JP6545577B2 - Combustor and fuel cell module - Google Patents
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Description
本発明は、燃焼器及び燃料電池モジュールに関する。 The present invention relates to a combustor and a fuel cell module.
従来、固体酸化物形燃料電池セルスタックと、原燃料ガスを改質し燃料電池セルスタックに供給される改質ガスを生成する改質部と、燃料電池セルスタックから排出されたスタック排ガスを燃焼する燃焼部とを備えた燃料電池モジュールが知られている。 Conventionally, a solid oxide fuel cell stack, a reforming unit that reforms a raw fuel gas to generate a reformed gas to be supplied to the fuel cell stack, and a stack exhaust gas discharged from the fuel cell stack are burned. There is known a fuel cell module provided with a combustion unit.
また、この種の燃料電池モジュールには、燃焼部が単一の燃焼器で構成されたものがある(例えば、特許文献1参照)。この燃料電池モジュールでは、起動時には改質部にて未改質の原燃料ガス及び酸化剤ガスを含むスタック排ガスが燃焼器で燃焼され、発電時には燃料電池セルスタックにて発電に供されなかった改質ガス及び酸化剤ガスを含むスタック排ガスが起動時と同じ燃焼器で燃焼される。 In addition, there is a fuel cell module of this type in which the combustion unit is configured of a single combustor (see, for example, Patent Document 1). In this fuel cell module, the stack exhaust gas containing the unreformed raw fuel gas and the oxidant gas is burned in the combustor at the start-up of the fuel cell module at start-up, and the fuel cell stack is not used for power generation at the time of power generation. The stack exhaust gas containing the quality gas and the oxidant gas is burned in the same combustor as at start-up.
このように、燃焼部が単一の燃焼器で構成された場合、起動時と発電時とで性状や組成等の異なるスタック排ガスが単一の燃焼器で燃焼される。しかしながら、このような構成の場合には、起動時における未改質の原燃料ガスが着火しにくく火炎の吹き消えを起こしやすいなど、燃焼器での着火性及び燃焼安定性に課題がある。 As described above, when the combustion unit is configured by a single combustor, stack exhaust gases having different properties, compositions, and the like at the time of startup and at the time of power generation are burned by the single combustor. However, in the case of such a configuration, there is a problem in the ignitability and the combustion stability in the combustor, such as the unreformed raw fuel gas at the time of startup is difficult to ignite and easily blows out the flame.
そこで、燃焼部を一対の燃焼器で構成し、一方の燃焼器で起動時にて未改質の原燃料ガス及び酸化剤ガスを含むスタック排ガスを燃焼し、他方の燃焼器で発電時に燃料電池セルスタックにて発電に供されなかった改質ガス及び酸化剤ガスを含むスタック排ガスを燃焼する燃料電池モジュールが提案されている(例えば、特許文献2,3参照)。 Therefore, the combustion unit is composed of a pair of combustors, and one combustor burns the stack exhaust gas containing unreformed raw fuel gas and oxidant gas at start-up, and the other combustor burns fuel cells at the time of power generation There has been proposed a fuel cell module that burns stack exhaust gas containing reformed gas and oxidant gas that has not been used for power generation in the stack (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
ところが、燃焼部が一対の燃焼器で構成された場合、一対の燃焼器に対して二系統のガス供給経路が必要になるため、燃焼部及びその周辺の構造が複雑化し、大型化及び高コスト化の要因となる。 However, when the combustion unit is constituted by a pair of combustors, two systems of gas supply paths are required for the pair of combustors, so the structure of the combustion unit and the periphery thereof becomes complicated, and the size and cost increase. Cause of
また、燃焼器の下流側に未燃分の改質ガスを完全燃焼させる触媒燃焼器を備える燃料電池モジュール(例えば、特許文献4参照)も提案されているが、触媒燃焼器を備える分、構造の複雑化及び高コスト化の要因となる。 In addition, although a fuel cell module (see, for example, Patent Document 4) including a catalytic combustor that completely burns the unburned reformed gas on the downstream side of the combustor has also been proposed, Cause the complexity and cost of
したがって、起動時と発電時とで性状や組成等の異なるスタック排ガスを単一の燃焼器で安定して燃焼させることができることが理想である。なお、以上は、燃料電池モジュールにおける燃焼器の課題であるが、上記課題は、燃料電池モジュール以外の機器における燃焼器においても生じ得るものである。 Therefore, it is ideal that stack exhaust gases having different properties and compositions can be stably burned by a single combustor at the time of start-up and at the time of power generation. In addition, although the above is a subject of the combustor in a fuel cell module, the said subject may arise also in the combustor in apparatuses other than a fuel cell module.
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、その目的は、燃料ガス及び酸化剤ガスが混合された混合ガスの性状や組成等が異なる場合でも、混合ガスを安定して燃焼させることができると共に、小型化及び低コスト化を実現することができる燃焼器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to stably burn the mixed gas even when the property, composition, and the like of the mixed gas in which the fuel gas and the oxidant gas are mixed are different. It is an object of the present invention to provide a combustor capable of realizing miniaturization and cost reduction while being capable of
また、本発明の他の目的は、燃焼器及びその周辺の構造を簡素化でき、小型化及び低コスト化を実現することができる燃料電池モジュールを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a fuel cell module which can simplify the structure of the combustor and the periphery thereof and realize miniaturization and cost reduction.
上記目的を達成するために、本発明の燃焼器は、燃料ガス及び酸化剤ガスが混合された混合ガスが燃焼される燃焼室と、前記燃焼室の軸方向一方側に前記燃焼室と隣接され外部から前記燃料ガスが供給される燃料ガス室と、前記燃料ガス室の周囲に設けられ外部から前記酸化剤ガスが供給される酸化剤ガス室とを内側に有する筒状の燃焼室周壁と、前記燃焼室周壁の内側に前記燃焼室周壁と同軸に設けられ、前記燃料ガス室と前記酸化剤ガス室とを区画する筒状の燃料ガス室仕切壁と、前記燃料ガス室仕切壁の周囲に環状に設けられ、前記燃焼室と前記酸化剤ガス室とを区画する酸化剤ガス室仕切壁と、前記燃料ガス室仕切壁における前記燃焼室側の端部に設けられ、前記燃料ガスを前記燃焼室に噴出して前記燃料ガスを前記酸化剤ガス室仕切壁の全周に亘って前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側から外側に拡散させる燃料ガスノズルと、前記酸化剤ガス室仕切壁に形成されると共に、前記燃焼室の中心軸を中心に放射状に配列され、前記酸化剤ガスを前記燃焼室に噴出して前記酸化剤ガスを前記燃料ガスと混合させる複数の酸化剤ガスノズルと、を備え、前記複数の酸化剤ガスノズルのうち前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスで前記混合ガスの燃焼に必要な酸素が足りる場合には、前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する前記酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスと、前記燃料ガスノズルから噴出された前記燃料ガスとが混合されることで前記混合ガスが生成され、前記複数の酸化剤ガスノズルのうち前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスでは前記混合ガスの燃焼に必要な酸素が不足する場合には、前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側から外側にかけて設けられた前記酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスと、前記燃料ガスノズルから噴出された前記燃料ガスとが混合されることで前記混合ガスが生成される。 In order to achieve the above object, a combustor according to the present invention includes a combustion chamber in which a mixed gas in which a fuel gas and an oxidant gas are mixed is burned, and an axial one side of the combustion chamber is adjacent to the combustion chamber A cylindrical combustion chamber peripheral wall having a fuel gas chamber to which the fuel gas is supplied from the outside, and an oxidant gas chamber provided around the fuel gas chamber and to which the oxidant gas is supplied from the outside inside; A cylindrical fuel gas chamber partition wall provided coaxially with the combustion chamber peripheral wall inside the combustion chamber peripheral wall and partitioning the fuel gas chamber and the oxidant gas chamber, and around the fuel gas chamber partition wall It is provided annularly, and is provided at an oxidant gas chamber partition wall which divides the combustion chamber and the oxidant gas chamber, and at an end of the fuel gas chamber partition wall on the combustion chamber side, the combustion of the fuel gas by the combustion The fuel gas into the oxidant gas chamber A fuel gas nozzle that diffuses from the inside to the outside in the radial direction of the oxidant gas chamber partition wall over the entire circumference of the wall, and the oxidant gas chamber partition wall is formed radially around the central axis of the combustion chamber And a plurality of oxidant gas nozzles for injecting the oxidant gas into the combustion chamber to mix the oxidant gas with the fuel gas, and the oxidant gas chamber among the plurality of oxidant gas nozzles. If the oxygen necessary for the combustion of the mixed gas is sufficient with the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle located radially inward of the partition wall, it is located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall The mixed gas is generated by mixing the oxidant gas ejected from the oxidant gas nozzle and the fuel gas ejected from the fuel gas nozzle, and the plurality of oxidant gas nozzles are generated. In the case where the oxygen necessary for the combustion of the mixed gas is insufficient in the oxidant gas jetted out of the oxidant gas nozzle located on the radially inner side of the oxidant gas chamber partition wall, the oxidant gas chamber partition wall The mixed gas is generated by mixing the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle provided from the inner side to the outer side in the radial direction and the fuel gas jetted from the fuel gas nozzle.
この燃焼器によれば、燃料ガスノズルから噴出された燃料ガスの噴流は、酸化剤ガス室仕切壁の全周に亘って酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側から外側に拡散される。この酸化剤ガス室仕切壁には、燃焼室の中心軸を中心に放射状に配列された複数の酸化剤ガスノズルが形成されており、酸化剤ガス室仕切壁に沿って拡散された燃料ガスの噴流は、複数の酸化剤ガスノズルから噴出された酸化剤ガスの噴流に巻き込まれるので、燃料ガス及び酸化剤ガスを効果的に混合させることができる。これにより、燃料ガス及び酸化剤ガスが混合された混合ガスの性状や組成等が異なる場合でも、混合ガスを安定して燃焼させることができる。 According to this combustor, the jet stream of the fuel gas ejected from the fuel gas nozzle is diffused from the inside to the outside in the radial direction of the oxidant gas chamber partition wall over the entire circumference of the oxidant gas chamber partition wall. A plurality of oxidant gas nozzles arranged radially around the central axis of the combustion chamber are formed on the oxidant gas chamber partition wall, and a jet of the fuel gas diffused along the oxidant gas chamber partition wall The fuel gas and the oxidant gas can be effectively mixed because the fuel gas and the oxidant gas can be effectively mixed. Thus, even when the properties, composition, and the like of the mixed gas in which the fuel gas and the oxidant gas are mixed are different, the mixed gas can be stably burned.
また、例えば、空気比が高く、酸化剤ガスの流量が燃料ガスの流量に対して過剰な場合には、複数の酸化剤ガスノズルのうち酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズルから噴出された酸化剤ガスで混合ガスの燃焼に必要な酸素が足りる。この場合には、酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズルから噴出された酸化剤ガスと、燃料ガスノズルから噴出された燃料ガスとが混合されることで混合ガスが生成され、混合ガスが燃焼される。なお、酸化剤ガス室仕切壁の径方向外側に位置する酸化剤ガスノズルから噴出された酸化剤ガスの噴流は、混合ガスの燃焼によって生ずる燃焼排ガスに混合され、燃焼室から排出される。 Also, for example, when the air ratio is high and the flow rate of the oxidant gas is excessive to the flow rate of the fuel gas, the oxidant located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall among the plurality of oxidant gas nozzles The oxygen necessary for the combustion of the mixed gas is sufficient with the oxidant gas ejected from the gas nozzle. In this case, the mixed gas is generated by mixing the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle located on the radially inner side of the oxidant gas chamber partition wall and the fuel gas jetted from the fuel gas nozzle. , Mixed gas is burned. The jet stream of the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle located radially outside the oxidant gas chamber partition wall is mixed with the combustion exhaust gas generated by the combustion of the mixed gas and discharged from the combustion chamber.
