外を連通する複数の空気導入口を有する筒状体であり、前記空気導入口は、燃焼部内を通過する燃焼ガスの上流側に相当する位置に設けられているものよりも、燃焼ガスの下流側に相当する位置に設けられているものの方が開口面積が大きいことを特徴とする請求項２又は３に記載の燃焼装置である。
【００２２】
本発明の燃焼装置において、燃焼部内に発生する燃焼ガスは、多くの場合燃焼ガスの下流側に局在する傾向にある。燃焼部内に発生する燃焼ガスは高温であるため、前記したように燃焼部内に局在すると、当該部位に集中的に熱応力が作用する。一方、本発明の燃焼装置においては、整流手段に設けられている空気導入口は、燃焼ガスの下流側に設けられているものの方が、燃焼ガスの上流側に設けられているもののよりも開口面積が大きい。そのため、燃焼ガスが局在し高温となる恐れがある部分に比較的低温の空気を多く供給し、この空気によって空冷することができる。
【００２３】
また、燃焼ガスの下流に導入された空気は、下流側蓋体の近傍に空気層を形成する場合がある。この場合、燃焼駆動に伴い下流側蓋体側に伝播する輻射熱を大幅に遮断することができる。従って、上記した構成によれば、下流側蓋体の温度上昇や下流側蓋体側からの熱エネルギーの放散を最小限に抑制することができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、燃焼ガス排出部の開口径が、燃焼部の内径よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００２５】
従来、燃焼装置に接続される燃料改質器の多くは内部構造が複雑であるため、燃焼ガスを所望の位置まで均等に燃焼ガスを供給するのは困難である場合が多い。また、特に燃料改質器の起動直後には、燃焼ガスが前記燃料改質器内の所望の位置に達するまでに相当の時間を要していた。そのため、従来は燃料改質器における燃料の改質精度が不十分であったり、十分な改質精度を得るためには相当の時間を要していた。
【００２６】
一方、本発明の燃焼装置は、燃焼ガス排出部の開口径が燃焼部の開口径よりも小さいため、燃焼ガスは燃焼ガス排気部から勢いよく排出される。そのため、本発明の燃焼装置によれば、当該燃焼装置に接続されている燃料改質器内の所望の位置まで燃焼ガスを迅速かつ均等に導入することができる。よって、本発明の燃焼装置よれば、燃料改質器における改質精度を向上すると共に、燃料改質器の起動から十分な改質精度を得るために要する時間を短縮することができる。
【００２７】
また、請求項６に記載の発明は、燃焼ガス排出部には、周方向の一部又は全周にわたって燃焼ガスの流れ方向に突出した突出部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００２８】
かかる構成によれば、燃焼部内において発生した燃焼ガスにより下流側蓋体が加熱されても、これにより作用する熱応力が突出部において放散されるため、下流側蓋体の損傷や歪みが起こらない。
【００２９】
請求項７に記載の発明は、電装装置が、上流側蓋体側及び／又は下流側蓋体側から挿通されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００３０】
通常、燃焼装置は、燃焼部において形成されている火炎の状態を検知すべく温度検知手段やフレームロッドなどに代表される電装装置を具備している。本発明の燃焼装置においては、前記したような電装装置が上流側蓋体側及び／又は下流側蓋体側から挿通されているため、本体部の主要部をなす胴体部をシンプルな構成とすることができる。
【００３１】
また、上記した構成によれば、胴体部の大部分を断熱材で容易かつ確実に被覆することができる。そのため、本発明の燃焼装置は、胴体部に断熱材を被覆することにより、燃焼部から本体部に向けて放出される輻射熱の漏洩を最小限に抑制することができる。
【００３２】
請求項８に記載の発明は、本体部内で発生したドレンを燃焼装置の外部に排出するドレン排出部が、下流側蓋体側に接続されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００３３】
かかる構成によれば本体部の大部分を占める胴体部をシンプルな構成とすることができる。そのため、本発明の燃焼装置は、胴体部に断熱材を被覆するなどして、燃焼部から本体部に向けて放出される輻射熱の漏洩を最小限に抑制することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明の一実施形態である燃焼装置について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の燃焼装置を示す斜視図である。図２は、図１に示す燃焼装置を採用した燃料電池システムを示す模式図である。また、図３は、図１に示す燃焼装置のＡ−Ａ断面図である。図４は、図１に示す燃焼装置が備える上流側蓋体近傍を示す斜視図である。また、図５は、図１に示す燃焼装置が備える混合部を示す分解斜視図である。図６は、図１に示す燃焼装置が備えるバーナ内筒および、当該バーナ内筒に装着される燃焼筒と整流筒とを示す分解斜視図である。図７（ａ）は図１に示す燃焼装置が備える下流側蓋体の要部を拡大した断面図であり、（ｂ）はその変形例を示す断面図である。また、図８は図１に示す燃焼装置が備える断熱材の変形例である断熱材を示す斜視図である。
【００３５】
図１において、１は本実施形態の燃焼装置である。燃焼装置１は、図３に示すように固体高分子電解質型燃料電池２（Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ　　以下ＰＥＦＣと称す）を用いた燃料電池システム３に採用されている。燃焼装置１は、燃料電池システム３に供給される天然ガスやプロパンなどの燃料の水蒸気改質を行う燃料改質器５に接続されており、燃料の改質反応の熱源として用いられる。
【００３６】
外部から供給された燃料は、脱硫器６に供給され、燃料中に含まれている硫黄成分が除去される。脱硫器６から流出した燃料は燃料改質器５に流入し、燃焼装置１によって加熱されながら水蒸気改質反応を起こし、水素、二酸化炭素、一酸化炭素を含有する改質ガスとなる。
【００３７】
改質ガス中に含まれている一酸化炭素はＰＥＦＣ２の電極に担持されている白金触媒に対して触媒毒として作用する。そこで改質ガス中に含まれている一酸化炭素を除去すべく、燃料改質器５を出た改質ガスは、ＣＯ変成器７に供給される。改質ガスがＣＯ変成器７に供給されると、改質ガス中に含まれている一酸化炭素の大部分は二酸化炭素に変成される。
【００３８】
ＣＯ変成器７を出た改質ガスは、さらにＣＯ除去器８に供給され、上記したＣＯ変成器７において変成しきれず改質ガス中に残っている一酸化炭素が完全に除去される。そのため、ＣＯ除去器８から流出する改質ガスは水素ガス濃度が極めて高い。ＣＯ除去器８を経た改質ガスは、ＰＥＦＣ２のアノード側（燃料極側）に導入される。
【００３９】
ＰＥＦＣ２は、燃料が供給されるアノード１０と、空気が供給されるカソード１１と、アノード１０とカソード１１とにより挟まれた電解質１２とにより構成されている。さらに詳細には、ＰＥＦＣ２は、アノード１０、カソード１１および電解質１２等により構成される単電池を複数積層した電池スタックである。アノード１０およびカソード１１には、白金等の貴金属が担持されている。また、電解質１２には、Ｈ３　Ｏ＋　イオンを透過可能な陽イオン交換膜が採用されている。アノード１０において発生したＨ３　Ｏ＋　イオンは、電解質１２中を透過し、カソード１１側に至る。カソード１１側至ったＨ３　Ｏ＋　イオンは、カソード１１に供給される酸素と反応し、水と電子を発生する。カソード１１において発生した電子は、ＰＥＦＣ２に接続された外部回路中を流れ、アノード１０に至る。
【００４０】
上記したように、燃料電池システム３は燃料改質器５に燃料の改質に必要な熱量を供給するために図１に示す燃焼装置１が接続されている。図３に示すように燃焼装置１には、後述するガス供給管３８を介して天然ガス等の燃料が供給される。ガス供給管３８を介して供給される燃料は、ウオッベ指数が高く、一次空気と混合されることにより良好に燃焼される高熱量燃料である。また、燃焼装置１には、上記したＰＥＦＣ２のアノード１０に供給されたものの反応に寄与しなかった未反応ガス（オフガス）が、後述する循環ガス供給管３５を介して供給される。オフガスは、ＰＥＦＣ２において発生する水分を多く含み、水素を主成分とするガスであり、ウオッベ指数が低い低熱量燃料である。
【００４１】
燃料電池システム３の起動直後には、燃料改質器５、ＣＯ変成器７およびＣＯ除去器８が充分機能しておらず、例えこれらの装置を通過した改質ガスであっても、その水素ガス濃度（純度）はＰＥＦＣ２の駆動に適したものではない。そのため、燃料電池システム３の起動から、燃料改質器５、ＣＯ変成器７およびＣＯ除去器８が充分機能するまでの期間にＣＯ除去器８から排出される改質ガス（プロセスガス）は、循環ガス供給管３５を介して燃焼装置１に供給され、燃焼される。プロセスガスは、上記したオフガスと同様に水分および水素を多く含むガスであり、ウオッベ指数が低い低熱量燃料である。
【００４２】
燃焼装置１は全構成部材が耐食性の高いステンレス製であり、図３に示すように両端が開口した略円筒形の本体部２０の内部に、大別して燃焼筒２１と、混合部２２と、整流筒２３とを内蔵している。また、本体部２０の胴体部２０ａには空気を導入するための空気導入管２４が接続されている。燃焼装置１の本体部２０の両端には、本体部２０の中心軸に対して垂直外側方向に向かうフランジ部２５，２６が設けられている。フランジ部２５の端部には、燃料改質器５の接続部（図示せず）に係合するフランジ部２７が設けられている。
【００４３】
本体部２０の下方側に設けられているフランジ部２６には、上流側蓋体２８が固定されている。上流側蓋体２８は、図３，４に示すように、円盤状の板体であり、フランジ部２６の外形に略一致する形状を有する。上流側蓋体２８の略中央部には、後述する循環ガス供給管３５を挿通するための循環ガス供給口３０が設けられている。また、循環ガス供給口３０の周囲には、後述するガス供給管３８を接続するためのガス供給口３１と、点火プラグ３９、温度センサ４０およびフレームロッド４１を挿通するための挿通口３２，３３ａ，３３ｂが設けられている。さらに、循環ガス供給口３０の近傍には、燃焼駆動に伴い発生するドレンを排出するためのドレン排出口３４が設けられている。
【００４４】
上流側蓋体２８には、ＰＥＦＣ２から排出されるオフガスやＣＯ除去器８から排出されるプロセスガスが流れる循環ガス供給管３５が、循環ガス供給口３０に上流側蓋体２８の下面側（図４下方側）から挿入されている。循環ガス供給管３５は、先端側の周部に複数のガス噴出口３６を有する。ガス噴出口３６は、水平方向の成分を持つ方向、即ち燃焼筒２１の中心軸に対して交差する方向に開口している。さらに換言すれば、ガス噴出口３６は、ドレンの落下方向、即ち燃焼装置１の上下方向に対して交差する方向に開口している。そのため、ガス噴出口３６から噴出するガスは、燃焼筒２１の内壁方向に向かって噴射される。循環ガス供給管３５は、図３に示すようにガス噴出口３６側の端部が本体部２０の内部側（図３上方側）に突出している。
【００４５】