一方、燃料ガスの流量が多く燃焼量が多い場合には、複数の酸化剤ガスノズルのうち酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズルから噴出された酸化剤ガスでは混合ガスの燃焼に必要な酸素が不足する。この場合には、酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側から外側にかけて設けられた酸化剤ガスノズルから噴出された酸化剤ガスと、燃料ガスノズルから噴出された燃料ガスとが混合されることで混合ガスが生成され、混合ガスが燃焼される。 On the other hand, when the flow rate of the fuel gas is large and the combustion amount is large, the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall among the plurality of oxidant gas nozzles is a mixed gas. Lack of oxygen required for combustion. In this case, the mixed gas is produced by mixing the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle provided from the radially inner side to the outer side of the oxidant gas chamber partition wall and the fuel gas jetted from the fuel gas nozzle. Is generated and the mixed gas is burned.
このように、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合領域が酸化剤ガス室仕切壁の表面に広く形成され、火炎が酸化剤ガス室仕切壁の表面に定着するため、火炎が燃焼室の径方向に広がり、燃焼室の軸方向における火炎の長さを短くすることができる。そのため、燃焼室の軸方向の長さを短縮することができるので、燃焼器の小型化及び低コスト化を図ることができる。 As described above, the mixed region of the fuel gas and the oxidant gas is widely formed on the surface of the oxidant gas chamber partition wall, and the flame is fixed on the surface of the oxidant gas chamber partition wall, so that the flame extends in the radial direction of the combustion chamber. And the flame length in the axial direction of the combustion chamber can be shortened. Therefore, since the axial length of the combustion chamber can be shortened, downsizing and cost reduction of the combustor can be achieved.
しかも、空気比及び燃焼量が変化しても、最適な燃焼を維持するように燃料ガスと酸化剤ガスとの混合領域及び火炎面積が変化して対応するため、通常の空気比(理論空気比)から高空気比(例えばλ=5程度)までの広い空気比の範囲で火炎が吹き消えず安定な短炎燃焼を得ることができる。 Furthermore, even if the air ratio and the amount of combustion change, the mixing area of the fuel gas and the oxidant gas and the flame area change so as to maintain the optimum combustion. And a stable short flame combustion can be obtained in the wide air ratio range from high air ratio to high air ratio (for example, about λ = 5).
なお、本発明の燃焼器において、前記燃料ガスノズルは、筒状の前記燃料ガス室仕切壁における前記燃焼室側の開口によって形成されていても良い。 In the combustor of the present invention, the fuel gas nozzle may be formed by an opening on the combustion chamber side in the cylindrical fuel gas chamber partition wall.
この燃焼器によれば、燃料ガスノズルは、筒状の燃料ガス室仕切壁における燃焼室側の開口によって形成されているので、燃料ガスノズルの構造を簡素化することができ、より一層低コスト化することができる。 According to this combustor, since the fuel gas nozzle is formed by the opening on the combustion chamber side in the cylindrical fuel gas chamber partition wall, the structure of the fuel gas nozzle can be simplified and the cost can be further reduced. be able to.
また、本発明の燃焼器において、前記燃料ガスノズルと隙間を有して対向する燃料ガス室天面仕切壁をさらに備えていても良い。 The combustor according to the present invention may further include a fuel gas chamber top surface partition wall facing the fuel gas nozzle with a gap.
この燃焼器によれば、燃料ガスノズルと隙間を有して対向する燃料ガス室天面仕切壁によって、燃料ガスノズルから噴出された燃料ガスの噴流の向きを酸化剤ガス室仕切壁の径方向外側に的確に向けることができる。これにより、燃料ガスを酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側から外側へより効果的に拡散させることができる。 According to this combustor, the direction of the jet of the fuel gas ejected from the fuel gas nozzle is directed radially outward of the oxidant gas chamber partition wall by the fuel gas chamber top surface partition wall facing the fuel gas nozzle with a gap. You can turn it precisely. Thus, the fuel gas can be more effectively diffused from the radially inner side to the outer side of the oxidant gas chamber partition wall.
また、本発明の燃焼器において、前記燃料ガス室仕切壁における前記燃焼室側の端部には、前記酸化剤ガス室仕切壁に対して前記燃焼室側に突出する筒状突出壁が形成され、前記筒状突出壁の突出端部には、前記燃焼室と前記燃料ガス室とを区画する燃料ガス室天面仕切壁が設けられ、前記燃料ガスノズルは、前記筒状突出壁の周方向に間隔を空けて前記筒状突出壁に複数形成されていても良い。 Further, in the combustor according to the present invention, a cylindrical projecting wall which protrudes toward the combustion chamber with respect to the oxidant gas chamber partition wall is formed at an end of the fuel gas chamber partition wall on the combustion chamber side. A fuel gas chamber top surface partition wall for dividing the combustion chamber and the fuel gas chamber is provided at the projecting end of the cylindrical projecting wall, and the fuel gas nozzle is formed in the circumferential direction of the cylindrical projecting wall A plurality of the cylindrical protruding walls may be formed at intervals.
この燃焼器によれば、燃料ガスノズルが、筒状突出壁の周方向に間隔を空けて筒状突出壁に複数形成されているので、この複数の燃料ガスノズルから酸化剤ガス室仕切壁の径方向外側に向けて燃料ガスを噴出することができる。これにより、燃料ガスの噴出方向を燃料ガスの噴流が酸化剤ガスの噴流に直接当たらないようにすると共に、燃料ガスノズルの圧力損失を利用して燃料ガスの流速を速めて、燃料ガスを酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側から外側のより遠方へ、拡散させることができる。 According to this combustor, a plurality of fuel gas nozzles are formed on the cylindrical projecting wall at intervals in the circumferential direction of the cylindrical projecting wall, so the radial direction of the oxidant gas chamber partition wall from the plurality of fuel gas nozzles The fuel gas can be jetted outward. As a result, the jet direction of the fuel gas prevents the jet of the fuel gas from directly hitting the jet of the oxidant gas, and the flow rate of the fuel gas is accelerated by using the pressure loss of the fuel gas nozzle to oxidize the fuel gas. It is possible to diffuse from the radially inner side to the outer side more distantly of the gas chamber partition wall.
また、本発明の燃焼器において、前記複数の酸化剤ガスノズルは、前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向に複数の前記酸化剤ガスノズルが並ぶ酸化剤ガスノズル列を前記酸化剤ガス室仕切壁の周方向に複数形成し、複数の前記燃料ガスノズルの各々は、前記酸化剤ガス室仕切壁の周方向に隣り合う前記酸化剤ガスノズル列の間に配置されていても良い。 In the combustor according to the present invention, the plurality of oxidant gas nozzles may be an oxidant gas nozzle row in which a plurality of the oxidant gas nozzles are arranged in the radial direction of the oxidant gas chamber partition wall. A plurality of fuel gas nozzles may be formed in the direction, and each of the plurality of fuel gas nozzles may be disposed between the oxidant gas nozzle rows adjacent in the circumferential direction of the oxidant gas chamber partition wall.
この燃焼器によれば、複数の燃料ガスノズルの各々が、酸化剤ガス室仕切壁の周方向に隣り合う酸化剤ガスノズル列の間に配置されているので、酸化剤ガス室仕切壁に沿って拡散された燃料ガスの噴流を、複数の酸化剤ガスノズルから噴出された酸化剤ガスの噴流により一層効果的に巻き込むことができる。これにより、燃料ガス及び酸化剤ガスをより一層効果的に混合させることができる。 According to this combustor, since each of the plurality of fuel gas nozzles is disposed between the oxidant gas nozzle rows adjacent in the circumferential direction of the oxidant gas chamber partition wall, the fuel gas nozzles are diffused along the oxidant gas chamber partition wall The jet stream of the fuel gas can be more effectively involved by the jet stream of the oxidant gas ejected from the plurality of oxidant gas nozzles. Thereby, the fuel gas and the oxidant gas can be mixed more effectively.
また、本発明の燃焼器において、前記酸化剤ガス室と連通され、前記酸化剤ガス室から前記酸化剤ガスが供給されると共に、前記酸化剤ガス室から供給された前記酸化剤ガスを、前記燃料ガスノズルから噴出された前記燃料ガスに混合させる酸化剤ガス混合流路と、前記燃料ガスノズルから噴出されると共に前記酸化剤ガス混合流路により前記酸化剤ガスが混合された前記燃料ガスを、前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向外側へ向けて噴出するガス噴出ノズルとを備えていても良い。
さらに、前記筒状突出壁の周囲に形成され前記酸化ガス室仕切壁の径方向内側の端部から前記筒状突出壁と同方向に突出され燃料ガス室天面仕切壁と接続された周囲壁を備え、前記筒状突出壁と前記周囲壁の間に酸化剤ガス混合流路が形成され、前記周囲壁にガス噴出ノズルが形成されていてもよい。
In the combustor according to the present invention, the oxidant gas chamber is in communication with the oxidant gas chamber, the oxidant gas is supplied from the oxidant gas chamber, and the oxidant gas supplied from the oxidant gas chamber is the same as the oxidant gas chamber. An oxidant gas mixing channel mixed with the fuel gas jetted from a fuel gas nozzle, and the fuel gas jetted from the fuel gas nozzle and mixed with the oxidant gas by the oxidant gas mixing channel A gas jet nozzle may be provided which jets radially outward of the oxidant gas chamber partition wall.
Further, a peripheral wall formed around the cylindrical projecting wall and projected from the radial inner end of the oxidizing gas chamber partition wall in the same direction as the cylindrical projecting wall and connected to the fuel gas chamber top surface partition wall The oxidizing gas mixing channel may be formed between the cylindrical projecting wall and the peripheral wall, and the gas jet nozzle may be formed in the peripheral wall.
この燃焼器によれば、ガス噴出ノズルからは、酸化剤ガス混合流路により酸化剤ガスが混合された燃料ガスが噴出されるので、燃料ガスに酸化剤ガスが混合された分、燃料ガスの噴出速度を高めることができる。これにより、混合ガスの燃焼性を高めることができると共に、火炎及び燃焼排ガスを燃焼室の外周側へ流れ易くすることができるので、例えば、燃焼器の周囲に流路が設けられた場合には、この流路を流れるガスに燃焼排ガスの熱を効率良く伝達することができる。 According to this combustor, since the fuel gas mixed with the oxidant gas is ejected from the oxidant gas mixing flow path from the gas ejection nozzle, the oxidant gas is mixed with the fuel gas. The spouting speed can be increased. Thereby, the combustibility of the mixed gas can be enhanced, and the flame and the flue gas can be made to easily flow to the outer peripheral side of the combustion chamber. For example, when the flow passage is provided around the combustor The heat of the combustion exhaust gas can be efficiently transmitted to the gas flowing through the flow path.
また、本発明の燃焼器において、前記燃焼室周壁の内側に設けられると共に、前記燃焼室の軸方向他方側に配置され、前記燃焼室周壁とで、前記燃焼室で生じた燃焼排ガスが流入する燃焼排ガス流路の入口部を形成する燃焼室内壁と、前記燃焼室内壁から前記燃焼室の軸方向一方側に向けて延出されると共に、前記燃焼室の軸方向他方側に向かうに従って拡径する円錐又はドーム状に形成された整流部とを備えていても良い。 Further, in the combustor according to the present invention, the combustion exhaust gas generated in the combustion chamber flows into the combustion chamber peripheral wall and is disposed on the other side in the axial direction of the combustion chamber while being provided inside the combustion chamber peripheral wall. A combustion chamber wall which forms an inlet portion of a combustion exhaust gas flow path, and extends from the combustion chamber wall toward one axial direction side of the combustion chamber and diameter-expanding toward the other axial direction side of the combustion chamber You may provide with the rectification | straightening part formed in cone or dome shape.
この燃焼器によれば、燃焼室内壁の軸方向一方側の端部には、燃焼室の軸方向一方側に向けて延出する整流部が形成されている。この整流部は、燃焼室の軸方向他方側(下流側)に向かうに従って拡径する円錐又はドーム状に形成されている。これにより、火炎及び燃焼排ガスを燃焼室の外周側へ流れ易くすることができるため、燃焼室の軸方向における火炎の長さを短くすることができる。そのため、燃焼室の軸方向の長さを短縮することができるので、燃焼器の小型化及び低コスト化を図ることができる。 According to this combustor, at the end portion on one side in the axial direction of the wall of the combustion chamber, a flow straightening portion extending toward the one side in the axial direction of the combustion chamber is formed. The straightening portion is formed in a conical or dome shape whose diameter increases toward the other axial side (downstream side) of the combustion chamber. Thus, the flame and the combustion exhaust gas can easily flow to the outer peripheral side of the combustion chamber, so the flame length in the axial direction of the combustion chamber can be shortened. Therefore, since the axial length of the combustion chamber can be shortened, downsizing and cost reduction of the combustor can be achieved.
また、本発明の燃焼器において、前記酸化剤ガス室仕切壁は、前記燃焼室の軸方向一方側から他方側に向かうに従って拡径するテーパ状に形成されていても良い。 Further, in the combustor according to the present invention, the oxidant gas chamber partition wall may be formed in a tapered shape expanding in diameter from one axial direction side of the combustion chamber to the other side.
この燃焼器によれば、酸化剤ガス室仕切壁が、燃焼室の軸方向一方側から他方側に向かうに従って拡径するテーパ状に形成されているので、燃料ガスノズルから噴出された燃料ガスの噴流を、酸化剤ガス室仕切壁の表面に沿って燃焼室の径方向に拡散することができる。これにより、燃焼室の軸方向における火炎の長さを短くすることができる。 According to this combustor, since the oxidant gas chamber partition wall is formed in a tapered shape that increases in diameter from one axial direction side to the other side of the combustion chamber, the jet flow of the fuel gas ejected from the fuel gas nozzle Can be diffused in the radial direction of the combustion chamber along the surface of the oxidant gas chamber partition wall. Thereby, the flame length in the axial direction of the combustion chamber can be shortened.
また、本発明の燃焼器において、前記酸化剤ガス室仕切壁は、前記燃料ガス室仕切壁から前記燃焼室の径方向外側へ向けて拡がる内側壁部と、前記内側壁部の外周部から前記燃焼室の軸方向他方側へ向けて延びる外側壁部とを有していても良い。 Further, in the combustor according to the present invention, the oxidant gas chamber partition wall extends from the fuel gas chamber partition wall radially outward of the combustion chamber, and from the outer peripheral portion of the inner sidewall portion. It may have an outer wall extending toward the other axial side of the combustion chamber.
この燃焼器によれば、酸化剤ガス室仕切壁は、燃料ガス室仕切壁から燃焼室の径方向外側へ向けて拡がる内側壁部と、内側壁部の外周部から燃焼室の軸方向他方側へ向けて延びる外側壁部とを有する。これにより、例えば、燃焼量が少なく燃料ガスの噴流の流速が遅い場合には、内側壁部の酸化剤ガスノズルから噴出された酸化剤ガスと燃料ガスが十分に混合しない状態であっても、外側壁部の酸化剤ガスノズルから噴出された酸化剤ガスによって燃料ガスと酸化剤ガスの混合が促進されることで混合ガスが生成され、火炎が吹き消えず安定な短炎燃焼が得られる。 According to this combustor, the oxidant gas chamber partition wall extends from the fuel gas chamber partition wall radially outward of the combustion chamber, and from the outer peripheral portion of the inner sidewall portion to the other axial direction of the combustion chamber And an outer wall extending towards the end. Thus, for example, when the amount of combustion is small and the flow velocity of the jet of fuel gas is slow, the oxidant gas and the fuel gas ejected from the oxidant gas nozzle of the inner side wall portion may not be sufficiently mixed. The mixing of the fuel gas and the oxidizing gas is promoted by the oxidizing gas jetted from the oxidizing gas nozzle of the wall portion, so that a mixed gas is generated, and the flame is not blown out, and stable short flame combustion can be obtained.
また、本発明の燃焼器において、前記酸化剤ガス室仕切壁は、前記燃焼室の径方向に沿って延びていても良い。 Further, in the combustor of the present invention, the oxidant gas chamber partition wall may extend along the radial direction of the combustion chamber.
この燃焼器によれば、酸化剤ガス室仕切壁は、燃焼室の径方向に沿って延びるので、酸化剤ガス室仕切壁の軸方向の寸法を小さくすることができ、ひいては、燃焼器を軸方向に小型化することができる。 According to this combustor, since the oxidant gas chamber partition extends along the radial direction of the combustion chamber, the axial dimension of the oxidant gas chamber partition can be reduced, and thus the combustor can It can be miniaturized in the direction.
また、本発明の燃焼器において、前記複数の酸化剤ガスノズルは、前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向に複数の前記酸化剤ガスノズルが並ぶ酸化剤ガスノズル列を前記酸化剤ガス室仕切壁の周方向に複数形成し、各前記酸化剤ガスノズル列では、前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する複数の前記酸化剤ガスノズルの間隔よりも前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向外側に位置する複数の前記酸化剤ガスノズルの間隔の方が狭くても良い。 In the combustor according to the present invention, the plurality of oxidant gas nozzles may be an oxidant gas nozzle row in which a plurality of the oxidant gas nozzles are arranged in the radial direction of the oxidant gas chamber partition wall. A plurality of these are formed in the direction, and in each of the oxidant gas nozzle rows, the oxidant gas chamber partition wall is provided radially outward of the spacing between the plurality of oxidant gas nozzles located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall. The spacing between the plurality of positioned oxidant gas nozzles may be narrower.
この燃焼器によれば、各酸化剤ガスノズル列では、酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する複数の酸化剤ガスノズルの間隔よりも酸化剤ガス室仕切壁の径方向外側に位置する複数の酸化剤ガスノズルの間隔の方が狭くなっている。したがって、燃焼室の径方向外側を負圧にすることができるので、燃料ガス、火炎、及び、燃焼排ガスを燃焼室の外周側へ流れ易くすることができる。これにより、例えば、燃焼器の周囲に流路が設けられた場合には、この流路を流れるガスに燃焼排ガスの熱を効率良く伝達することができる。 According to this combustor, in each oxidant gas nozzle row, a plurality of the oxidant gas chamber partitions that are located radially outside of the plurality of oxidant gas nozzles located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall The distance between the oxidizer gas nozzles in this case is narrower. Therefore, negative pressure can be applied to the radially outer side of the combustion chamber, so that the fuel gas, the flame, and the combustion exhaust gas can easily flow to the outer peripheral side of the combustion chamber. Thereby, for example, when a flow passage is provided around the combustor, the heat of the combustion exhaust gas can be efficiently transferred to the gas flowing in the flow passage.
また、本発明の燃焼器において、前記酸化剤ガスノズルは、前記燃焼室の径方向外側かつ軸方向他方側に向けて開口されていても良い。 Further, in the combustor of the present invention, the oxidant gas nozzle may be opened toward the radially outer side and the other axial side of the combustion chamber.
この燃焼器によれば、酸化剤ガスノズルは、燃焼室の径方向外側かつ軸方向他方側に向けて開口されているので、この酸化剤ガスノズルから噴出される酸化剤ガスの噴流により、火炎及び燃焼排ガスを燃焼室の外周側へ流れ易くすることができる。これにより、例えば、燃焼器の周囲に流路が設けられた場合には、この流路を流れるガスに燃焼排ガスの熱を効率良く伝達することができる。 According to this combustor, since the oxidant gas nozzle is opened radially outward and axially to the other side of the combustion chamber, the flame and combustion are caused by the jet of the oxidant gas ejected from the oxidant gas nozzle. The exhaust gas can easily flow to the outer peripheral side of the combustion chamber. Thereby, for example, when a flow passage is provided around the combustor, the heat of the combustion exhaust gas can be efficiently transferred to the gas flowing in the flow passage.
また、上記目的を達成するために、本発明の燃料電池モジュールは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する固体酸化物形燃料電池セルスタックと、原燃料が気化されて原燃料ガスが生成される気化部と、前記原燃料ガスから前記燃料ガスが生成される改質部と、前記燃料電池セルスタックの燃料極から排出された燃料極排ガスである燃料ガスと、前記燃料電池セルスタックの空気極から排出された空気極排ガスである酸化剤ガスとが混合されたスタック排ガスを燃焼させる、請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載の燃焼器とを備える。 Further, in order to achieve the above object, the fuel cell module of the present invention comprises a solid oxide fuel cell stack which generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, and a raw fuel after the raw fuel is vaporized. A fuel gas as a fuel electrode exhaust gas discharged from a fuel electrode of the fuel cell stack, a gasifying unit generating the gas, a reforming unit generating the fuel gas from the raw fuel gas, and the fuel cell The combustor according to any one of claims 1 to 12, wherein the stack exhaust gas mixed with an oxidant gas, which is an exhaust gas from an air electrode of the cell stack, is burned.
この燃料電池モジュールによれば、上述の燃焼器が適用されているので、起動時や発電時に燃料ガス及び酸化剤ガスの混合ガスであるスタック排ガスの性状や組成等が異なる場合でも、スタック排ガスを単一の燃焼器で安定して燃焼させることができる。これにより、燃焼器及びその周辺の構造を簡素化できるので、燃料電池モジュールの小型化及び低コスト化を図ることができる。 According to this fuel cell module, since the above-described combustor is applied, the stack exhaust gas can be used even when the properties, the composition, and the like of the stack exhaust gas, which is a mixed gas of the fuel gas and the oxidant gas, differ at startup or power generation. It can be made to burn stably by a single burner. As a result, the structure of the combustor and the periphery thereof can be simplified, so that the fuel cell module can be miniaturized and the cost can be reduced.
なお、本発明の燃料電池モジュールにおいて、前記燃焼器は、前記燃料電池セルスタックの上方に設けられ、前記改質部は、前記燃焼器の上方に前記燃焼器と同軸上に設けられると共に、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の筒状壁によって構成され、かつ、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記燃焼器から排出された燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記燃焼排ガスの熱を利用して前記原燃料ガスが改質されて前記燃料ガスが生成される改質流路をそれぞれ有し、前記気化部は、前記改質部の上方に前記改質部と同軸上に設けられると共に、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、かつ、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記燃焼排ガスとの熱交換により前記原燃料が気化されて前記原燃料ガスが生成される気化流路をそれぞれ有していても良い。 In the fuel cell module of the present invention, the combustor is provided above the fuel cell stack, and the reforming unit is disposed coaxially with the combustor above the combustor, and Combustion exhaust gas formed by at least a triple cylindrical wall having a gap between the inner and outer cylindrical walls of the triple cylindrical wall, the adiabatic space, the combustion exhaust gas discharged from the combustor flowing between A flow path and a reforming flow path in which the raw fuel gas is reformed using the heat of the combustion exhaust gas to generate the fuel gas, and the vaporization section is located above the reforming section And at least a triple cylindrical or elliptical cylindrical wall provided coaxially with the reforming section and having a gap between each other, and the inner and the cylindrical in the triple cylindrical wall Insulated space between the walls Flue gas passage of the combustion exhaust gas flows, and the vaporization flow path wherein raw fuel the raw fuel gas is vaporized is generated by heat exchange with the flue gases of which may have, respectively.