循環ガス供給管３５のガス噴出口３６側の端部には、図３，４に示すように保炎部３７（赤熱部材）が設けられている。保炎部３７は、中実で棒状の部材であり、循環ガス供給管３５のガス噴出口３６側の端部を閉塞している。保炎部３７は、後述する燃焼筒２１に形成される火炎により加熱され高温となり、この熱によってガス噴出口３６に形成される火炎の基部を加熱し、この火炎を保炎するものである。
【００４６】
図４に示すように、外部から天然ガスやプロパン等の燃料を供給するためのガス供給管３８が、上流側蓋体２８の下方側からガス供給口３１に接続されている。また、挿通口３２には、上流側蓋体２８の下方から燃焼筒２１内に噴射された燃料に点火するための点火プラグ３９が挿通され固定されている。また同様に、挿通孔３３ａ，３３ｂには、それぞれ燃焼筒２１内に形成される火炎の温度を検知するための温度センサ４０と、燃焼筒２１内に形成されている火炎を検知するためのフレームロッド４１とが挿通され固定されている。
【００４７】
また、上流側蓋体２８の下面側であって、ドレン排出口３４に相当する位置には、本体部２０内において発生したドレンを外部に排出するためのドレン排出管４３が接続されている。
【００４８】
一方、図３，４に示すように、上流側蓋体２８の上面側（図３，４上方側）には、ドレンガイド４５が設けられている。ドレンガイド４５は、円筒体であり、その一端側が溶接接合により上流側蓋体２８に固定され水密構造となっている。また、ドレンガイド４５は、上流側蓋体２８の略中心部に固定されており、ドレン排出口３４を包囲している。ドレンガイド４５は、また、ドレンガイド４５は、後述するバーナ内筒７１と連続しており、これにより燃焼筒２１内に発生するドレンを集結するドレン集結手段として機能する。
【００４９】
上流側蓋体２８の上方には、図３，４に示すように外部からガス供給管３８を通じて供給される燃料と、胴体部２０ａに設けられた空気導入管２４から本体部２０内に導入された空気とを混合するため混合部２２が設けられている。混合部２２は、図３，５に示すように、混合室ケース４６内に混合室仕切部材４７とスペーサー４８とバッフル板５０とを内蔵している。
【００５０】
混合室ケース４６は、両端が開口した円筒体であり、両端に混合室ケース４６の外側に向かうフランジ部５１と、混合室ケース４６の内側に向かうフランジ部５２とを有する。フランジ部５１は、混合室ケース４６を上流側蓋体２８に固定するためのネジ孔５３を複数有する。混合室ケース４６のフランジ部５２側の開口部５５は、燃焼筒２１の外径に略一致する形状を有する。混合室ケース４６の周囲には空気導入口５６が複数設けられている。空気導入口５６は、混合室ケース４６のフランジ５１側にそれぞれ３つずつ設けられている。空気導入口５６は、混合室ケース４６の周部に偏在している。さらに具体的には、空気導入口５６は、混合室ケース４６を本体部２０内に収納した際に空気導入管２４側を向く位置に偏在している。
【００５１】
混合室仕切部材４７は、図５に示すように、胴体部５８とフランジ部６０とにより構成されている。胴体部５８の外径は、上記した混合室ケース４６の内径と略一致している。また、胴体部５８の周囲であって上記した混合室ケース４６の空気導入口５６に相当する位置には、空気導入口６１が設けられている。混合室仕切部材４７の一端側（図５上方側）には、混合室仕切部材４７の内側に向かうフランジ部６０が設けられている。フランジ部６０であって、胴体部５８に設けられた空気導入口６１に略対向する位置に相当する部位には、フランジ部６０の下方と上方とを連通する連通孔６５が設けられている。混合室仕切部材４７は、胴体部５８が混合室ケース４６の内壁に密着しており、空気導入口５６が空気導入口６１と連通している。そのため、混合室仕切部材４７の内側は、空気導入口５６，６１を介して混合室ケース４６の外側と連通している。また、図３に示すように混合室仕切部材４７の内側には、ドレンガイド４５、胴体部５８およびフランジ部６０により包囲される予備混合室６３が形成されている。
【００５２】
混合室仕切部材４７の上方には、環状のスペーサー４８を介してバッフル板５０が配置されている。スペーサー４８およびバッフル板５０の外径は、混合室仕切部材４７の胴体部５８の外径と略一致している。バッフル板５０は円盤状の部材であり、中心に燃焼筒２１を挿通するための開口６７が設けられている。また、開口６７の周囲には複数の貫通孔６８が設けられている。混合室仕切部材４７の上方には、フランジ部６０、スペーサー４８およびバッフル板５０によって混合促進室６６が形成されている。また、図３に示すようにバッフル板５０と混合室ケース４６のフランジ部５２とによって混合ガス室７０が形成されている。
【００５３】
混合部２２には、図３に示すように上方からバーナ内筒７１が嵌め込まれている。また、上記したようにバーナ内筒７１は、ドレンガイド４５と連続しており、これにより燃焼筒２１内で発生したドレンをドレンガイド４５により包囲される領域内に集結するドレン集結手段として機能している。バーナ内筒７１は、図３，６に示すように開口径の異なる円筒体であるドレンガイド係合部７２と、燃焼筒支持部７３と、整流筒係合部７５とが連続した３段形状を有する。また、ドレンガイド係合部７２と燃焼筒支持部７３の境界部および燃焼筒支持部７３と整流筒係合部７５との境界部には、それぞれフランジ部７６，７７が設けられている。
【００５４】
ドレンガイド係合部７２は、外径がドレンガイド４５の内径と略同一であり、混合部２２の上方から挿通され、ドレンガイド４５と係合している。また、ドレンガイド係合部７２と燃焼筒支持部７３との境界にあるフランジ部７６は、ドレンガイド４５の上端部と当接している。燃焼筒２１の内部空間は、ドレンガイド４５により包囲される領域に連通している。そのため、燃焼駆動時に燃焼筒２１内において発生したドレンは、ドレンガイド係合部７２を介してドレンガイド４５によって包囲される領域内に集められる。
【００５５】
また、燃焼筒支持部７３は、ドレンガイド係合部７２よりも大径であり混合室ケース４６の開口部５５と略同一の外径を有する。燃焼筒支持部７３は、混合部２２の上方にある開口部５５から挿通されている。燃焼筒支持部７３と整流筒係合部７５との境界にあるフランジ部７７は、混合室ケース４６のフランジ部５２に当接している。燃焼筒支持部７３の高さ（軸方向の長さ）は、混合部２２のバッフル板５０から混合室ケース４６のフランジ部５２に至る長さと略同一である。また、燃焼筒支持部７３の周部には、全周にわたって複数の連通孔７８が設けられている。そのため、混合部２２の内部には、燃焼筒支持部７３、バッフル板５０および混合室ケース４６によって包囲される環状の混合ガス室７０が形成されており、混合ガス室７０は、連通孔７８を介して燃焼筒２１の内部側と連通している。
【００５６】
整流筒係合部７５は、燃焼筒支持部７３よりも大径であり、整流筒２３の外径と略同一の開口径を有する。整流筒係合部７５は、整流筒２３の下端部に当接しており、整流筒２３の径方向への移動が阻止されている。
【００５７】
バーナ内筒７１には上方から燃焼筒２１が挿通され固定されている。燃焼筒２１は、両端が開口した円筒体であり、本体部２０と軸心が略一致するように収納されている。燃焼筒２１は、周部に多数の２次空気孔８０および混合ガス炎孔８１が形成されている。２次空気孔８０は、燃焼筒２１の周部に略均一の間隔で設けられているが、図３，６に示す状態において後述する下流側蓋体８５側にあるものほどその開口面積が大きい。即ち、２次空気孔８０の開口面積は、燃焼筒２１の内部を通過する燃焼ガスの下流側に向かうに従い増大している。そのため、燃焼筒２１の内部には、下流側蓋体８５側ほどより多くの空気が導入される。
【００５８】
混合ガス炎孔８１は、燃焼筒２１の周部に略均一の間隔で設けられており、燃焼筒２１の内外を連通している。混合ガス炎孔８１は、燃焼筒２１をバーナ内筒７１の上方から挿通した際に燃焼筒支持部７３の連通孔７８に合致する位置に設けられている。そのため、混合部２２において空気と混合され、混合ガス室７０内に流入した混合ガスは、混合ガス炎孔８１から燃焼筒２１の内側に向けて噴射され、燃焼される。
【００５９】
燃焼筒２１の上端側（下流側蓋体８５側）には、円板型のフランジ部材８２が係合している。フランジ部材８２は、外径が整流筒２３の内径と略同一であり、整流筒２３の内側に当接している。そのため、燃焼筒２１は、上端側がフランジ部材８２によって支持されており、径方向への移動が阻止されている。
【００６０】
燃焼筒２１の周囲には、図６に示すように整流筒２３が設けられている。整流筒２３は、燃焼筒２１よりも大径で両端が開口した円筒体であり、その周部に多数の空気導入口８３が設けられている。空気導入口８３は、整流筒２３の周部に略均一の間隔で設けられているが、図３に示す状態において下流側蓋体８５側にあるものほどその開口面積が大きい。即ち、空気導入口８３の開口面積は、燃焼筒２１の内部を通過する燃焼ガスの下流側に向かうに従い増大している。そのため、整流筒２３の内部には、下流側蓋体８５側ほど多くの空気が流入する。
【００６１】
本体部２０の上端側（図３上方側）、即ち燃焼ガスの下流側には、下流側蓋体８５が設けられている。下流側蓋体８５は、図１，３に示すように本体部２０の上端側の開口部分を閉塞する閉塞部８６と、閉塞部８６の外周部分に設けられたフランジ部８７と、閉塞部８６の中心部に設けられた燃焼ガス排気口８８とを有する。
【００６２】
下流側蓋体８５の閉塞部８６は、平面視が略円形であり、本体部２０の上端側の開口に合致する形状である。閉塞部８６の裏面側（図３下方側）は、燃焼筒２１および整流筒２３の上端面に当接し支持されている。フランジ部８７は、閉塞部８６の外周部分を閉塞部８６に対して略垂直方向に折り返した部分であり、その周部に下流側蓋体８５を本体部２０に固定するためのネジ孔が設けられている。
【００６３】
燃焼ガス排気口８８は、燃料改質器５の接続部（図示せず）に相当する大きさの開口である。燃焼ガス排気口８８の開口径は、燃焼筒２１の内径よりも小さい。燃焼ガス排気口８８の周部には、閉塞部８６に対して略垂直で、本体部２０の軸方向に突出した接続フランジ９１（突出部）が設けられている。また、閉塞部８６と接続フランジ９１との境界部は、図７に示すようになだらかに屈曲している。また同様に、接続フランジ９１の端部は、内側に向かって屈曲している。燃焼装置１は、接続フランジ９１を燃料改質器５の接続部に係合させることにより燃料改質器５と接続されている。
【００６４】
本体部２０のうち胴体部２０ａには、空気導入管２４を交わすようにして断熱材９２が巻き付けられている。断熱材９２は、グラスウール断熱材やセラミック断熱材などのシート状の部材であり、本体部２０の内部において燃焼駆動に伴い発生している熱の漏洩を防止するものである。
【００６５】
続いて、本実施形態の燃焼装置１におけるガスおよび空気の流れについて説明する。上記したように、燃焼装置１には、外部から天然ガスやプロパンなどの高熱量燃料と、空気が供給される。またさらに、燃焼装置１には、ＰＥＦＣ２において反応しきれずに残ったオフガスや、ＣＯ除去器８から排出されたプロセスガスなどの低熱量燃料も導入される。
【００６６】