この燃料電池モジュールによれば、気化部及び改質部は、少なくとも三重の筒状壁によってそれぞれ形成されているので、気化部及び改質部の構造を簡素化することができると共に、気化部及び改質部を小型化することができる。また、燃焼器、改質部、気化部は、同軸上に配置されているので、燃料電池モジュールを径方向に小型化することができる。 According to this fuel cell module, the vaporization unit and the reforming unit are each formed by at least three cylindrical walls, so that the structures of the vaporization unit and the reforming unit can be simplified, and the vaporization unit and the reforming unit can be simplified. The reforming unit can be miniaturized. In addition, since the combustor, the reforming unit, and the vaporization unit are coaxially disposed, the fuel cell module can be miniaturized in the radial direction.
以上詳述したように、本発明の燃焼器によれば、燃料ガス及び酸化剤ガスが混合された混合ガスの性状や組成等が異なる場合でも、混合ガスを安定して燃焼させることができると共に、小型化及び低コスト化を実現することができる。 As described above, according to the combustor of the present invention, the mixed gas can be stably burned even when the properties, the composition, and the like of the mixed gas in which the fuel gas and the oxidant gas are mixed are different. , Miniaturization and cost reduction can be realized.
また、本発明の燃料電池モジュールによれば、燃焼器及びその周辺の構造を簡素化でき、小型化及び低コスト化を実現することができる。 Further, according to the fuel cell module of the present invention, the structure of the combustor and the periphery thereof can be simplified, and miniaturization and cost reduction can be realized.
[第一実施形態]
以下、本発明の第一実施形態について説明する。
First Embodiment
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described.
<燃料電池モジュール>
図1に示されるように、第一実施形態に係る燃料電池モジュールMは、燃料電池セルスタック10と、容器20と、断熱層130と、断熱材140とを備える。
<Fuel cell module>
As shown in FIG. 1, the fuel cell module M according to the first embodiment includes a fuel cell stack 10, a container 20, a heat insulating layer 130, and a heat insulating material 140.
<燃料電池セルスタック>
燃料電池セルスタック10には、一例として、固体酸化物形燃料電池(SOFC)が適用されている。この燃料電池セルスタック10は、鉛直方向に積層された複数の平板形のセル12と、マニホールド14と有している。セル12の形状は、平板形以外に、円筒形、円筒平板形など、どのような形状でも良い。各セル12は、燃料極、電解質層、空気極を有する。
<Fuel cell stack>
A solid oxide fuel cell (SOFC) is applied to the fuel cell stack 10 as an example. The fuel cell stack 10 includes a plurality of flat cells 12 stacked vertically and a manifold 14. The shape of the cell 12 may be any shape other than a flat plate, such as a cylindrical or cylindrical flat plate. Each cell 12 has a fuel electrode, an electrolyte layer, and an air electrode.
各セル12の燃料極には、燃料ガス(改質ガス)が供給され、各セル12の空気極には、酸化剤ガスが供給される。各セル12は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電すると共に、発電に伴い発熱する。 A fuel gas (reformed gas) is supplied to the fuel electrode of each cell 12, and an oxidant gas is supplied to the air electrode of each cell 12. Each cell 12 generates electricity by the electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas, and generates heat as the electricity is generated.
<容器>
容器20は、複数(九個)の管材21〜29により構成されている。この複数の管材21〜29は、いずれも横断面が真円形状である円筒状に形成され、伝熱性の高い金属で形成される。この複数の管材21〜29は、容器20の内側から外側に順に配置されている。
<Container>
The container 20 is composed of a plurality of (nine) pipes 21-29. Each of the plurality of tubular members 21 to 29 is formed in a cylindrical shape whose cross section is a perfect circular shape, and is formed of a metal having high heat conductivity. The plurality of pipes 21 to 29 are arranged in order from the inside to the outside of the container 20.
容器20の内側から一番目の管材21は、燃料電池セルスタック10の上方から容器20の上端部に亘って設けられている。二番目の管材22及び三番目の管材23は、一番目の管材21の上部に対応する長さで形成されており、二番目の管材22は、一番目の管材21の外側から管材21の上部に接合されている。四番目の管材24は、容器20の高さ方向の中央部に設けられており、五番目の管材25及び六番目の管材26は、容器20の下端部から上端部に亘って設けられている。七番目の管材27、八番目の管材28、及び、九番目の管材29は、容器20の高さ方向の中央部から上端部に亘って設けられている。 The first pipe member 21 from the inside of the container 20 is provided from above the fuel cell stack 10 to the upper end of the container 20. The second pipe 22 and the third pipe 23 are formed to have a length corresponding to the upper portion of the first pipe 21, and the second pipe 22 is an upper portion of the pipe 21 from the outside of the first pipe 21. Bonded to. The fourth pipe 24 is provided at the center in the height direction of the container 20, and the fifth pipe 25 and the sixth pipe 26 are provided from the lower end to the upper end of the container 20. . The seventh pipe material 27, the eighth pipe material 28, and the ninth pipe material 29 are provided from the central portion to the upper end portion in the height direction of the container 20.
六番目の管材26と七番目の管材27とは、水平方向に延びる連結部31を介して連結され、五番目の管材25と八番目の管材28とは、水平方向に延びる連結部32を介して連結されている。また、九番目の管材29の上端部は、水平方向に延びる連結部33を介して三番目の管材23の上端部に固定されている。 The sixth pipe member 26 and the seventh pipe member 27 are connected via the horizontally extending connecting portion 31. The fifth pipe member 25 and the eighth pipe member 28 are connected via the horizontally extending connecting portion 32. Are connected. The upper end portion of the ninth pipe member 29 is fixed to the upper end portion of the third pipe member 23 through a connecting portion 33 extending in the horizontal direction.
五番目の管材25の下端部は、底壁部34に固定されており、六番目の管材26の下端部は、底壁部35に固定されている。底壁部34には、燃料電池セルスタック10が載置されており、また、底壁部34と底壁部35とは、スペーサ36により固定されている。 The lower end of the fifth pipe 25 is fixed to the bottom wall 34, and the lower end of the sixth pipe 26 is fixed to the bottom wall 35. The fuel cell stack 10 is mounted on the bottom wall 34, and the bottom wall 34 and the bottom wall 35 are fixed by the spacer 36.
この複数の管材21〜29によって構成される容器20は、機能別には、気化部40と、改質部60と、燃焼部90と、予熱部100と、熱交換部110とを有する。 The container 20 configured by the plurality of pipe members 21 to 29 has a vaporization unit 40, a reforming unit 60, a combustion unit 90, a preheating unit 100, and a heat exchange unit 110, for each function.
<気化部>
気化部40は、図2,図3に示されるように、四重の筒状壁41〜44によって構成されている。四重の筒状壁41〜44のうち最も内側に位置する筒状壁41は、一番目の管材21の上部と、二番目の管材22とによって構成され、四重の筒状壁41〜44のうち内側から二番目の筒状壁42は、三番目の管材23によって構成されている。また、四重の筒状壁41〜44のうち内側から三番目の筒状壁43は、五番目の管材25の上部によって構成され、四重の筒状壁41〜44のうち最も外側の筒状壁44は、六番目の管材26の上部によって構成されている。
<Vavaporation part>
The vaporization part 40 is comprised by the four-fold cylindrical wall 41-44, as FIG. 2, FIG. 3 shows. The cylindrical wall 41 located at the innermost side among the four-fold cylindrical walls 41 to 44 is constituted by the upper portion of the first pipe member 21 and the second pipe member 22 and is a four-fold cylindrical wall 41 to 44 The second cylindrical wall 42 from the inner side is constituted by the third pipe member 23. Moreover, the third cylindrical wall 43 from the inner side among the quadruple cylindrical walls 41 to 44 is constituted by the upper portion of the fifth pipe member 25, and the outermost cylinder among the quadruple cylindrical walls 41 to 44. The wall 44 is constituted by the top of the sixth tube 26.
この四重の筒状壁41〜44によって構成された気化部40は、後述する改質部60の上方に改質部60と同軸上に設けられている。この気化部40を構成する四重の筒状壁41〜44は、互いの間に隙間を有しており、この四重の筒状壁41〜44の内側から外側には、断熱空間45、気化流路46、燃焼排ガス流路47、及び、酸化剤ガス流路48が順に形成されている。 The vaporizing unit 40 constituted by the four-fold cylindrical walls 41 to 44 is provided coaxially with the reforming unit 60 above the reforming unit 60 described later. The quadruple cylindrical walls 41 to 44 constituting the vaporizing unit 40 have a gap between each other, and the heat insulating space 45 is formed on the inside to the outside of the quadruple cylindrical walls 41 to 44. A vaporization passage 46, a combustion exhaust gas passage 47, and an oxidant gas passage 48 are formed in order.
つまり、一番目の筒状壁41の内側の空間は、断熱空間45として形成され、一番目の筒状壁41と、二番目の筒状壁42との間の隙間は、気化流路46として形成されている。また、二番目の筒状壁42と、三番目の筒状壁43との間の隙間は、燃焼排ガス流路47として形成され、三番目の筒状壁43と、四番目の筒状壁44との間の隙間は、酸化剤ガス流路48として形成されている。図2において、断熱空間45は、空洞とされているが、この断熱空間45には、断熱材49が充填されても良い。 That is, the space inside the first cylindrical wall 41 is formed as the heat insulation space 45, and the gap between the first cylindrical wall 41 and the second cylindrical wall 42 is used as the vaporization channel 46. It is formed. Further, a gap between the second cylindrical wall 42 and the third cylindrical wall 43 is formed as the combustion exhaust gas flow path 47, and the third cylindrical wall 43 and the fourth cylindrical wall 44 are formed. A gap between the two is formed as an oxidant gas channel 48. In FIG. 2, the heat insulation space 45 is hollow, but the heat insulation space 45 may be filled with a heat insulation material 49.
気化流路46の上端部には、容器20の径方向外側に延びる原燃料供給管50が接続されている。原燃料供給管50は、連結部31〜33の上方に位置する。気化流路46は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この気化流路46には、原燃料供給管50から供給された原燃料161が鉛直方向上側から下側に流れる。この原燃料供給管50から供給される原燃料161としては、炭化水素燃料に改質用水が混合されたものが使用される。また、この原燃料161に含まれる炭化水素燃料としては、例えば、都市ガスが好適に用いられるが、プロパンなどの炭化水素を主成分とするガスが用いられても良く、また、炭化水素系液体が用いられても良い。 A raw fuel supply pipe 50 extending to the outside in the radial direction of the container 20 is connected to an upper end portion of the vaporization flow path 46. The raw fuel supply pipe 50 is located above the connection portions 31 to 33. The vaporization flow path 46 is formed with the upper side in the vertical direction as the upstream side, and the raw fuel 161 supplied from the raw fuel supply pipe 50 flows downward from the upper side in the vertical direction to the vaporization flow path 46. As the raw fuel 161 supplied from the raw fuel supply pipe 50, a mixture of hydrocarbon fuel and water for reforming is used. In addition, as a hydrocarbon fuel contained in the raw fuel 161, for example, a city gas is suitably used, but a gas containing a hydrocarbon such as propane as a main component may be used, and a hydrocarbon-based liquid May be used.
この気化流路46には、気化部40の軸方向回りに螺旋状に形成された螺旋部材51が設けられており、この螺旋部材51により、気化流路46は、気化部40の軸方向回りに螺旋状に形成されている。 The vaporization passage 46 is provided with a spiral member 51 formed in a spiral shape around the axial direction of the vaporization unit 40, and the vaporization passage 46 is formed around the axial direction of the vaporization unit 40 by the spiral member 51. Are spirally formed.