外部から供給される高熱量燃料は、ガス供給管３８を介してドレンガイド４５と混合室仕切部材４７との間に形成されている予備混合室６３内に導入される。一方、外部から供給される空気は、本体部２０の胴体部２０ａに設けられた空気導入管２４を通じて本体部２０の内部に導入される。本体部２０内に導入された空気の一部は、整流筒２３の空気導入口８３を介して整流筒２３の内側に流れ込む。一方、本体部２０内に導入された空気の残部は、整流筒２３の下方の混合室ケース４６に設けられた空気導入口５６および混合室仕切部材４７の空気導入口６１を通じて、予備混合室６３の内部に流入する。
【００６７】
予備混合室６３内に流入した高熱量燃料と空気とは、互いに混合しながら前記空間内を移動し、フランジ６０の連通孔６５から混合促進室６６側へ流出する。ここで、フランジ６０の連通孔６５の開口面積は、予備混合室６３の流路断面積よりも小さく連通孔６５は予備混合室６３側から混合促進室６６側に流れる混合ガスの流れ抵抗となるため、連通孔６５を通過する際に高熱量燃料と空気との混合が一層促進される。
【００６８】
連通孔６５から混合促進室６６内に流入した高熱量燃料と空気との混合ガスは、連通孔６５よりもさらに開口面積の小さな貫通孔６８を通じて混合ガス室７０内に流入する。混合ガス室７０内に流入した燃料と空気との混合ガスは、混合ガス室７０を形成しているバーナ内筒７１に設けられている連通孔７８および、当該連通孔７８に連通している燃焼筒２１の混合ガス炎孔８１を通じて燃焼筒２０の内側に噴射される。混合ガス炎孔８１から噴射された混合ガスは、点火プラグ３９により点火され、混合ガス炎孔８１に火炎を形成すると共に燃焼ガスを発生する。
【００６９】
燃料電池システム３において排出されるプロセスガスやオフガスといった低熱量燃料は、１次空気と混合されることなく燃焼筒２１内に挿通されている循環ガス供給管３５内を流れ、ガス噴出口３６から燃焼筒２１の径方向に向けて噴射される。
【００７０】
一方、空気導入管２４から導入され、整流筒２３の空気導入口８３を介して整流筒２３の内側に流れ込んだ空気の一部は、整流筒２３と燃焼筒２１との間に空気層を形成し、残部は燃焼筒２１の２次空気孔８０から燃焼筒２１の内部に流入する。燃焼筒２１内に流入した空気は、循環ガス供給管３５のガス噴出口３６から導入されたプロセスガスやオフガスといった低熱量燃料が燃焼する際の２次空気として混合された後に燃焼し、燃焼ガスを発生する。
【００７１】
燃焼筒２１内において発生した高温の燃焼ガスは、燃焼筒２１内を上昇し、下流側蓋体８５の中心に設けられた燃焼ガス排気口８８から排出される。燃焼ガス排気口８８から排出された燃焼ガスは、燃料改質器５の接続部（図示せず）から燃料改質器５内に流入し、天然ガス等の水蒸気改質の熱源として利用される。
【００７２】
ガス供給管３８から供給された燃料ガスおよび、燃料電池システム３内において発生したオフガスやプロセスガスを燃焼することにより発生したドレンは、燃焼筒２１を伝い、バーナ内筒７１およびドレンガイド４５により構成されているドレン集結手段により上流側蓋体２８側に集結され、ドレンガイド４５により包囲されている領域内に流入する。上流側蓋体２８側に落下したドレンは、ドレン排出口３４に接続されたドレン排出管４３を通じて外部に排出される。
【００７３】
本実施形態の燃焼装置１において、低熱量燃料であるオフガスやプロセスガスを噴射し火炎を形成するガス噴出口３６は、水平方向の成分を持つ方向に開口している。そのため、燃焼駆動に伴い発生するドレンやスケールは重力の影響を受けて燃焼部内を落下しガス噴出口３６の閉塞を防止することができ、供給された燃料の大部分を完全燃焼することができる。そのため燃焼装置１は、未燃成分や一酸化炭素等の有毒ガスの排出量が極めて少なく、エネルギー変換効率が高く、環境に調和した燃焼駆動を行うことができる。
【００７４】
また、燃焼装置１は、燃焼筒２１内に形成される火炎により赤熱する保炎部３７が低熱量ガスが噴出するガス噴出口３６の近傍に設けられている。そのため、ガス噴出口３６に形成される火炎は、保炎部３７の放出する熱により加熱され安定化される。よって、燃焼装置１は、ウオッベ指数が低く安定燃焼が困難であるオフガスやプロセスガスといった低熱量燃料を安定燃焼することができる。
【００７５】
上記したように、燃焼装置１は、ウオッベ指数の低い低熱量燃料と、ウオッベ指数の高い高熱量燃料とを別々の経路で燃焼筒２１内に導入し燃焼している。即ち、本実施形態においては、一次空気の存在下で逆火現象が起こりやすい、ウオッベ指数の低いオフガスやプロセスガスを、循環ガス供給口３０を介して直接燃焼筒２１内に導入して燃焼している。一方、外部から導入され、一次空気の存在下において燃焼状態が良好であるウオッベ指数の高い天然ガスやプロパンなどの高熱量燃料は、混合部２２において予め空気と混合した上で燃焼筒２１内に導入し燃焼する構成である。そのため、本実施形態の燃焼装置１によれば、導入される燃料の性質、即ちウオッベ指数の違いに応じて燃焼に最適な状態で空気を供給し、完全燃焼することができる。従って、上記した構成によれば、ウオッベ指数の異なる２種類の燃料を同時に安定燃焼できる。
【００７６】
本実施形態において、バーナ内筒７１およびドレンガイド４５によって構成されるドレン集結手段によって燃焼筒２１において発生したドレンは、ドレンガイド４５によって包囲される領域内に集結され、ドレン排出管４３を通じて滞りなく排出される。そのため、燃焼装置１においては、ドレンがガス噴出口３６等に付着することによる燃焼不良がほとんど発生しない。
【００７７】
本実施形態の燃焼装置１において、２次空気孔８０は、燃焼筒２１の上端側（図３上方側）、即ち燃焼ガスの下流側に設けられたものほど、その開口面積が大きい。そのため、燃焼筒２１内には、燃焼ガスの下流側ほど多くの空気が流入する。よって、燃焼ガスが滞留するなどして高温となりがちである燃焼ガスの下流側は、燃焼筒２１内に流入した空気によって空冷される。また、本実施形態の燃焼装置１においては、燃焼筒２１と整流筒２３との間に空気層が形成されている。一般的に、空気は金属よりも熱伝導率が低く断熱効果を有するため、燃焼筒２１において発生した燃焼ガスの持つ熱量は外部に漏洩しない。よって、本実施形態の燃焼装置１は熱効率が高く、燃料電池システム３全体のエネルギー変換効率の向上に寄与することができる。
【００７８】
本実施形態の燃焼装置１においては、循環ガス供給管３５、ガス供給管３８、点火プラグ３９、温度センサ４０およびフレームロッド４１が本体部２０の底面をなす上流側蓋体２８に接続されている。即ち、燃焼装置１は、循環ガス供給管３５やガス供給管３８などの燃料ガスを本体部２０内に供給するガス供給系統と、点火プラグ３９、温度センサ４０、フレームロッド４１などの電装装置とが上流側蓋体２８に集中的に設けられている。また、燃焼筒２１内で発生した燃焼ガスを排出する燃焼ガス排気口８８は、本体部２０の天面をなす下流側蓋体８５に設けられている。即ち、本体部２０の胴体部２０ａには、空気導入管２４のみが取り付けられており、他の配管等は本体部２０の天面あるいは底面側に集中的に設けられている。そのため、本実施形態の燃焼装置１は、胴体部２０ａに容易に断熱材９２を巻き付けることができ、胴体部２０ａの大部分を断熱材９２で被覆することができる。従って、燃焼装置１では、本体部２０の内部において発生した熱エネルギーの漏出を最小限に抑制することができ、燃料電池システム３のエネルギー変換効率を向上することができる。
【００７９】
上記実施形態において、本体部２０にはシート状の断熱材９２を装着した構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図８に示すように本体部２０に沿う形状に成形された筒状の断熱材９３ａ，９３ｂに、空気導入管２４に沿う形状に切り欠き部９５ａ，９５ｂを設けたものを装着することも可能である。かかる構成によれば、断熱材９３ａ，９３ｂによって本体部２０をより一層確実に包囲することができ、外部への熱エネルギーの漏洩を最小限に抑制すると共に、より一層エネルギー変換効率を向上することが可能である。なお、断熱材９３ａ，９３ｂは、いかなる材質で構成されても良いが、断熱材９２と同様に、グラスウール断熱材やセラミック断熱材等の断熱性に優れた材質で構成されることが望ましい。
【００８０】
上記した燃焼装置１は、本体部２０の周部に空気導入管２４を設けた構成であったが、空気導入管２４は必ずしも本体部２０に設ける必要はない。即ち、空気導入管２４は、本体部２０の内側に空気を導入できる位置であればいかなる位置に設けられていても良く、上流側蓋体２８や下流側蓋体８５に設けられていても良い。かかる構成によれば、本体部２０をさらにシンプルな構成とすることができ、シート状の断熱材９２であっても容易且つ確実に本体部２０を包囲することができる。従って、上記した構成によれば、燃焼装置１から漏洩する熱量を最小限に抑制し、燃料電池システム３全体のエネルギー変換効率を改善できる。
【００８１】
本実施形態の燃焼装置１は、本体部２０の内部側に燃焼筒２１を包囲する整流筒２３を備えている。そのため、燃焼筒２１内における燃焼駆動に伴い発生する燃焼筒２１から本体部２０側に向けて放射される輻射熱が整流筒２３によって遮られ、本体部２０には伝播しない。従って、上記した構成によれば、燃焼筒２１において発生した熱エネルギーの放散を最小限に抑制することができる。
【００８２】
また、上記したように、燃焼装置１では整流筒２３の内側および外側に、空気導入管２４から流入した空気による空気層が形成される場合がある。通常、空気は金属等に比べて熱伝導率が低い。そのため、燃焼筒２１から本体部２０側に向けて放射される輻射熱は、燃焼筒２３の内外に形成される空気層によっても遮られ、本体部２０には伝播しない。従って、本実施形態の燃焼装置１は、燃焼駆動により発生した熱エネルギーの大部分を外部に放出することなく燃料改質器５側に供給することができ、燃料電池システム３全体のエネルギー変換効率を向上することができる。
【００８３】
上記した燃焼装置１は、下流側蓋体８５に設けられた燃焼ガス排気口８８が燃焼筒２１の開口径よりも小さいため、燃焼時に発生する高温の燃焼ガスは、燃焼ガスの下流側にある下流側蓋体８５の閉塞部８６に接触する。そのため、下流側蓋体８５は、高温の燃焼ガスにより加熱され高温となり、燃焼ガスの持つ熱エネルギーが閉塞部８６の表面から漏出する恐れがある。一方、燃焼装置１は、上記したように燃焼筒２１に設けられた２次空気孔８０および整流筒２３に設けられた空気導入口８３が、下流側蓋体８５側にあるものほどその開口面積が大きく、下流側蓋体８５側に多くの空気が導入される。そのため、燃焼装置１においては、下流側蓋体８５が外部から導入された比較的低温の空気によって冷却される。また、下流側蓋体８５側に導入された空気は、下流側蓋体８５の内側に空気層を形成するため、下流側蓋体８５側へ伝播する燃焼ガスの熱エネルギー量を大幅に削減することができる。従って、上記した構成によれば、下流側蓋体８５が過度に高温とならず、下流側蓋体８５側からの熱エネルギーの放散を最小限に抑制することができる。
【００８４】
本実施形態の燃焼装置１は、下流側蓋体８５に設けられた燃焼ガス排気口８８が燃焼筒２１の開口径よりも小さいため、燃焼ガス排気口８８から排出される燃焼ガスの流速は、燃焼ガス排気口８８が燃焼筒２１の開口径と同程度である場合に比べて速い。そのため、本発明の燃焼装置１によれば燃焼ガス排気口８８から排出された燃焼ガスを勢いよく燃料改質器５内に供給し、燃料改質器５内の所望の位置まで迅速かつ均等に導入することができる。従って、上記した構成によれば、燃料電池システム３の起動に要する時間を短縮し、燃料改質器５における改質精度を向上することができる。