燃焼排ガス流路47の下端部は、後述する改質部60に形成された燃焼排ガス流路67を介して燃焼器200に形成された燃焼室207(図4,図5参照)と連通されている。燃焼排ガス流路47は、鉛直方向下側を上流側として形成されており、この燃焼排ガス流路47には、燃焼器200から排出されると共に改質部60の燃焼排ガス流路67を通じて供給された燃焼排ガス168が鉛直方向下側から上側に流れる。 The lower end portion of the combustion exhaust gas passage 47 is in communication with a combustion chamber 207 (see FIGS. 4 and 5) formed in the combustor 200 via a combustion exhaust gas passage 67 formed in the reforming unit 60 described later. There is. The combustion exhaust gas passage 47 is formed such that the lower side in the vertical direction is the upstream side, and the combustion exhaust gas passage 47 is discharged from the combustor 200 and supplied through the combustion exhaust gas passage 67 of the reforming unit 60. The flue gas 168 flows vertically from the lower side to the upper side.
燃焼排ガス流路47の上端部には、この燃焼排ガス流路47の周方向に沿って環状に形成された整流板52が設けられている。この整流板52には、周方向に間隔を空けて複数のオリフィス53が形成されている。この複数のオリフィス53は、整流板52の板厚方向に貫通している。なお、この整流板52は、省かれても良い。 At the upper end portion of the combustion exhaust gas passage 47, a straightening vane 52 formed annularly along the circumferential direction of the combustion exhaust gas passage 47 is provided. A plurality of orifices 53 are formed in the straightening vane 52 at intervals in the circumferential direction. The plurality of orifices 53 penetrate in the plate thickness direction of the flow straightening plate 52. Note that the current plate 52 may be omitted.
酸化剤ガス流路48の上端部は、後述する熱交換部110に形成された酸化剤ガス流路118と連通されている。この酸化剤ガス流路48は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この酸化剤ガス流路48には、熱交換部110の酸化剤ガス流路118から供給された酸化剤ガス164が鉛直方向上側から下側に流れる。 An upper end portion of the oxidant gas flow channel 48 is in communication with an oxidant gas flow channel 118 formed in a heat exchange unit 110 described later. The oxidant gas channel 48 is formed such that the upper side in the vertical direction is the upstream side, and the oxidant gas 164 supplied from the oxidant gas channel 118 of the heat exchange unit 110 to the oxidant gas channel 48. Flows from the upper side to the lower side in the vertical direction.
<改質部>
図3に示されるように、改質部60は、四重の筒状壁61〜64によって構成されている。四重の筒状壁61〜64のうち最も内側に位置する筒状壁61は、一番目の管材21の下部によって構成され、四重の筒状壁61〜64のうち内側から二番目の筒状壁62は、四番目の管材24によって構成されている。また、四重の筒状壁61〜64のうち内側から三番目の筒状壁63は、五番目の管材25における高さ方向の中央部によって構成され、四重の筒状壁61〜64のうち最も外側の筒状壁64は、六番目の管材26における高さ方向の中央部によって構成されている。
<Reforming section>
As shown in FIG. 3, the reforming unit 60 is configured by quadruple cylindrical walls 61 to 64. The innermost cylindrical wall 61 of the quadruple cylindrical walls 61 to 64 is formed by the lower part of the first tube 21 and the second cylinder from the inside of the quadruple cylindrical walls 61 to 64 The wall 62 is constituted by the fourth pipe 24. Further, the third cylindrical wall 63 from the inner side among the four-fold cylindrical walls 61 to 64 is constituted by the central portion in the height direction of the fifth pipe member 25, and the fourth cylindrical wall 61 to 64 The outermost cylindrical wall 64 is constituted by the central portion in the height direction of the sixth pipe member 26.
この四重の筒状壁61〜64によって構成された改質部60は、後述する燃焼器200(図4参照)の上方に燃焼器200と同軸上に設けられている。この改質部60を構成する四重の筒状壁61〜64は、互いの間に隙間を有している。そして、この四重の筒状壁61〜64の内側から外側には、断熱空間65、燃焼排ガス流路67、改質流路66、及び、酸化剤ガス流路68が順に形成されている。 The reforming unit 60 configured by the four-fold cylindrical walls 61 to 64 is provided coaxially with the combustor 200 above the combustor 200 (see FIG. 4) described later. The quadruple cylindrical walls 61 to 64 constituting the reforming unit 60 have a gap between each other. And the heat insulation space 65, the combustion exhaust gas flow path 67, the reforming flow path 66, and the oxidant gas flow path 68 are formed in order from the inside to the outside of the quadruple cylindrical walls 61 to 64.
つまり、一番目の筒状壁61の内側の空間は、断熱空間65として形成され、一番目の筒状壁61と、二番目の筒状壁62との間の隙間は、燃焼排ガス流路67として形成されている。また、二番目の筒状壁62と、三番目の筒状壁63との間の隙間は、改質流路66として形成され、三番目の筒状壁63と、四番目の筒状壁64との間の隙間は、酸化剤ガス流路68として形成されている。 That is, the space inside the first cylindrical wall 61 is formed as the heat insulation space 65, and the space between the first cylindrical wall 61 and the second cylindrical wall 62 is the combustion exhaust gas flow path 67. It is formed as. Further, a gap between the second cylindrical wall 62 and the third cylindrical wall 63 is formed as a reforming channel 66, and the third cylindrical wall 63 and the fourth cylindrical wall 64 are formed. A gap between the two is formed as an oxidant gas channel 68.
断熱空間65は、上述の気化部40の断熱空間45と連通している。図3において、断熱空間65は、空洞とされているが、この断熱空間65には、断熱材69が充填されても良い。燃焼排ガス流路67の下端部は、後述する燃焼器200に形成された燃焼室207(図4,図5参照)と連通されている。燃焼排ガス流路67は、鉛直方向下側を上流側として形成されており、この燃焼排ガス流路67には、後述する燃焼器200から排出された燃焼排ガス168が鉛直方向下側から上側に流れる。 The heat insulation space 65 is in communication with the heat insulation space 45 of the vaporization section 40 described above. Although the heat insulation space 65 is hollow in FIG. 3, the heat insulation space 65 may be filled with a heat insulation material 69. The lower end portion of the combustion exhaust gas passage 67 is in communication with a combustion chamber 207 (see FIGS. 4 and 5) formed in a combustor 200 described later. The combustion exhaust gas flow path 67 is formed with the vertical direction lower side as the upstream side, and in the combustion exhaust gas flow path 67, the combustion exhaust gas 168 discharged from the combustor 200 described later flows upward from the vertical direction .
<混合部及び分散部>
改質部60の上端部には、鉛直方向上側に延長された混合部80が形成されている。この混合部80は、気化部40と改質部60との間、すなわち、より具体的には、改質部60の上側且つ気化部40の下端部の径方向外側に位置する。気化部40の下端部における周方向の一部からは、連結管81が径方向外側に延びている。連結管81は、混合部80における気化部40との接続部を構成しており、この連結管81の内側は、水平方向に貫通するオリフィス82として形成されている。連結管81(オリフィス82)は、気化流路46の径方向外側に位置しており、気化流路46の下端部と連通する。混合部80は、連結管81(オリフィス82)を一つのみ有する。混合部80には、オリフィス82に対する改質流路66側(径方向外側)に位置しオリフィス82と対向する対向壁部86が設けられている。
<Mixing part and dispersing part>
At an upper end portion of the reforming unit 60, a mixing unit 80 extended upward in the vertical direction is formed. The mixing unit 80 is located between the vaporization unit 40 and the reforming unit 60, that is, more specifically, on the upper side of the reforming unit 60 and radially outside the lower end of the vaporization unit 40. A connecting pipe 81 extends radially outward from a part of the lower end portion of the vaporization section 40 in the circumferential direction. The connecting pipe 81 constitutes a connecting portion with the vaporizing unit 40 in the mixing section 80, and the inside of the connecting pipe 81 is formed as an orifice 82 penetrating in the horizontal direction. The connection pipe 81 (orifice 82) is located radially outside of the vaporization flow channel 46 and communicates with the lower end of the vaporization flow channel 46. The mixing unit 80 has only one connecting pipe 81 (orifice 82). The mixing section 80 is provided with an opposing wall 86 located on the reforming flow channel 66 side (radial direction outer side) with respect to the orifice 82 and facing the orifice 82.
改質流路66の入口(上端)は、混合部80及び連結管81を介して気化流路46と連通されている。改質流路66は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この改質流路66には、気化流路46から供給された原燃料ガス162が鉛直方向上側から下側に流れる。 The inlet (upper end) of the reforming flow passage 66 is in communication with the vaporization flow passage 46 via the mixing unit 80 and the connection pipe 81. The reforming flow path 66 is formed with the upper side in the vertical direction as the upstream side, and the raw fuel gas 162 supplied from the vaporization flow path 46 flows downward from the upper side in the vertical direction to the reforming flow path 66.
この改質流路66の入口には、改質流路66の周方向に沿って環状に形成された仕切板83が設けられている。この仕切板83には、周方向に一定の間隔を空けて複数のオリフィス84が形成されている。この複数のオリフィス84は、仕切板83の板厚方向(鉛直方向)に貫通しており、改質流路66には、複数のオリフィス84を通じて原燃料ガス162が流入する。この仕切板83は、鉛直方向に間隔を空けて複数設けられていても良い。 At the inlet of the reforming flow passage 66, a partition plate 83 formed annularly along the circumferential direction of the reforming flow passage 66 is provided. In the partition plate 83, a plurality of orifices 84 are formed at regular intervals in the circumferential direction. The plurality of orifices 84 penetrate in the plate thickness direction (vertical direction) of the partition plate 83, and the raw fuel gas 162 flows into the reforming flow path 66 through the plurality of orifices 84. A plurality of partition plates 83 may be provided at intervals in the vertical direction.
改質流路66には、原燃料ガス162から燃料ガス163を生成するための改質触媒層70が改質流路66の周方向及び軸方向の全長に亘って設けられている。改質触媒層70には、例えば、活性金属としてニッケル、ルテニウム、白金、ロジウム等の金属を担持した粒状触媒又はハニカム触媒等が用いられる。 The reforming catalyst layer 70 for generating the fuel gas 163 from the raw fuel gas 162 is provided in the reforming passage 66 along the entire length in the circumferential direction and the axial direction of the reforming passage 66. For the reforming catalyst layer 70, for example, a particulate catalyst or a honeycomb catalyst supporting a metal such as nickel, ruthenium, platinum or rhodium as an active metal is used.
酸化剤ガス流路68の上端部は、上述の気化部40に形成された酸化剤ガス流路48と連通されている。この酸化剤ガス流路68は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この酸化剤ガス流路68には、気化部40の酸化剤ガス流路48から供給された酸化剤ガス164が鉛直方向上側から下側に流れる。 The upper end portion of the oxidant gas flow passage 68 is in communication with the oxidant gas flow passage 48 formed in the above-described vaporization unit 40. The oxidant gas channel 68 is formed such that the upper side in the vertical direction is the upstream side, and the oxidant gas 164 supplied from the oxidant gas channel 48 of the vaporization unit 40 is supplied to the oxidant gas channel 68. It flows from the upper side to the lower side in the vertical direction.
<燃焼部>
図4に示されるように、燃焼部90は、上述の改質部60の下方に改質部60と同軸上に設けられている。この燃焼部90の内部には、図5に示される燃焼器200が適用されている。燃焼器200は、燃焼室周壁201と、燃焼室内壁202と、整流部203と、燃料ガス室仕切壁204と、酸化剤ガス室仕切壁205とを有する。
<Combustion part>
As shown in FIG. 4, the combustion unit 90 is provided coaxially with the reforming unit 60 below the above-described reforming unit 60. The combustor 200 shown in FIG. 5 is applied to the inside of the combustion unit 90. The combustor 200 includes a combustion chamber peripheral wall 201, a combustion chamber inner wall 202, a flow straightening unit 203, a fuel gas chamber partition wall 204, and an oxidant gas chamber partition wall 205.