【００８５】
また、本実施形態の燃焼装置１において、下流側蓋体８５の閉塞部８６と接続フランジ９１との境界部および接続フランジ９１の端部は、図７（ａ）に示すようになだらかに屈曲している。そのため、燃焼筒２１内において発生した燃焼ガスにより下流側蓋体８５が高温となっても、下流側蓋体８５の閉塞部８６と接続フランジ９１との境界部や接続フランジ９１の端部において下流側蓋体８５に作用する熱応力が除去されるため、下流側蓋体８５の損傷や歪みが起こらない。なお、上記した実施形態においては、下流側蓋体８５に作用する熱応力を効率的に除去するために閉塞部８６と接続フランジ９１との境界部に加えて、接続フランジ９１の端部にもなだらかに屈曲した屈曲部を設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図７（ｂ）に示すように閉塞部８６と接続フランジ９１との境界部のみ屈曲部を設ける構成としてもよい。
【００８６】
本実施形態では、燃焼装置１を固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）２を採用した燃料電池システム３に採用した例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、アルカリ電解質型燃料電池（ＡＦＣ）やリン酸電解質型燃料電池（ＰＡＦＣ）等あらゆるタイプの燃料電池あるいは当該燃料電池を採用した燃料電池システムに採用することができる。
【００８７】
本実施形態の燃焼装置１は、ドレン等による腐食を防止すべく全構成部材をステンレス製としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ステンレス以外のいかなる材質で製作されても良い。しかし、ドレン等による腐食や、耐久性、強度等を考慮すれば、燃焼装置１はステンレス等の材質で作成されることが望ましい。
【００８８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、燃焼装置の本体部の胴体部をシンプルな構成とすることができる。
【００８９】
また、請求項２に記載の発明によれば、燃焼部から本体部側に向けて放射される輻射熱を整流手段によって遮ることにより、燃焼部において発生した熱エネルギーの外部への漏洩を最小限に抑制することができる。
【００９０】
請求項３に記載の発明によれば、本体部の胴体部を極めてシンプルな構成とすることができる。また、燃焼駆動に伴い燃焼部から本体部側に向けて放射される輻射熱を整流手段によって遮断することにより、本体部が過度に高温とならず、熱エネルギーの漏洩も最小限に抑制することができる。
【００９１】
請求項４に記載の発明によれば、燃焼ガスが局在し高温となる恐れがある燃焼ガスの下流側に比較的低温の空気を多く供給し、この部位を効率よく空冷することができる。
【００９２】
請求項５に記載の発明によれば、燃焼装置に接続されている燃料改質器内の所望の位置まで燃焼ガスを迅速かつ均等に導入することができる。
【００９３】
また、請求項６に記載の発明によれば、下流側蓋体が過度に過熱されることにより発生する熱応力を突出部において効率よく除去でき、熱応力による下流側蓋体の損傷や歪みが起こらない。
【００９４】
請求項７に記載の発明によれば、燃焼装置の本体部の胴体部をシンプルな構成とすることができる。
【００９５】
請求項８に記載の発明によれば、本体部の胴体部をシンプルな構成とすると共に、燃焼時に発生するドレンをスムーズに排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の燃焼装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す燃焼装置を採用した燃料電池システムを示す模式図である。
【図３】図１に示す燃焼装置のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１に示す燃焼装置が備える上流側蓋体近傍を示す斜視図である。
【図５】図１に示す燃焼装置が備える混合部を示す分解斜視図である。
【図６】図１に示す燃焼装置が備えるバーナ内筒および、当該バーナ内筒に装着される燃焼筒と整流筒とを示す分解斜視図である。
【図７】図１に示す燃焼装置が備える下流側蓋体の要部を拡大した断面図である。
【図８】図１に示す燃焼装置が備える断熱材の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　燃焼装置
５　燃料改質器
２０　本体部
２０ａ　胴体部
２１　燃焼筒
２３　整流筒
２８　上流側蓋体
３０　循環ガス供給口
３１　ガス供給口
３２，３３ａ，３３ｂ　挿通口
３４　ドレン排出口
３５　循環ガス供給管
３８　ガス供給管
３９　点火プラグ
４０　温度センサ
４１　フレームロッド
４３　ドレン排出管
８０　２次空気孔
８３　空気導入口
８５　下流側蓋体
８６　閉塞部
８８　燃焼ガス排気口
９１　接続フランジ
９２　断熱材
【図１】
2004028521.tif 000003
【図２】
2004028521.tif 000004
【図３】
2004028521.tif 000005
【図４】
2004028521.tif 000006
【図５】
2004028521.tif 000007
【図６】
2004028521.tif 000008
【図７】
2004028521.tif 000009
【図８】
2004028521.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成15年3月19日(2003.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【特許請求の範囲】
【請求項１】炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部と、当該燃焼部内に燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼部内で発生した燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、前記燃焼部内に供給された燃料を点火する点火装置とを有し、前記本体部は胴体部と、燃焼部において発生した燃焼ガスの上流側に位置する上流側蓋体と、燃焼ガスの下流側に位置する下流側蓋体とを有し、前記燃料供給部は上流側蓋体に設けられており、前記燃焼ガス排出部は下流側蓋体に設けられており、点火装置は、前記上流側蓋体側又は下流側蓋体側から接続されていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部とを有し、前記本体部と燃焼部との間には整流手段が設けられていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項３】炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部と、当該燃焼部内に燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼部内で発生した燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、前記燃焼部内に供給された燃料を点火する点火装置とを有し、前記本体部は胴体部と、燃焼部において発生した燃焼ガスの上流側に位置する上流側蓋体と、燃焼ガスの下流側に位置する下流側蓋体とを有し、前記燃料供給部は上流側蓋体に設けられており、前記燃焼ガス排出部は下流側蓋体に設けられており、点火装置は、前記上流側蓋体側又は下流側蓋体側から接続されており、前記本体部と燃焼部との間には整流手段が配置されていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項４】整流手段は、燃焼部を包囲し、周部に内外を連通する複数の空気導入口を有する筒状体であり、前記空気導入口は、燃焼部内を通過する燃焼ガスの上流側に相当する位置に設けられているものよりも、燃焼ガスの下流側に相当する位置に設けられているものの方が開口面積が大きいことを特徴とする請求項２又は３に記載の燃焼装置。
【請求項５】燃焼ガス排出部の開口径は、燃焼部の内径よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項６】燃焼ガス排出部には、周方向の一部又は全周にわたって燃焼ガスの流れ方向に突出した突出部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項７】電装装置は、上流側蓋体側及び／又は下流側蓋体側から挿通されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項８】本体部内で発生したドレンを燃焼装置の外部に排出するドレン排出部は、下流側蓋体側に接続されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃焼装置に関するものであり、特に燃料電池システム等に供給される燃料の改質を行う燃料改質器に好適に使用可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エネルギーの大量消費に伴うエネルギー資源の枯渇や環境問題が、社会的問題となっている。現在、この問題の解決のために、環境に調和し、高効率かつ安定に駆動可能な新規発電デバイスの開発が望まれている。そこで、これらの要件を満たしうる次世代発電デバイスの有力な候補として燃料電池システムが注目されている。
【０００３】
燃料電池は、主としてアノードと、カソードと、アノードとカソードに挟まれた電解質とから構成されている。アノードでは燃料が酸化され、カソードでは酸素が還元される。アノードには、純水素や、燃料改質器によりメタノール、ガソリン、天然ガス、プロパンなどの燃料を水蒸気改質した改質ガスが供給されている。
【０００４】
燃料改質器においてメタノール、ガソリン、天然ガス、プロパンなどの燃料が起こす反応は吸熱反応である。そのため、燃料の改質反応を促進するために、従来技術の燃料改質器にはバーナ等の燃焼装置が熱源として接続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
燃料改質器における燃料の改質反応を安定して行うため、燃焼装置は、燃料改質器におおよそ７００℃〜１０００℃という高温の燃焼ガスを供給する必要がある。そのため、燃焼駆動時に燃焼装置から放出される熱量は非常に大きく、燃料電池システムのエネルギー変換効率を向上させるためには、燃料改質器にから放出される熱量を最小限に抑制する必要がある。
【０００６】
従来の燃料電池システムにおいては、燃料改質器に接続されている燃焼装置の放熱対策が未だ不十分であり、燃焼駆動に伴い発生した輻射熱の多くは本体部に伝播し、外部に放出されてしまっていた。そのため、従来の燃焼装置はエネルギー変換効率が低く、その結果として燃料電池システム全体のエネルギー変換効率を低下させる一因となってしまっていた。
【０００７】
そこで、本発明においては、本体部から漏出する熱量が極めて少ない燃料改質器の熱源用の燃焼装置の提供を目的とした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで上記した課題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部と、当該燃焼部内に燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼部内で発生した燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、前記燃焼部内に供給された燃料を点火する点火装置とを有し、前記本体部は胴体部と、燃焼部において発生した燃焼ガスの上流側に位置する上流側蓋体と、燃焼ガスの下流側に位置する下流側蓋体とを有し、前記燃料供給部は上流側蓋体に設けられており、前記燃焼ガス排出部は下流側蓋体に設けられており、点火装置は、前記上流側蓋体側又は下流側蓋体側から接続されていることを特徴とする燃焼装置である。
【０００９】
本発明の燃焼装置において、前記燃料供給部は上流側蓋体に設けられており、前記燃焼ガス排出部は下流側蓋体に設けられており、点火装置は、前記上流側蓋体側又は下流側蓋体側から接続されている。そのため、上記した構成によれば、本体部の主要部をなす胴体部をシンプルな構成とすることができる。
【００１０】
上記したように、本発明の燃焼装置は胴体部がシンプルな構成であるため、胴体部の大部分を断熱材で被覆することができる。そのため、上記した構成によれば、本体部の内部で発生した熱の漏洩を最小限に抑制することができる。また、上記した構成によれば胴体部に断熱材を容易に巻き付けることができるため、本発明の燃焼装置は、組み立ての作業効率が高い。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部とを有し、前記本体部と燃焼部との間には整流手段が設けられていることを特徴とする燃焼装置である。
【００１２】
本発明の燃焼装置は、本体部の内側で燃焼部を包囲する位置に整流手段を備えている。そのため、燃焼駆動に伴いる燃焼部から本体部側に向けて放射される輻射熱が整流手段によって遮られ、本体部にはほとんど伝播しない。従って、上記した構成によれば、燃焼部において発生した熱エネルギーの外部への放散を最小限に抑制することができる。
【００１３】
また、本発明の燃焼装置では、整流手段の内側および外側に外部から導入された空気による空気層が形成される場合がある。通常、空気は金属等に比べて熱伝導率が低いため、前記空気層は断熱層として機能する。本発明の燃焼装置では、燃焼部から本体部側に向けて放射される輻射熱は、燃焼部の内外に形成される空気層によっても遮断され、本体部には伝播しない。従って、上記した構成によれば、燃料の燃焼により発生した熱エネルギーの大部分を燃料改質器側に供給することができる。
【００１４】
また、上記したように輻射熱がほとんど本体部に伝播しないため、本体部は比較的低温に維持され過度に高温とならない。そのため、本発明の燃焼装置においては、本体部が過度に高温となることによる減肉がほとんど起こらない。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部と、当該燃焼部内に燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼部内で発生した燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、前記燃焼部内に供給された燃料を点火する点火装置とを有し、前記本体部は胴体部と、燃焼部において発生した燃焼ガスの上流側に位置する上流側蓋体と、燃焼ガスの下流側に位置する下流側蓋体とを有し、前記燃料供給部は上流側蓋体に設けられており、前記燃焼ガス排出部は下流側蓋体に設けられており、点火装置は、前記上流側蓋体側又は下流側蓋体側から接続されており、前記本体部と燃焼部との間には整流手段が配置されていることを特徴とする燃焼装置である。
【００１６】
本発明の燃焼装置は、燃料供給部、燃焼ガス排出部および点火装置が上流側蓋体あるいは下流側蓋体に集中的に設けられているため、胴体部を極めてシンプルな構成とすることができる。
【００１７】
上記したように、本発明の燃焼装置は、本体部を構成する胴体部がシンプルな構成であるため、胴体部の大部分を断熱材で被覆し、胴体部の露呈部分を最小限とできる。かかる構成によれば、例え本体部の内部で発生した熱が本体部に伝播しても、胴体部の表面に設けた断熱材によって熱の放射を防止することができる。また、本発明の燃焼装置は、胴体部がシンプルであるため断熱材の巻き付け作業を容易に行える。
【００１８】
また、本発明の燃焼装置は、本体部の内側において整流手段が燃焼部を包囲している。そのため、燃焼駆動に伴い燃焼部から本体部側に向けて放射される輻射熱が整流手段によって遮られ、本体部にはほとんど伝播しない。従って、上記した構成によれば、燃焼駆動に伴って発生した熱エネルギーの漏洩を最小限に抑制することができる。
【００１９】
また、本発明の燃焼装置では、整流手段の内外側に本体部内に導入された外気による空気層が形成される場合がある。この場合、燃焼部から本体部側に向けて放射される輻射熱は、燃焼部の内外に形成される空気層によっても遮断される。そのため、上記した構成によれば、燃料の燃焼により発生した熱エネルギーの大部分を燃料改質器側に供給することができる。
【００２０】
また、本発明の燃焼装置は、輻射熱がほとんど本体部に伝播しないため、本体部が過度に高温とならない。そのため、本発明の燃焼装置においては、本体部が過度に高温となることによる減肉や損傷がほとんど起こらない。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、整流手段が、燃焼部を包囲し、周部に内外を連通する複数の空気導入口を有する筒状体であり、前記空気導入口は、燃焼部内を通過する燃焼ガスの上流側に相当する位置に設けられているものよりも、燃焼ガスの下流側に相当する位置に設けられているものの方が開口面積が大きいことを特徴とする請求項２又は３に記載の燃焼装置である。
【００２２】
本発明の燃焼装置において、燃焼部内に発生する燃焼ガスは、多くの場合燃焼ガスの下流側に局在する傾向にある。燃焼部内に発生する燃焼ガスは高温であるため、前記したように燃焼部内に局在すると、当該部位に集中的に熱応力が作用する。一方、本発明の燃焼装置においては、整流手段に設けられている空気導入口は、燃焼ガスの下流側に設けられているものの方が、燃焼ガスの上流側に設けられているもののよりも開口面積が大きい。そのため、燃焼ガスが局在し高温となる恐れがある部分に比較的低温の空気を多く供給し、この空気によって空冷することができる。
【００２３】
また、燃焼ガスの下流に導入された空気は、下流側蓋体の近傍に空気層を形成する場合がある。この場合、燃焼駆動に伴い下流側蓋体側に伝播する輻射熱を大幅に遮断することができる。従って、上記した構成によれば、下流側蓋体の温度上昇や下流側蓋体側からの熱エネルギーの放散を最小限に抑制することができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、燃焼ガス排出部の開口径が、燃焼部の内径よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００２５】
従来、燃焼装置に接続される燃料改質器の多くは内部構造が複雑であるため、燃焼ガスを所望の位置まで均等に燃焼ガスを供給するのは困難である場合が多い。また、特に燃料改質器の起動直後には、燃焼ガスが前記燃料改質器内の所望の位置に達するまでに相当の時間を要していた。そのため、従来は燃料改質器における燃料の改質精度が不十分であったり、十分な改質精度を得るためには相当の時間を要していた。
【００２６】
一方、本発明の燃焼装置は、燃焼ガス排出部の開口径が燃焼部の開口径よりも小さいため、燃焼ガスは燃焼ガス排気部から勢いよく排出される。そのため、本発明の燃焼装置によれば、当該燃焼装置に接続されている燃料改質器内の所望の位置まで燃焼ガスを迅速かつ均等に導入することができる。よって、本発明の燃焼装置よれば、燃料改質器における改質精度を向上すると共に、燃料改質器の起動から十分な改質精度を得るために要する時間を短縮することができる。
【００２７】
また、請求項６に記載の発明は、燃焼ガス排出部には、周方向の一部又は全周にわたって燃焼ガスの流れ方向に突出した突出部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００２８】
かかる構成によれば、燃焼部内において発生した燃焼ガスにより下流側蓋体が加熱されても、これにより作用する熱応力が突出部において放散されるため、下流側蓋体の損傷や歪みが起こらない。
【００２９】
請求項７に記載の発明は、電装装置が、上流側蓋体側及び／又は下流側蓋体側から挿通されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００３０】
通常、燃焼装置は、燃焼部において形成されている火炎の状態を検知すべく温度検知手段やフレームロッドなどに代表される電装装置を具備している。本発明の燃焼装置においては、前記したような電装装置が上流側蓋体側及び／又は下流側蓋体側から挿通されているため、本体部の主要部をなす胴体部をシンプルな構成とすることができる。
【００３１】
また、上記した構成によれば、胴体部の大部分を断熱材で容易かつ確実に被覆することができる。そのため、本発明の燃焼装置は、胴体部に断熱材を被覆することにより、燃焼部から本体部に向けて放出される輻射熱の漏洩を最小限に抑制することができる。
【００３２】
請求項８に記載の発明は、本体部内で発生したドレンを燃焼装置の外部に排出するドレン排出部が、下流側蓋体側に接続されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００３３】
かかる構成によれば本体部の大部分を占める胴体部をシンプルな構成とすることができる。そのため、本発明の燃焼装置は、胴体部に断熱材を被覆するなどして、燃焼部から本体部に向けて放出される輻射熱の漏洩を最小限に抑制することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明の一実施形態である燃焼装置について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の燃焼装置を示す斜視図である。図２は、図１に示す燃焼装置を採用した燃料電池システムを示す模式図である。また、図３は、図１に示す燃焼装置のＡ−Ａ断面図である。図４は、図１に示す燃焼装置が備える上流側蓋体近傍を示す斜視図である。また、図５は、図１に示す燃焼装置が備える混合部を示す分解斜視図である。図６は、図１に示す燃焼装置が備えるバーナ内筒および、当該バーナ内筒に装着される燃焼筒と整流筒とを示す分解斜視図である。図７（ａ）は図１に示す燃焼装置が備える下流側蓋体の要部を拡大した断面図であり、（ｂ）はその変形例を示す断面図である。また、図８は図１に示す燃焼装置が備える断熱材の変形例である断熱材を示す斜視図である。