燃焼室周壁201は、上述の改質部60を構成する四重の筒状壁61〜64のうち内側から二番目の筒状壁62を下方へ延長することにより形成されている(図4参照)。なお、図5に示される燃焼器200では、燃焼室周壁201に段部201Aが形成されているが、図1の燃料電池モジュールMは、段部201Aが省かれた状態で示されている。燃焼室周壁201は、筒状に形成されており、この燃焼室周壁201の内側には、燃焼室207が形成されている。燃焼室207は、鉛直方向を軸方向として形成されている。この燃焼室207では、後述する燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガスと、酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガスとが混合された混合ガスが燃焼される。 The combustion chamber peripheral wall 201 is formed by extending downward the second cylindrical wall 62 from the inner side among the quadruple cylindrical walls 61 to 64 constituting the above-described reforming unit 60 (see FIG. 4). ). In the combustor 200 shown in FIG. 5, the stepped portion 201A is formed in the combustion chamber peripheral wall 201, but the fuel cell module M in FIG. 1 is shown with the stepped portion 201A omitted. The combustion chamber peripheral wall 201 is formed in a tubular shape, and a combustion chamber 207 is formed inside the combustion chamber peripheral wall 201. The combustion chamber 207 is formed with the vertical direction as an axial direction. In the combustion chamber 207, a mixed gas in which a fuel gas jetted from a fuel gas nozzle 210 described later and an oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle 211 are mixed is burned.
燃焼室内壁202は、燃焼室周壁201よりも小径であり、燃焼室周壁201の内側に設けられている。この燃焼室内壁202は、上述の改質部60を構成する四重の筒状壁61〜64のうち最も内側の筒状壁61の下端部によって形成されている(図4参照)。図5に示されるように、燃焼室内壁202は、燃焼室207の上側に配置されている。燃焼室周壁201と燃焼室内壁202との間の隙間は、上述の改質部60に形成された燃焼排ガス流路67の入口部67Aとして形成されている。燃焼室207で生じた燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路67の入口部67Aから燃焼排ガス流路67に流入する。 The combustion chamber inner wall 202 is smaller in diameter than the combustion chamber peripheral wall 201, and is provided inside the combustion chamber peripheral wall 201. The combustion chamber inner wall 202 is formed by the lower end portion of the innermost cylindrical wall 61 among the quadruple cylindrical walls 61 to 64 constituting the above-described reforming unit 60 (see FIG. 4). As shown in FIG. 5, the combustion chamber wall 202 is disposed on the upper side of the combustion chamber 207. A gap between the combustion chamber peripheral wall 201 and the combustion chamber inner wall 202 is formed as an inlet portion 67A of the combustion exhaust gas flow path 67 formed in the above-described reforming unit 60. The combustion exhaust gas generated in the combustion chamber 207 flows into the combustion exhaust gas channel 67 from the inlet portion 67 A of the combustion exhaust gas channel 67.
この燃焼室内壁202の下端部には、燃焼室207の下側に向けて延出する整流部203が形成されている。この整流部203は、燃焼室207の上側(下流側)に向かうに従って拡径する円錐状に形成されている。この整流部203の内側及び燃焼室内壁202の内側は、一例として、空洞とされている。なお、整流部203の内側には、断熱材が充填されても良い。 At the lower end portion of the combustion chamber inner wall 202, a flow straightening unit 203 extending downward of the combustion chamber 207 is formed. The straightening unit 203 is formed in a conical shape that increases in diameter toward the upper side (downstream side) of the combustion chamber 207. The inner side of the flow straightening portion 203 and the inner side of the combustion chamber wall 202 are, for example, hollow. Note that a heat insulating material may be filled inside the flow straightening unit 203.
燃焼室内壁202及び整流部203は、上述の容器20を構成する複数の管材21〜29のうち最も内側の管材21(図1も参照)に形成されている。この管材21の軸芯部には、パイプ150が設けられている。パイプ150は、管材21に固定されており、このパイプ150の内側には、点火プラグ151が挿入されている。図1に示されるように、パイプ150の上端部は、管材21における整流部203側と反対側の端部(上端部)から上方に導出されており、点火プラグ151は、パイプ150の上端側の開口を通じてパイプ150の内側に挿抜可能に挿入されている。 The combustion chamber inner wall 202 and the straightening unit 203 are formed on the innermost pipe 21 (see also FIG. 1) of the plurality of pipes 21 to 29 constituting the container 20 described above. A pipe 150 is provided at an axial core portion of the pipe member 21. The pipe 150 is fixed to the pipe member 21. Inside the pipe 150, the spark plug 151 is inserted. As shown in FIG. 1, the upper end portion of the pipe 150 is led upward from the end (upper end portion) of the pipe 21 opposite to the straightening portion 203 side, and the spark plug 151 is on the upper end side of the pipe 150. The inside of the pipe 150 is insertably inserted and removed through the opening.
点火プラグ151は、導電性の芯材152と、芯材152を被覆する絶縁材153とを有する。芯材152の先端部(下端部)は、点火電極154として形成されており、芯材152の先端部よりも上側の部分は、導電部155として形成されている。パイプ150及び絶縁材153の下端部は、整流部203の先端部から突出されている。また、点火電極154は、パイプ150及び絶縁材153の下端部から突出されており、燃焼室207の中心軸線上に配置されている。なお、この点火電極154は、火炎電流検知用のフレームロッドを兼ねている。点火電極が火炎電流検知用のフレームロッドを兼ねる技術には、例えば、特公平7−117241号公報に記載の技術が適用される。 The spark plug 151 has a conductive core 152 and an insulating material 153 covering the core 152. The tip (lower end) of the core 152 is formed as an ignition electrode 154, and the portion above the tip of the core 152 is formed as a conductive portion 155. The lower end portions of the pipe 150 and the insulating material 153 are protruded from the tip end portion of the straightening unit 203. Further, the ignition electrode 154 protrudes from lower ends of the pipe 150 and the insulating material 153 and is disposed on the central axis of the combustion chamber 207. The ignition electrode 154 also serves as a flame rod for flame current detection. As a technique in which the ignition electrode doubles as a flame rod for flame current detection, for example, the technique described in Japanese Patent Publication No. 7-117241 is applied.
燃焼室周壁201の内側には、燃焼室207に加えて、燃料ガス室208及び酸化剤ガス室209が形成されている。燃料ガス室208は、燃焼室207の下側に燃焼室207と隣接して設けられている。この燃料ガス室208には、燃料電池セルスタック10(図4参照)の燃料極から排出された燃料極排ガスが燃料ガスとして供給される。酸化剤ガス室209は、燃料ガス室208の周囲に設けられている。この酸化剤ガス室209には、燃料電池セルスタック10(図4参照)の空気極から排出された空気極排ガスが酸化剤ガスとして供給される。 In addition to the combustion chamber 207, a fuel gas chamber 208 and an oxidant gas chamber 209 are formed inside the combustion chamber peripheral wall 201. The fuel gas chamber 208 is provided on the lower side of the combustion chamber 207 adjacent to the combustion chamber 207. The fuel electrode chamber exhaust gas from the fuel electrode of the fuel cell stack 10 (see FIG. 4) is supplied to the fuel gas chamber 208 as a fuel gas. The oxidant gas chamber 209 is provided around the fuel gas chamber 208. The exhaust gas from the air electrode discharged from the air electrode of the fuel cell stack 10 (see FIG. 4) is supplied to the oxidant gas chamber 209 as an oxidant gas.
燃料ガス室仕切壁204は、筒状に形成されており、燃焼室周壁201の内側に燃焼室周壁201と同軸に設けられている。この燃料ガス室仕切壁204は、燃料ガス室208と酸化剤ガス室209とを区画している。この筒状に形成された燃料ガス室仕切壁204における燃焼室207側の開口は、燃料ガスノズル210として形成されている。 The fuel gas chamber partition wall 204 is formed in a cylindrical shape, and is provided inside the combustion chamber peripheral wall 201 coaxially with the combustion chamber peripheral wall 201. The fuel gas chamber partition wall 204 divides the fuel gas chamber 208 and the oxidant gas chamber 209. An opening on the side of the combustion chamber 207 in the cylindrical fuel gas chamber partition wall 204 is formed as a fuel gas nozzle 210.
図6に示されるように、この燃料ガスノズル210からは、燃料ガス室208に供給された燃料ガス165が噴出される。燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165は、酸化剤ガス室仕切壁205の全周に亘って酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側から外側に拡散される。この燃焼器200では、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165が、酸化剤ガス室仕切壁205の全周に亘って酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側から外側に拡散されるように、燃料電池セルスタック10の燃料極から排出された燃料極排ガスである燃料ガスの流量や流速等に応じて、燃料ガスノズル210の孔径や燃料ガス室仕切壁204の形状が設定されている。 As shown in FIG. 6, from the fuel gas nozzle 210, the fuel gas 165 supplied to the fuel gas chamber 208 is ejected. The fuel gas 165 ejected from the fuel gas nozzle 210 is diffused from the radially inner side to the outer side of the oxidant gas chamber partition wall 205 over the entire circumference of the oxidant gas chamber partition wall 205. In this combustor 200, the fuel gas 165 ejected from the fuel gas nozzle 210 is diffused from the inside to the outside in the radial direction of the oxidant gas chamber partition wall 205 along the entire circumference of the oxidant gas chamber partition wall 205. The hole diameter of the fuel gas nozzle 210 and the shape of the fuel gas chamber partition wall 204 are set according to the flow rate and flow velocity of the fuel gas which is the fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack 10.
図5に示されるように、酸化剤ガス室仕切壁205は、燃料ガス室仕切壁204の周囲に環状に設けられており、燃焼室207と酸化剤ガス室209とを区画している。この酸化剤ガス室仕切壁205は、燃焼室207の下側から上側に向かうに従って拡径するテーパ状に形成されている。 As shown in FIG. 5, the oxidant gas chamber partition wall 205 is annularly provided around the fuel gas chamber partition wall 204 and partitions the combustion chamber 207 and the oxidant gas chamber 209. The oxidant gas chamber partition wall 205 is formed in a tapered shape that increases in diameter from the lower side to the upper side of the combustion chamber 207.
この酸化剤ガス室仕切壁205には、複数の酸化剤ガスノズル211が形成されている。複数の酸化剤ガスノズル211は、酸化剤ガス室仕切壁205の厚さ方向に貫通する孔によって形成されている。この複数の酸化剤ガスノズル211は、燃焼室207の中心軸を中心に放射状に配列されている。つまり、複数の酸化剤ガスノズル211は、酸化剤ガス室仕切壁205の径方向に複数の酸化剤ガスノズル211が並ぶ酸化剤ガスノズル列212を酸化剤ガス室仕切壁205の周方向に間隔を空けて複数形成している。 A plurality of oxidant gas nozzles 211 are formed on the oxidant gas chamber partition wall 205. The plurality of oxidant gas nozzles 211 are formed by holes penetrating in the thickness direction of the oxidant gas chamber partition wall 205. The plurality of oxidant gas nozzles 211 are arranged radially around the central axis of the combustion chamber 207. That is, the plurality of oxidant gas nozzles 211 are spaced apart in the circumferential direction of the oxidant gas chamber partition wall 205 by arranging the oxidant gas nozzle row 212 in which the plurality of oxidant gas nozzles 211 are arranged in the radial direction of the oxidant gas chamber partition wall 205 It is formed in plural.