【００３５】
図１において、１は本実施形態の燃焼装置である。燃焼装置１は、図２に示すように固体高分子電解質型燃料電池２（Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ　　以下ＰＥＦＣと称す）を用いた燃料電池システム３に採用されている。燃焼装置１は、燃料電池システム３に供給される天然ガスやプロパンなどの燃料の水蒸気改質を行う燃料改質器５に接続されており、燃料の改質反応の熱源として用いられる。
【００３６】
外部から供給された燃料は、脱硫器６に供給され、燃料中に含まれている硫黄成分が除去される。脱硫器６から流出した燃料は燃料改質器５に流入し、燃焼装置１によって加熱されながら水蒸気改質反応を起こし、水素、二酸化炭素、一酸化炭素を含有する改質ガスとなる。
【００３７】
改質ガス中に含まれている一酸化炭素はＰＥＦＣ２の電極に担持されている白金触媒に対して触媒毒として作用する。そこで改質ガス中に含まれている一酸化炭素を除去すべく、燃料改質器５を出た改質ガスは、ＣＯ変成器７に供給される。改質ガスがＣＯ変成器７に供給されると、改質ガス中に含まれている一酸化炭素の大部分は二酸化炭素に変成される。
【００３８】
ＣＯ変成器７を出た改質ガスは、さらにＣＯ除去器８に供給され、上記したＣＯ変成器７において変成しきれず改質ガス中に残っている一酸化炭素が完全に除去される。そのため、ＣＯ除去器８から流出する改質ガスは水素ガス濃度が極めて高い。ＣＯ除去器８を経た改質ガスは、ＰＥＦＣ２のアノード側（燃料極側）に導入される。
【００３９】
ＰＥＦＣ２は、燃料が供給されるアノード１０と、空気が供給されるカソード１１と、アノード１０とカソード１１とにより挟まれた電解質１２とにより構成されている。さらに詳細には、ＰＥＦＣ２は、アノード１０、カソード１１および電解質１２等により構成される単電池を複数積層した電池スタックである。アノード１０およびカソード１１には、白金等の貴金属が担持されている。また、電解質１２には、Ｈ３　Ｏ＋　イオンを透過可能な陽イオン交換膜が採用されている。アノード１０において発生したＨ３　Ｏ＋　イオンは、電解質１２中を透過し、カソード１１側に至る。カソード１１側に至ったＨ３　Ｏ＋　イオンは、カソード１１に供給される酸素と反応し、水と電子を発生する。カソード１１において発生した電子は、ＰＥＦＣ２に接続された外部回路中を流れ、アノード１０に至る。
【００４０】
上記したように、燃料電池システム３は燃料改質器５に燃料の改質に必要な熱量を供給するために図１に示す燃焼装置１が接続されている。図３に示すように燃焼装置１には、後述するガス供給管３８を介して天然ガス等の燃料が供給される。ガス供給管３８を介して供給される燃料は、ウオッベ指数が高く、一次空気と混合されることにより良好に燃焼される高熱量燃料である。また、燃焼装置１には、上記したＰＥＦＣ２のアノード１０に供給されたものの反応に寄与しなかった未反応ガス（オフガス）が、後述する循環ガス供給管３５を介して供給される。オフガスは、ＰＥＦＣ２において発生する水分を多く含み、水素を主成分とするガスであり、ウオッベ指数が低い低熱量燃料である。
【００４１】
燃料電池システム３の起動直後には、燃料改質器５、ＣＯ変成器７およびＣＯ除去器８が充分機能しておらず、例えこれらの装置を通過した改質ガスであっても、その水素ガス濃度（純度）はＰＥＦＣ２の駆動に適したものではない。そのため、燃料電池システム３の起動から、燃料改質器５、ＣＯ変成器７およびＣＯ除去器８が充分機能するまでの期間にＣＯ除去器８から排出される改質ガス（プロセスガス）は、循環ガス供給管３５を介して燃焼装置１に供給され、燃焼される。プロセスガスは、上記したオフガスと同様に水分および水素を多く含むガスであり、ウオッベ指数が低い低熱量燃料である。
【００４２】
燃焼装置１は全構成部材が耐食性の高いステンレス製であり、図３に示すように両端が開口した略円筒形の本体部２０の内部に、大別して燃焼筒２１と、混合部２２と、整流筒２３とを内蔵している。また、本体部２０の胴体部２０ａには空気を導入するための空気導入管２４が接続されている。燃焼装置１の本体部２０の両端には、本体部２０の中心軸に対して垂直外側方向に向かうフランジ部２５，２６が設けられている。フランジ部２５の端部には、燃料改質器５の接続部（図示せず）に係合するフランジ部２７が設けられている。
【００４３】
本体部２０の下方側に設けられているフランジ部２６には、上流側蓋体２８が固定されている。上流側蓋体２８は、図３，４に示すように、円盤状の板体であり、フランジ部２６の外形に略一致する形状を有する。上流側蓋体２８の略中央部には、後述する循環ガス供給管３５を挿通するための循環ガス供給口３０が設けられている。また、循環ガス供給口３０の周囲には、後述するガス供給管３８を接続するためのガス供給口３１と、点火プラグ３９、温度センサ４０およびフレームロッド４１を挿通するための挿通口３２，３３ａ，３３ｂが設けられている。さらに、循環ガス供給口３０の近傍には、燃焼駆動に伴い発生するドレンを排出するためのドレン排出口３４が設けられている。
【００４４】
上流側蓋体２８には、ＰＥＦＣ２から排出されるオフガスやＣＯ除去器８から排出されるプロセスガスが流れる循環ガス供給管３５が、循環ガス供給口３０に上流側蓋体２８の下面側（図４下方側）から挿入されている。循環ガス供給管３５は、先端側の周部に複数のガス噴出口３６を有する。ガス噴出口３６は、水平方向の成分を持つ方向、即ち燃焼筒２１の中心軸に対して交差する方向に開口している。さらに換言すれば、ガス噴出口３６は、ドレンの落下方向、即ち燃焼装置１の上下方向に対して交差する方向に開口している。そのため、ガス噴出口３６から噴出するガスは、燃焼筒２１の内壁方向に向かって噴射される。循環ガス供給管３５は、図３に示すようにガス噴出口３６側の端部が本体部２０の内部側（図３上方側）に突出している。
【００４５】
循環ガス供給管３５のガス噴出口３６側の端部には、図３，４に示すように保炎部３７（赤熱部材）が設けられている。保炎部３７は、中実で棒状の部材であり、循環ガス供給管３５のガス噴出口３６側の端部を閉塞している。保炎部３７は、後述する燃焼筒２１に形成される火炎により加熱され高温となり、この熱によってガス噴出口３６に形成される火炎の基部を加熱し、この火炎を保炎するものである。
【００４６】
図４に示すように、外部から天然ガスやプロパン等の燃料を供給するためのガス供給管３８が、上流側蓋体２８の下方側からガス供給口３１に接続されている。また、挿通口３２には、上流側蓋体２８の下方から燃焼筒２１内に噴射された燃料に点火するための点火プラグ３９が挿通され固定されている。また同様に、挿通孔３３ａ，３３ｂには、それぞれ燃焼筒２１内に形成される火炎の温度を検知するための温度センサ４０と、燃焼筒２１内に形成されている火炎を検知するためのフレームロッド４１とが挿通され固定されている。
【００４７】
また、上流側蓋体２８の下面側であって、ドレン排出口３４に相当する位置には、本体部２０内において発生したドレンを外部に排出するためのドレン排出管４３が接続されている。
【００４８】
一方、図３，４に示すように、上流側蓋体２８の上面側（図３，４上方側）には、ドレンガイド４５が設けられている。ドレンガイド４５は、円筒体であり、その一端側が溶接接合により上流側蓋体２８に固定され水密構造となっている。また、ドレンガイド４５は、上流側蓋体２８の略中心部に固定されており、ドレン排出口３４を包囲している。また、ドレンガイド４５は、後述するバーナ内筒７１と連続しており、これにより燃焼筒２１内に発生するドレンを集結するドレン集結手段として機能する。
【００４９】
上流側蓋体２８の上方には、図３，４に示すように外部からガス供給管３８を通じて供給される燃料と、胴体部２０ａに設けられた空気導入管２４から本体部２０内に導入された空気とを混合するため混合部２２が設けられている。混合部２２は、図３，５に示すように、混合室ケース４６内に混合室仕切部材４７とスペーサー４８とバッフル板５０とを内蔵している。
【００５０】
混合室ケース４６は、両端が開口した円筒体であり、両端に混合室ケース４６の外側に向かうフランジ部５１と、混合室ケース４６の内側に向かうフランジ部５２とを有する。フランジ部５１は、混合室ケース４６を上流側蓋体２８に固定するためのネジ孔５３を複数有する。混合室ケース４６のフランジ部５２側の開口部５５は、燃焼筒２１の外径に略一致する形状を有する。混合室ケース４６の周囲には空気導入口５６が複数設けられている。空気導入口５６は、混合室ケース４６のフランジ５１側にそれぞれ３つずつ設けられている。空気導入口５６は、混合室ケース４６の周部に偏在している。さらに具体的には、空気導入口５６は、混合室ケース４６を本体部２０内に収納した際に空気導入管２４側を向く位置に偏在している。
【００５１】
混合室仕切部材４７は、図５に示すように、胴体部５８とフランジ部６０とにより構成されている。胴体部５８の外径は、上記した混合室ケース４６の内径と略一致している。また、胴体部５８の周囲であって上記した混合室ケース４６の空気導入口５６に相当する位置には、空気導入口６１が設けられている。混合室仕切部材４７の一端側（図５上方側）には、混合室仕切部材４７の内側に向かうフランジ部６０が設けられている。フランジ部６０であって、胴体部５８に設けられた空気導入口６１に略対向する位置に相当する部位には、フランジ部６０の下方と上方とを連通する連通孔６５が設けられている。混合室仕切部材４７は、胴体部５８が混合室ケース４６の内壁に密着しており、空気導入口５６が空気導入口６１と連通している。そのため、混合室仕切部材４７の内側は、空気導入口５６，６１を介して混合室ケース４６の外側と連通している。また、図３に示すように混合室仕切部材４７の内側には、ドレンガイド４５、胴体部５８およびフランジ部６０により包囲される予備混合室６３が形成されている。
【００５２】
混合室仕切部材４７の上方には、環状のスペーサー４８を介してバッフル板５０が配置されている。スペーサー４８およびバッフル板５０の外径は、混合室仕切部材４７の胴体部５８の外径と略一致している。バッフル板５０は円盤状の部材であり、中心に燃焼筒２１を挿通するための開口６７が設けられている。また、開口６７の周囲には複数の貫通孔６８が設けられている。混合室仕切部材４７の上方には、フランジ部６０、スペーサー４８およびバッフル板５０によって混合促進室６６が形成されている。また、図３に示すようにバッフル板５０と混合室ケース４６のフランジ部５２とによって混合ガス室７０が形成されている。
【００５３】
混合部２２には、図３に示すように上方からバーナ内筒７１が嵌め込まれている。また、上記したようにバーナ内筒７１は、ドレンガイド４５と連続しており、これにより燃焼筒２１内で発生したドレンをドレンガイド４５により包囲される領域内に集結するドレン集結手段として機能している。バーナ内筒７１は、図３，６に示すように開口径の異なる円筒体であるドレンガイド係合部７２と、燃焼筒支持部７３と、整流筒係合部７５とが連続した３段形状を有する。また、ドレンガイド係合部７２と燃焼筒支持部７３の境界部および燃焼筒支持部７３と整流筒係合部７５との境界部には、それぞれフランジ部７６，７７が設けられている。
【００５４】
ドレンガイド係合部７２は、外径がドレンガイド４５の内径と略同一であり、混合部２２の上方から挿通され、ドレンガイド４５と係合している。また、ドレンガイド係合部７２と燃焼筒支持部７３との境界にあるフランジ部７６は、ドレンガイド４５の上端部と当接している。燃焼筒２１の内部空間は、ドレンガイド４５により包囲される領域に連通している。そのため、燃焼駆動時に燃焼筒２１内において発生したドレンは、ドレンガイド係合部７２を介してドレンガイド４５によって包囲される領域内に集められる。
【００５５】
また、燃焼筒支持部７３は、ドレンガイド係合部７２よりも大径であり混合室ケース４６の開口部５５と略同一の外径を有する。燃焼筒支持部７３は、混合部２２の上方にある開口部５５から挿通されている。燃焼筒支持部７３と整流筒係合部７５との境界にあるフランジ部７７は、混合室ケース４６のフランジ部５２に当接している。燃焼筒支持部７３の高さ（軸方向の長さ）は、混合部２２のバッフル板５０から混合室ケース４６のフランジ部５２に至る長さと略同一である。また、燃焼筒支持部７３の周部には、全周にわたって複数の連通孔７８が設けられている。そのため、混合部２２の内部には、燃焼筒支持部７３、バッフル板５０および混合室ケース４６によって包囲される環状の混合ガス室７０が形成されており、混合ガス室７０は、連通孔７８を介して燃焼筒２１の内部側と連通している。
【００５６】
整流筒係合部７５は、燃焼筒支持部７３よりも大径であり、整流筒２３の外径と略同一の開口径を有する。整流筒係合部７５は、整流筒２３の下端部に当接しており、整流筒２３の径方向への移動が阻止されている。
【００５７】
バーナ内筒７１には上方から燃焼筒２１が挿通され固定されている。燃焼筒２１は、両端が開口した円筒体であり、本体部２０と軸心が略一致するように収納されている。燃焼筒２１は、周部に多数の２次空気孔８０および混合ガス炎孔８１が形成されている。２次空気孔８０は、燃焼筒２１の周部に略均一の間隔で設けられているが、図３，６に示す状態において後述する下流側蓋体８５側にあるものほどその開口面積が大きい。即ち、２次空気孔８０の開口面積は、燃焼筒２１の内部を通過する燃焼ガスの下流側に向かうに従い増大している。そのため、燃焼筒２１の内部には、下流側蓋体８５側ほどより多くの空気が導入される。
【００５８】
混合ガス炎孔８１は、燃焼筒２１の周部に略均一の間隔で設けられており、燃焼筒２１の内外を連通している。混合ガス炎孔８１は、燃焼筒２１をバーナ内筒７１の上方から挿通した際に燃焼筒支持部７３の連通孔７８に合致する位置に設けられている。そのため、混合部２２において空気と混合され、混合ガス室７０内に流入した混合ガスは、混合ガス炎孔８１から燃焼筒２１の内側に向けて噴射され、燃焼される。
【００５９】
燃焼筒２１の上端側（下流側蓋体８５側）には、円板型のフランジ部材８２が係合している。フランジ部材８２は、外径が整流筒２３の内径と略同一であり、整流筒２３の内側に当接している。そのため、燃焼筒２１は、上端側がフランジ部材８２によって支持されており、径方向への移動が阻止されている。
【００６０】
燃焼筒２１の周囲には、図６に示すように整流筒２３が設けられている。整流筒２３は、燃焼筒２１よりも大径で両端が開口した円筒体であり、その周部に多数の空気導入口８３が設けられている。空気導入口８３は、整流筒２３の周部に略均一の間隔で設けられているが、図３に示す状態において下流側蓋体８５側にあるものほどその開口面積が大きい。即ち、空気導入口８３の開口面積は、燃焼筒２１の内部を通過する燃焼ガスの下流側に向かうに従い増大している。そのため、整流筒２３の内部には、下流側蓋体８５側ほど多くの空気が流入する。
【００６１】
本体部２０の上端側（図３上方側）、即ち燃焼ガスの下流側には、下流側蓋体８５が設けられている。下流側蓋体８５は、図１，３に示すように本体部２０の上端側の開口部分を閉塞する閉塞部８６と、閉塞部８６の外周部分に設けられたフランジ部８７と、閉塞部８６の中心部に設けられた燃焼ガス排気口８８とを有する。
【００６２】
下流側蓋体８５の閉塞部８６は、平面視が略円形であり、本体部２０の上端側の開口に合致する形状である。閉塞部８６の裏面側（図３下方側）は、燃焼筒２１および整流筒２３の上端面に当接し支持されている。フランジ部８７は、閉塞部８６の外周部分を閉塞部８６に対して略垂直方向に折り返した部分であり、その周部に下流側蓋体８５を本体部２０に固定するためのネジ孔が設けられている。
【００６３】
燃焼ガス排気口８８は、燃料改質器５の接続部（図示せず）に相当する大きさの開口である。燃焼ガス排気口８８の開口径は、燃焼筒２１の内径よりも小さい。燃焼ガス排気口８８の周部には、閉塞部８６に対して略垂直で、本体部２０の軸方向に突出した接続フランジ９１（突出部）が設けられている。また、閉塞部８６と接続フランジ９１との境界部は、図７に示すようになだらかに屈曲している。また同様に、接続フランジ９１の端部は、内側に向かって屈曲している。燃焼装置１は、接続フランジ９１を燃料改質器５の接続部に係合させることにより燃料改質器５と接続されている。
【００６４】
本体部２０のうち胴体部２０ａには、空気導入管２４を交わすようにして断熱材９２が巻き付けられている。断熱材９２は、グラスウール断熱材やセラミック断熱材などのシート状の部材であり、本体部２０の内部において燃焼駆動に伴い発生している熱の漏洩を防止するものである。
【００６５】
続いて、本実施形態の燃焼装置１におけるガスおよび空気の流れについて説明する。上記したように、燃焼装置１には、外部から天然ガスやプロパンなどの高熱量燃料と、空気が供給される。またさらに、燃焼装置１には、ＰＥＦＣ２において反応しきれずに残ったオフガスや、ＣＯ除去器８から排出されたプロセスガスなどの低熱量燃料も導入される。
【００６６】
外部から供給される高熱量燃料は、ガス供給管３８を介してドレンガイド４５と混合室仕切部材４７との間に形成されている予備混合室６３内に導入される。一方、外部から供給される空気は、本体部２０の胴体部２０ａに設けられた空気導入管２４を通じて本体部２０の内部に導入される。本体部２０内に導入された空気の一部は、整流筒２３の空気導入口８３を介して整流筒２３の内側に流れ込む。一方、本体部２０内に導入された空気の残部は、整流筒２３の下方の混合室ケース４６に設けられた空気導入口５６および混合室仕切部材４７の空気導入口６１を通じて、予備混合室６３の内部に流入する。
【００６７】
予備混合室６３内に流入した高熱量燃料と空気とは、互いに混合しながら前記空間内を移動し、フランジ６０の連通孔６５から混合促進室６６側へ流出する。ここで、フランジ６０の連通孔６５の開口面積は、予備混合室６３の流路断面積よりも小さく連通孔６５は予備混合室６３側から混合促進室６６側に流れる混合ガスの流れ抵抗となるため、連通孔６５を通過する際に高熱量燃料と空気との混合が一層促進される。
【００６８】
連通孔６５から混合促進室６６内に流入した高熱量燃料と空気との混合ガスは、連通孔６５よりもさらに開口面積の小さな貫通孔６８を通じて混合ガス室７０内に流入する。混合ガス室７０内に流入した燃料と空気との混合ガスは、混合ガス室７０を形成しているバーナ内筒７１に設けられている連通孔７８および、当該連通孔７８に連通している燃焼筒２１の混合ガス炎孔８１を通じて燃焼筒２１の内側に噴射される。混合ガス炎孔８１から噴射された混合ガスは、点火プラグ３９により点火され、混合ガス炎孔８１に火炎を形成すると共に燃焼ガスを発生する。
【００６９】
燃料電池システム３において排出されるプロセスガスやオフガスといった低熱量燃料は、１次空気と混合されることなく燃焼筒２１内に挿通されている循環ガス供給管３５内を流れ、ガス噴出口３６から燃焼筒２１の径方向に向けて噴射される。
【００７０】
一方、空気導入管２４から導入され、整流筒２３の空気導入口８３を介して整流筒２３の内側に流れ込んだ空気の一部は、整流筒２３と燃焼筒２１との間に空気層を形成し、残部は燃焼筒２１の２次空気孔８０から燃焼筒２１の内部に流入する。燃焼筒２１内に流入した空気は、循環ガス供給管３５のガス噴出口３６から導入されたプロセスガスやオフガスといった低熱量燃料が燃焼する際の２次空気として混合された後に燃焼し、燃焼ガスを発生する。
【００７１】
燃焼筒２１内において発生した高温の燃焼ガスは、燃焼筒２１内を上昇し、下流側蓋体８５の中心に設けられた燃焼ガス排気口８８から排出される。燃焼ガス排気口８８から排出された燃焼ガスは、燃料改質器５の接続部（図示せず）から燃料改質器５内に流入し、天然ガス等の水蒸気改質の熱源として利用される。
【００７２】
ガス供給管３８から供給された燃料ガスおよび、燃料電池システム３内において発生したオフガスやプロセスガスを燃焼することにより発生したドレンは、燃焼筒２１を伝い、バーナ内筒７１およびドレンガイド４５により構成されているドレン集結手段により上流側蓋体２８側に集結され、ドレンガイド４５により包囲されている領域内に流入する。上流側蓋体２８側に落下したドレンは、ドレン排出口３４に接続されたドレン排出管４３を通じて外部に排出される。
【００７３】
本実施形態の燃焼装置１において、低熱量燃料であるオフガスやプロセスガスを噴射し火炎を形成するガス噴出口３６は、水平方向の成分を持つ方向に開口している。そのため、燃焼駆動に伴い発生するドレンやスケールは重力の影響を受けて燃焼部内を落下しガス噴出口３６の閉塞を防止することができ、供給された燃料の大部分を完全燃焼することができる。そのため燃焼装置１は、未燃成分や一酸化炭素等の有毒ガスの排出量が極めて少なく、エネルギー変換効率が高く、環境に調和した燃焼駆動を行うことができる。
【００７４】
また、燃焼装置１は、燃焼筒２１内に形成される火炎により赤熱する保炎部３７が低熱量ガスが噴出するガス噴出口３６の近傍に設けられている。そのため、ガス噴出口３６に形成される火炎は、保炎部３７の放出する熱により加熱され安定化される。よって、燃焼装置１は、ウオッベ指数が低く安定燃焼が困難であるオフガスやプロセスガスといった低熱量燃料を安定燃焼することができる。
【００７５】
上記したように、燃焼装置１は、ウオッベ指数の低い低熱量燃料と、ウオッベ指数の高い高熱量燃料とを別々の経路で燃焼筒２１内に導入し燃焼している。即ち、本実施形態においては、一次空気の存在下で逆火現象が起こりやすい、ウオッベ指数の低いオフガスやプロセスガスを、循環ガス供給口３０を介して直接燃焼筒２１内に導入して燃焼している。一方、外部から導入され、一次空気の存在下において燃焼状態が良好であるウオッベ指数の高い天然ガスやプロパンなどの高熱量燃料は、混合部２２において予め空気と混合した上で燃焼筒２１内に導入し燃焼する構成である。そのため、本実施形態の燃焼装置１によれば、導入される燃料の性質、即ちウオッベ指数の違いに応じて燃焼に最適な状態で空気を供給し、完全燃焼することができる。従って、上記した構成によれば、ウオッベ指数の異なる２種類の燃料を同時に安定燃焼できる。
【００７６】
本実施形態において、バーナ内筒７１およびドレンガイド４５によって構成されるドレン集結手段によって燃焼筒２１において発生したドレンは、ドレンガイド４５によって包囲される領域内に集結され、ドレン排出管４３を通じて滞りなく排出される。そのため、燃焼装置１においては、ドレンがガス噴出口３６等に付着することによる燃焼不良がほとんど発生しない。