各酸化剤ガスノズル列212では、酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側に位置する複数の酸化剤ガスノズル211の間隔よりも酸化剤ガス室仕切壁205の径方向外側に位置する複数の酸化剤ガスノズル211の間隔の方が狭くなっている。 In each oxidant gas nozzle row 212, a plurality of oxidants located radially outside of the oxidant gas chamber partition wall 205 with respect to the distance between the plurality of oxidant gas nozzles 211 located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall 205 The distance between the gas nozzles 211 is narrower.
図6に示されるように、酸化剤ガスノズル211からは、酸化剤ガス室209に供給された酸化剤ガス166が噴出される。酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166は、上述の燃料ガスノズル210から噴出され酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側から外側に拡散する燃料ガス165と混合される。 As shown in FIG. 6, the oxidizing gas 166 supplied to the oxidizing gas chamber 209 is ejected from the oxidizing gas nozzle 211. The oxidant gas 166 ejected from the oxidant gas nozzle 211 is mixed with the fuel gas 165 which is ejected from the above-described fuel gas nozzle 210 and diffuses from the radially inner side to the outer side of the oxidant gas chamber partition wall 205.
図4に示されるように、上述の燃焼器200の周囲には、改質部60の改質流路66及び酸化剤ガス流路68が形成されている。つまり、四重の筒状壁61〜64のうち内側から三番目及び四番目の筒状壁63,64は、下方へ延長されている。そして、筒状壁62と筒状壁63との間には、改質部60の改質流路66が延長して形成されており、筒状壁63と筒状壁64との間には、改質部60の酸化剤ガス流路68が延長して形成されている。 As shown in FIG. 4, a reforming flow passage 66 and an oxidant gas flow passage 68 of the reforming unit 60 are formed around the above-described combustor 200. That is, the third and fourth cylindrical walls 63 and 64 from the inner side of the quadruple cylindrical walls 61 to 64 are extended downward. Further, the reforming flow path 66 of the reforming unit 60 is formed to be extended between the cylindrical wall 62 and the cylindrical wall 63, and between the cylindrical wall 63 and the cylindrical wall 64. The oxidant gas flow path 68 of the reforming unit 60 is formed to be extended.
また、燃料ガス室208の底部には、燃料ガス室底壁213が設けられ、この燃料ガス室底壁213の中央部には、燃料電池セルスタック10側(下側)に突出する筒状の連結壁214が形成されている。燃料電池セルスタック10の燃料極から排出された燃料極排ガスである燃料ガス165は、連結壁214の内側に形成された連通路215を通じて燃料ガス室208に流入する。 In addition, a fuel gas chamber bottom wall 213 is provided at the bottom of the fuel gas chamber 208, and at the central portion of the fuel gas chamber bottom wall 213, a cylindrical shape projecting to the fuel cell stack 10 side (lower side) is provided. A connecting wall 214 is formed. Fuel gas 165, which is an anode exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack 10, flows into the fuel gas chamber 208 through a communication passage 215 formed inside the connection wall 214.
また、酸化剤ガス室209の外周部には、酸化剤ガス室周壁216が設けられ、酸化剤ガス室209の底部には、酸化剤ガス室底壁217が設けられている。酸化剤ガス室底壁217には、連通孔218が形成されており、燃料電池セルスタック10の空気極から排出された空気極排ガスである酸化剤ガス166は、連通孔218を通じて酸化剤ガス室209に流入する。 Further, an oxidant gas chamber peripheral wall 216 is provided on the outer peripheral portion of the oxidant gas chamber 209, and an oxidant gas chamber bottom wall 217 is provided on the bottom of the oxidant gas chamber 209. A communicating hole 218 is formed in the oxidant gas chamber bottom wall 217, and an oxidant gas 166, which is an exhaust gas from the air electrode discharged from the air electrode of the fuel cell stack 10, passes through the communicating hole 218 to form an oxidant gas chamber. Flow into 209.
なお、第一実施形態において、燃焼室207の下側は、本発明における「燃焼室の軸方向一方側」に相当し、燃焼室207の上側は、本発明における「燃焼室の軸方向他方側」に相当する。 In the first embodiment, the lower side of the combustion chamber 207 corresponds to “one side in the axial direction of the combustion chamber” in the present invention, and the upper side of the combustion chamber 207 corresponds to the “other side in the axial direction of the combustion chamber”. Equivalent to
<予熱部>
図4に示されるように、予熱部100(収容部)は、燃焼部90の下方に設けられた二重の筒状壁101,102によって構成されている。二重の筒状壁101,102のうち内側の筒状壁101は、五番目の管材25の下部によって構成され、二重の筒状壁101,102のうち外側の筒状壁102は、六番目の管材26の下部によって構成されている。
<Preheating part>
As shown in FIG. 4, the preheating unit 100 (housing unit) is configured by double cylindrical walls 101 and 102 provided below the combustion unit 90. The inner cylindrical wall 101 of the double cylindrical walls 101 and 102 is formed by the lower portion of the fifth pipe member 25, and the outer cylindrical wall 102 of the double cylindrical walls 101 and 102 is six. The lower part of the second pipe 26 is constituted.
この予熱部100は、燃料電池セルスタック10の周囲に設けられており、燃料電池セルスタック10を収容している。予熱部100の内側には、内側空間104が形成されており、予熱部100を構成する二重の筒状壁101,102の間には、予熱流路105が形成されている。 The preheating unit 100 is provided around the fuel cell stack 10 and accommodates the fuel cell stack 10. An inner space 104 is formed inside the preheating unit 100, and a preheating flow passage 105 is formed between the double cylindrical walls 101 and 102 constituting the preheating unit 100.
この予熱流路105には、予熱部100の軸方向回りに螺旋状に形成された螺旋部材106が設けられており、この螺旋部材106により、予熱流路105は、予熱部100の軸方向回りに螺旋状に形成されている。 The preheating flow passage 105 is provided with a spiral member 106 formed in a spiral shape around the axial direction of the preheating unit 100, and the preheating flow passage 105 is provided around the axial direction of the preheating portion 100 by the spiral member 106. Are spirally formed.
この予熱流路105の上端部は、上述の改質部60の酸化剤ガス流路68と連通され、予熱流路105の下端部は、図1に示される底壁部34と底壁部35との間に形成された導入路37を通じて燃料電池セルスタック10の酸化剤ガス取入口15と連通されている。図4に示されるように、予熱流路105は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この予熱流路105には、改質部60の酸化剤ガス流路68を通じて供給された酸化剤ガス164が鉛直方向上側から下側に流れる。 The upper end portion of the preheating flow channel 105 is in communication with the oxidant gas flow channel 68 of the above-mentioned reforming unit 60, and the lower end portion of the preheating flow channel 105 is a bottom wall 34 and a bottom wall 35 shown in FIG. And an oxidant gas inlet 15 of the fuel cell stack 10 through an introduction passage 37 formed therebetween. As shown in FIG. 4, the preheating channel 105 is formed such that the upper side in the vertical direction is the upstream side, and the oxidation gas supplied to the preheating channel 105 through the oxidant gas channel 68 of the reforming unit 60 is The agent gas 164 flows from the upper side to the lower side in the vertical direction.
また、予熱部100の内側には、上述の改質流路66と、燃料電池セルスタック10の燃料ガス取入口16(図1参照)とを接続する燃料ガス配管107が設けられている。改質流路66と燃料ガス配管107の内側とは、改質流路66の下端部に設けられたオリフィス98を通じて連通されている。 Further, inside the preheating unit 100, a fuel gas pipe 107 connecting the above-described reforming flow passage 66 and the fuel gas inlet 16 (see FIG. 1) of the fuel cell stack 10 is provided. The reforming flow passage 66 and the inside of the fuel gas pipe 107 are in communication via an orifice 98 provided at the lower end of the reforming flow passage 66.
<熱交換部>
図2に示されるように、熱交換部110は、上述の改質部60及び気化部40の周囲に設けられた三重の筒状壁111〜113によって構成されている。三重の筒状壁111〜113における内側の筒状壁111は、七番目の管材27によって構成され、三重の筒状壁111〜113における中央の筒状壁112は、八番目の管材28によって構成され、三重の筒状壁111〜113における外側の筒状壁113は、九番目の管材29によって構成されている。
<Heat exchange section>
As shown in FIG. 2, the heat exchange unit 110 is configured by triple cylindrical walls 111 to 113 provided around the above-described reforming unit 60 and the vaporization unit 40. The inner cylindrical wall 111 in the triple cylindrical walls 111 to 113 is constituted by the seventh pipe member 27 and the central cylindrical wall 112 in the triple cylindrical walls 111 to 113 is constituted by the eighth pipe member 28 The outer tubular wall 113 of the triple tubular walls 111 to 113 is constituted by the ninth tube member 29.
この熱交換部110を構成する三重の筒状壁111〜113は、互いの間に隙間を有している。そして、内側の筒状壁111と中央の筒状壁112との間には、酸化剤ガス流路118が形成され、外側の筒状壁113と中央の筒状壁112との間には、燃焼排ガス流路117が形成されている。 The triple cylindrical walls 111 to 113 constituting the heat exchange portion 110 have a gap between each other. Then, an oxidizing gas channel 118 is formed between the inner cylindrical wall 111 and the central cylindrical wall 112, and between the outer cylindrical wall 113 and the central cylindrical wall 112, A flue gas passage 117 is formed.
酸化剤ガス流路118には、熱交換部110の軸方向回りに螺旋状に形成された螺旋部材121が設けられており、この螺旋部材121により、酸化剤ガス流路118は、熱交換部110の軸方向回りに螺旋状に形成されている。同様に、燃焼排ガス流路117には、熱交換部110の軸方向回りに螺旋状に形成された螺旋部材120が設けられており、この螺旋部材120により、燃焼排ガス流路117は、熱交換部110の軸方向回りに螺旋状に形成されている。 The oxidant gas flow passage 118 is provided with a spiral member 121 formed in a spiral shape around the axial direction of the heat exchange portion 110, and the oxidant gas flow passage 118 is formed by the heat exchange portion by the spiral member 121. It is spirally formed around the axial direction of 110. Similarly, the combustion exhaust gas flow passage 117 is provided with a spiral member 120 formed in a spiral shape around the axial direction of the heat exchange unit 110, and the combustion exhaust gas flow passage 117 is subjected to heat exchange by the spiral member 120. It is spirally formed around the axial direction of the portion 110.
酸化剤ガス流路118の下端部には、容器20の径方向外側に延びる酸化剤ガス供給管122(図1参照)が接続されている。連結部31と連結部32との間の隙間は、容器20の径方向に延びる連結流路38として形成されており、酸化剤ガス流路118の上端部は、連結流路38を介して上述の気化部40に形成された酸化剤ガス流路48と連通されている。酸化剤ガス流路118は、鉛直方向下側を上流側として形成されており、この酸化剤ガス流路118には、酸化剤ガス供給管122(図1参照)から供給された酸化剤ガス164が鉛直方向下側から上側に流れる。 An oxidant gas supply pipe 122 (see FIG. 1) extending to the outside in the radial direction of the container 20 is connected to the lower end portion of the oxidant gas flow path 118. A gap between the connecting portion 31 and the connecting portion 32 is formed as a connecting flow passage 38 extending in the radial direction of the container 20, and the upper end portion of the oxidant gas flow passage 118 is described above via the connecting flow passage 38. It is in communication with the oxidant gas flow path 48 formed in the vaporization section 40 of the The oxidant gas flow passage 118 is formed such that the lower side in the vertical direction is the upstream side, and an oxidant gas 164 supplied from the oxidant gas supply pipe 122 (see FIG. 1) is supplied to the oxidant gas flow passage 118. Flows upward from the bottom in the vertical direction.