【００７７】
本実施形態の燃焼装置１において、２次空気孔８０は、燃焼筒２１の上端側（図３上方側）、即ち燃焼ガスの下流側に設けられたものほど、その開口面積が大きい。そのため、燃焼筒２１内には、燃焼ガスの下流側ほど多くの空気が流入する。よって、燃焼ガスが滞留するなどして高温となりがちである燃焼ガスの下流側は、燃焼筒２１内に流入した空気によって空冷される。また、本実施形態の燃焼装置１においては、燃焼筒２１と整流筒２３との間に空気層が形成されている。一般的に、空気は金属よりも熱伝導率が低く断熱効果を有するため、燃焼筒２１において発生した燃焼ガスの持つ熱量は外部に漏洩しない。よって、本実施形態の燃焼装置１は熱効率が高く、燃料電池システム３全体のエネルギー変換効率の向上に寄与することができる。
【００７８】
本実施形態の燃焼装置１においては、循環ガス供給管３５、ガス供給管３８、点火プラグ３９、温度センサ４０およびフレームロッド４１が本体部２０の底面をなす上流側蓋体２８に接続されている。即ち、燃焼装置１は、循環ガス供給管３５やガス供給管３８などの燃料ガスを本体部２０内に供給するガス供給系統と、点火プラグ３９、温度センサ４０、フレームロッド４１などの電装装置とが上流側蓋体２８に集中的に設けられている。また、燃焼筒２１内で発生した燃焼ガスを排出する燃焼ガス排気口８８は、本体部２０の天面をなす下流側蓋体８５に設けられている。即ち、本体部２０の胴体部２０ａには、空気導入管２４のみが取り付けられており、他の配管等は本体部２０の天面あるいは底面側に集中的に設けられている。そのため、本実施形態の燃焼装置１は、胴体部２０ａに容易に断熱材９２を巻き付けることができ、胴体部２０ａの大部分を断熱材９２で被覆することができる。従って、燃焼装置１では、本体部２０の内部において発生した熱エネルギーの漏出を最小限に抑制することができ、燃料電池システム３のエネルギー変換効率を向上することができる。
【００７９】
上記実施形態において、本体部２０にはシート状の断熱材９２を装着した構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図８に示すように本体部２０に沿う形状に成形された筒状の断熱材９３ａ，９３ｂに、空気導入管２４に沿う形状に切り欠き部９５ａ，９５ｂを設けたものを装着することも可能である。かかる構成によれば、断熱材９３ａ，９３ｂによって本体部２０をより一層確実に包囲することができ、外部への熱エネルギーの漏洩を最小限に抑制すると共に、より一層エネルギー変換効率を向上することが可能である。なお、断熱材９３ａ，９３ｂは、いかなる材質で構成されても良いが、断熱材９２と同様に、グラスウール断熱材やセラミック断熱材等の断熱性に優れた材質で構成されることが望ましい。
【００８０】
上記した燃焼装置１は、本体部２０の周部に空気導入管２４を設けた構成であったが、空気導入管２４は必ずしも本体部２０に設ける必要はない。即ち、空気導入管２４は、本体部２０の内側に空気を導入できる位置であればいかなる位置に設けられていても良く、上流側蓋体２８や下流側蓋体８５に設けられていても良い。かかる構成によれば、本体部２０をさらにシンプルな構成とすることができ、シート状の断熱材９２であっても容易且つ確実に本体部２０を包囲することができる。従って、上記した構成によれば、燃焼装置１から漏洩する熱量を最小限に抑制し、燃料電池システム３全体のエネルギー変換効率を改善できる。
【００８１】
本実施形態の燃焼装置１は、本体部２０の内部側に燃焼筒２１を包囲する整流筒２３を備えている。そのため、燃焼筒２１内における燃焼駆動に伴い発生する燃焼筒２１から本体部２０側に向けて放射される輻射熱が整流筒２３によって遮られ、本体部２０には伝播しない。従って、上記した構成によれば、燃焼筒２１において発生した熱エネルギーの放散を最小限に抑制することができる。
【００８２】
また、上記したように、燃焼装置１では整流筒２３の内側および外側に、空気導入管２４から流入した空気による空気層が形成される場合がある。通常、空気は金属等に比べて熱伝導率が低い。そのため、燃焼筒２１から本体部２０側に向けて放射される輻射熱は、燃焼筒２３の内外に形成される空気層によっても遮られ、本体部２０には伝播しない。従って、本実施形態の燃焼装置１は、燃焼駆動により発生した熱エネルギーの大部分を外部に放出することなく燃料改質器５側に供給することができ、燃料電池システム３全体のエネルギー変換効率を向上することができる。
【００８３】
上記した燃焼装置１は、下流側蓋体８５に設けられた燃焼ガス排気口８８が燃焼筒２１の開口径よりも小さいため、燃焼時に発生する高温の燃焼ガスは、燃焼ガスの下流側にある下流側蓋体８５の閉塞部８６に接触する。そのため、下流側蓋体８５は、高温の燃焼ガスにより加熱され高温となり、燃焼ガスの持つ熱エネルギーが閉塞部８６の表面から漏出する恐れがある。一方、燃焼装置１は、上記したように燃焼筒２１に設けられた２次空気孔８０および整流筒２３に設けられた空気導入口８３が、下流側蓋体８５側にあるものほどその開口面積が大きく、下流側蓋体８５側に多くの空気が導入される。そのため、燃焼装置１においては、下流側蓋体８５が外部から導入された比較的低温の空気によって冷却される。また、下流側蓋体８５側に導入された空気は、下流側蓋体８５の内側に空気層を形成するため、下流側蓋体８５側へ伝播する燃焼ガスの熱エネルギー量を大幅に削減することができる。従って、上記した構成によれば、下流側蓋体８５が過度に高温とならず、下流側蓋体８５側からの熱エネルギーの放散を最小限に抑制することができる。
【００８４】
本実施形態の燃焼装置１は、下流側蓋体８５に設けられた燃焼ガス排気口８８が燃焼筒２１の開口径よりも小さいため、燃焼ガス排気口８８から排出される燃焼ガスの流速は、燃焼ガス排気口８８が燃焼筒２１の開口径と同程度である場合に比べて速い。そのため、本発明の燃焼装置１によれば燃焼ガス排気口８８から排出された燃焼ガスを勢いよく燃料改質器５内に供給し、燃料改質器５内の所望の位置まで迅速かつ均等に導入することができる。従って、上記した構成によれば、燃料電池システム３の起動に要する時間を短縮し、燃料改質器５における改質精度を向上することができる。
【００８５】
また、本実施形態の燃焼装置１において、下流側蓋体８５の閉塞部８６と接続フランジ９１との境界部および接続フランジ９１の端部は、図７（ａ）に示すようになだらかに屈曲している。そのため、燃焼筒２１内において発生した燃焼ガスにより下流側蓋体８５が高温となっても、下流側蓋体８５の閉塞部８６と接続フランジ９１との境界部や接続フランジ９１の端部において下流側蓋体８５に作用する熱応力が除去されるため、下流側蓋体８５の損傷や歪みが起こらない。なお、上記した実施形態においては、下流側蓋体８５に作用する熱応力を効率的に除去するために閉塞部８６と接続フランジ９１との境界部に加えて、接続フランジ９１の端部にもなだらかに屈曲した屈曲部を設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図７（ｂ）に示すように閉塞部８６と接続フランジ９１との境界部のみ屈曲部を設ける構成としてもよい。
【００８６】
本実施形態では、燃焼装置１を固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）２を採用した燃料電池システム３に採用した例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、アルカリ電解質型燃料電池（ＡＦＣ）やリン酸電解質型燃料電池（ＰＡＦＣ）等あらゆるタイプの燃料電池あるいは当該燃料電池を採用した燃料電池システムに採用することができる。
【００８７】
本実施形態の燃焼装置１は、ドレン等による腐食を防止すべく全構成部材をステンレス製としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ステンレス以外のいかなる材質で製作されても良い。しかし、ドレン等による腐食や、耐久性、強度等を考慮すれば、燃焼装置１はステンレス等の材質で作成されることが望ましい。
【００８８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、燃焼装置の本体部の胴体部をシンプルな構成とすることができる。
【００８９】
また、請求項２に記載の発明によれば、燃焼部から本体部側に向けて放射される輻射熱を整流手段によって遮ることにより、燃焼部において発生した熱エネルギーの外部への漏洩を最小限に抑制することができる。
【００９０】
請求項３に記載の発明によれば、本体部の胴体部を極めてシンプルな構成とすることができる。また、燃焼駆動に伴い燃焼部から本体部側に向けて放射される輻射熱を整流手段によって遮断することにより、本体部が過度に高温とならず、熱エネルギーの漏洩も最小限に抑制することができる。
【００９１】
請求項４に記載の発明によれば、燃焼ガスが局在し高温となる恐れがある燃焼ガスの下流側に比較的低温の空気を多く供給し、この部位を効率よく空冷することができる。
【００９２】
請求項５に記載の発明によれば、燃焼装置に接続されている燃料改質器内の所望の位置まで燃焼ガスを迅速かつ均等に導入することができる。
【００９３】
また、請求項６に記載の発明によれば、下流側蓋体が過度に過熱されることにより発生する熱応力を突出部において効率よく除去でき、熱応力による下流側蓋体の損傷や歪みが起こらない。
【００９４】
請求項７に記載の発明によれば、燃焼装置の本体部の胴体部をシンプルな構成とすることができる。
【００９５】
請求項８に記載の発明によれば、本体部の胴体部をシンプルな構成とすると共に、燃焼時に発生するドレンをスムーズに排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の燃焼装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す燃焼装置を採用した燃料電池システムを示す模式図である。
【図３】図１に示す燃焼装置のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１に示す燃焼装置が備える上流側蓋体近傍を示す斜視図である。
【図５】図１に示す燃焼装置が備える混合部を示す分解斜視図である。
【図６】図１に示す燃焼装置が備えるバーナ内筒および、当該バーナ内筒に装着される燃焼筒と整流筒とを示す分解斜視図である。
【図７】図１に示す燃焼装置が備える下流側蓋体の要部を拡大した断面図である。
【図８】図１に示す燃焼装置が備える断熱材の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　燃焼装置
５　燃料改質器
２０　本体部
２０ａ　胴体部
２１　燃焼筒
２３　整流筒
２８　上流側蓋体
３０　循環ガス供給口
３１　ガス供給口
３２，３３ａ，３３ｂ　挿通口
３４　ドレン排出口
３５　循環ガス供給管
３８　ガス供給管
３９　点火プラグ
４０　温度センサ
４１　フレームロッド
４３　ドレン排出管
８０　２次空気孔
８３　空気導入口
８５　下流側蓋体
８６　閉塞部
８８　燃焼ガス排気口
９１　接続フランジ
９２　断熱材