また、連結部32と連結部33との間の隙間は、容器20の径方向に延びる連結流路39として形成されており、燃焼排ガス流路117の上端部は、連結流路39を介して上述の気化部40に形成された燃焼排ガス流路47と連通されている。この燃焼排ガス流路117の下端部には、容器20の径方向外側に延びるガス排出管123(図1参照)が接続されている。燃焼排ガス流路117は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この燃焼排ガス流路117には、気化部40の燃焼排ガス流路47から供給された燃焼排ガス168が鉛直方向上側から下側に流れる。 Further, a gap between the connecting portion 32 and the connecting portion 33 is formed as a connecting flow passage 39 extending in the radial direction of the container 20, and the upper end portion of the combustion exhaust gas flow passage 117 is via the connecting flow passage 39. It is in communication with the flue gas passage 47 formed in the above-mentioned vaporization unit 40. A gas exhaust pipe 123 (see FIG. 1) extending to the outside in the radial direction of the container 20 is connected to the lower end portion of the combustion exhaust gas flow path 117. The flue gas passage 117 is formed such that the upper side in the vertical direction is the upstream side, and the flue gas 168 supplied from the flue gas passage 47 of the vaporization section 40 is lower in the flue gas passage 117 from the upper side in the vertical direction. Flow to the side.
<断熱層>
図1に示されるように、改質部60及び気化部40と、熱交換部110とは、容器20の径方向に離間しており、この改質部60及び気化部40と熱交換部110との間には、円筒状の断熱層130が介在されている。この断熱層130は、気化部40及び改質部60を外側から覆っている。
<Adiabatic layer>
As shown in FIG. 1, the reforming unit 60, the vaporization unit 40, and the heat exchange unit 110 are separated in the radial direction of the container 20, and the reforming unit 60, the vaporization unit 40, and the heat exchange unit 110 are separated. And a cylindrical heat insulating layer 130 is interposed therebetween. The heat insulating layer 130 covers the vaporizing unit 40 and the reforming unit 60 from the outside.
<断熱材>
断熱材140は、円筒状の本体部141と、円盤状の上部142及び下部143とを有し、容器20を覆っている。つまり、本体部141は、容器20の周囲に設けられており、容器20を外側から覆っている。上部142は、本体部141を鉛直方向上側から覆うと共に、容器20の上部の周囲に設けられている。上部142は、鉛直方向上側から固定部材144により固定されている。下部143は、容器20及び本体部141を鉛直方向下側から覆っている。この断熱材140の表面は、被覆シート145によって覆われている。
<Heat insulation material>
The heat insulating material 140 has a cylindrical main body portion 141 and a disk-like upper portion 142 and a lower portion 143, and covers the container 20. That is, the main body portion 141 is provided around the container 20 and covers the container 20 from the outside. The upper portion 142 is provided around the upper portion of the container 20 while covering the main body portion 141 from the upper side in the vertical direction. The upper portion 142 is fixed by the fixing member 144 from the upper side in the vertical direction. The lower portion 143 covers the container 20 and the main body portion 141 from the lower side in the vertical direction. The surface of the heat insulating material 140 is covered by a covering sheet 145.
<燃料電池モジュールの動作>
次に、第一実施形態に係る燃料電池モジュールMの動作について説明する。
<Operation of Fuel Cell Module>
Next, the operation of the fuel cell module M according to the first embodiment will be described.
図1に示される原燃料供給管50を通じて図2に示される気化流路46に原燃料161(原燃料及び改質用水が混合されたもの)が供給されると、この原燃料161は、螺旋状に形成された気化流路46を鉛直方向上側から下側へ流れる。このとき、気化部40では、燃焼器200(図4参照)から排出された燃焼排ガス168が燃焼排ガス流路47を鉛直方向下側から上側に流れる。気化流路46に隣接する燃焼排ガス流路47に燃焼排ガス168が流れると、気化流路46を流れる原燃料161と燃焼排ガス168との間で熱交換される。そして、気化流路46では、原燃料161が気化され、図3に示される原燃料ガス162が生成される。 When the raw fuel 161 (the mixture of the raw fuel and the reforming water) is supplied to the vaporization passage 46 shown in FIG. 2 through the raw fuel supply pipe 50 shown in FIG. 1, the raw fuel 161 has a spiral shape. The gas flows from the upper side to the lower side in the vertical direction through the vaporization flow path 46 formed in the shape of a circle. At this time, in the vaporization unit 40, the combustion exhaust gas 168 discharged from the combustor 200 (see FIG. 4) flows in the combustion exhaust gas passage 47 from the lower side to the upper side in the vertical direction. When the combustion exhaust gas 168 flows through the combustion exhaust gas flow passage 47 adjacent to the vaporization flow passage 46, heat is exchanged between the raw fuel 161 and the combustion exhaust gas 168 flowing through the vaporization flow passage 46. Then, in the vaporization flow channel 46, the raw fuel 161 is vaporized, and the raw fuel gas 162 shown in FIG. 3 is generated.
この気化流路46で気化された原燃料ガス162は、連結管81の内側に形成されたオリフィス82を通り、改質部60の上方に形成された混合部80の内側空間85に流入する。このとき、気化流路46で気化された原燃料ガス162は、連結管81の内側のオリフィス82を通過する際に流速が高められて噴流となり、混合部80における径方向外側の対向壁部86に衝突する。そして、原燃料ガス162が対向壁部86に衝突することにより乱流が生じ、原燃料ガス162に含まれる炭化水素系ガス及び水蒸気が混合される。 The raw fuel gas 162 vaporized in the vaporization channel 46 flows through the orifice 82 formed inside the connecting pipe 81 and flows into the inner space 85 of the mixing unit 80 formed above the reforming unit 60. At this time, when the raw fuel gas 162 vaporized in the vaporization channel 46 passes through the orifice 82 inside the connecting pipe 81, the flow velocity is increased to form a jet, and the radially outer opposing wall portion 86 in the mixing section 80 To clash. Then, the raw fuel gas 162 collides with the facing wall portion 86 to generate a turbulent flow, and the hydrocarbon-based gas and the water vapor contained in the raw fuel gas 162 are mixed.
このようにして混合された原燃料ガス162は、対向壁部86に衝突することにより径方向外側から鉛直方向下側に向きを変え、改質流路66の入口に形成された複数のオリフィス84を通じて改質流路66に流入する。複数のオリフィス84は、改質流路66の周方向に一定の間隔を空けて並んでいるので、この複数のオリフィス84を通過することで、改質流路66には、原燃料ガス162が周方向に分散して流入する。 The raw fuel gas 162 mixed in this manner changes its direction from the radially outer side to the vertically lower side by colliding with the opposing wall portion 86, and a plurality of orifices 84 formed at the inlet of the reforming flow path 66. Flows into the reforming channel 66 through the Since the plurality of orifices 84 are arranged at regular intervals in the circumferential direction of the reforming flow passage 66, the raw fuel gas 162 is contained in the reforming flow passage 66 by passing through the plurality of orifices 84. It disperses and flows in the circumferential direction.
また、このとき、改質部60では、燃焼器200(図4参照)から排出された燃焼排ガス168が燃焼排ガス流路67を鉛直方向下側から上側に流れる。改質流路66に隣接する燃焼排ガス流路67に燃焼排ガス168が流れると、改質流路66を流れる原燃料ガス162と燃焼排ガス168との間で熱交換される。そして、改質流路66では、燃焼排ガス168の熱を利用して改質触媒層70により原燃料ガス162から燃料ガス163が生成される。 At this time, in the reforming unit 60, the combustion exhaust gas 168 discharged from the combustor 200 (see FIG. 4) flows in the combustion exhaust gas passage 67 from the lower side to the upper side in the vertical direction. When the combustion exhaust gas 168 flows into the combustion exhaust gas flow passage 67 adjacent to the reforming flow passage 66, heat exchange is performed between the raw fuel gas 162 flowing through the reforming flow passage 66 and the combustion exhaust gas 168. Then, in the reforming flow passage 66, the fuel gas 163 is generated from the raw fuel gas 162 by the reforming catalyst layer 70 using the heat of the combustion exhaust gas 168.
改質流路66にて生成された燃料ガス163は、図4に示されるように、オリフィス98を通過し、燃料ガス配管107の内側に流入する。そして、この燃料ガス163は、燃料ガス配管107を通じて燃料電池セルスタック10の燃料ガス取入口16(図1参照)に供給される。 The fuel gas 163 generated in the reforming passage 66 passes through the orifice 98 and flows into the fuel gas pipe 107 as shown in FIG. Then, the fuel gas 163 is supplied to the fuel gas inlet 16 (see FIG. 1) of the fuel cell stack 10 through the fuel gas pipe 107.
一方、このとき、図2に示される熱交換部110では、酸化剤ガス供給管122(図1参照)を通じて酸化剤ガス流路118に酸化剤ガス164が供給される。この酸化剤ガス164は、螺旋状に形成された酸化剤ガス流路118を鉛直方向下側から上側に流れる。このとき、熱交換部110では、燃焼器200(図4参照)から排出された燃焼排ガス168が燃焼排ガス流路117を鉛直方向上側から下側に流れる。この燃焼排ガス168は、図1に示されるガス排出管123を通じて燃料電池モジュールMの外部に排出される。 On the other hand, at this time, in the heat exchange unit 110 shown in FIG. 2, the oxidant gas 164 is supplied to the oxidant gas flow path 118 through the oxidant gas supply pipe 122 (see FIG. 1). The oxidant gas 164 flows from the lower side to the upper side in the spiral direction in the oxidant gas flow path 118. At this time, in the heat exchange unit 110, the combustion exhaust gas 168 discharged from the combustor 200 (see FIG. 4) flows from the upper side to the lower side in the vertical direction of the combustion exhaust gas passage 117. The flue gas 168 is discharged to the outside of the fuel cell module M through the gas discharge pipe 123 shown in FIG.
図2に示されるように、酸化剤ガス流路118に隣接する燃焼排ガス流路117に燃焼排ガス168が流れると、酸化剤ガス流路118を流れる酸化剤ガス164と燃焼排ガス168との間で熱交換される。そして、燃料電池モジュールMの外部へ排出される燃焼排ガス168の温度が低下され、燃料電池モジュールMの外部への放熱が抑制される。一方、酸化剤ガス164は、燃焼排ガス168の熱を吸収し、予熱される。この熱交換部110にて予熱された酸化剤ガス164は、連結流路38を通じて気化部40の酸化剤ガス流路48に流入し、その後、気化部40の酸化剤ガス流路48及び改質部60の酸化剤ガス流路68(図3,図4参照)を鉛直方向上側から下側に流れる。 As shown in FIG. 2, when the flue gas 168 flows in the flue gas passage 117 adjacent to the oxidant gas passage 118, between the oxidant gas 164 flowing in the oxidant gas passage 118 and the flue gas 168. Heat is exchanged. Then, the temperature of the combustion exhaust gas 168 discharged to the outside of the fuel cell module M is reduced, and the heat radiation to the outside of the fuel cell module M is suppressed. On the other hand, the oxidant gas 164 absorbs the heat of the flue gas 168 and is preheated. The oxidant gas 164 preheated by the heat exchange unit 110 flows into the oxidant gas passage 48 of the vaporization unit 40 through the connection passage 38, and thereafter, the oxidant gas passage 48 and the reforming of the vaporization unit 40 are reformed. The oxidant gas flow path 68 (see FIGS. 3 and 4) of the portion 60 flows from the upper side to the lower side in the vertical direction.
図2に示される気化部40では、上述の通り、燃焼器200(図4参照)から排出された燃焼排ガス168が燃焼排ガス流路47を鉛直方向下側から上側に流れる。酸化剤ガス流路48に隣接する燃焼排ガス流路47に燃焼排ガス168が流れると、酸化剤ガス流路48を流れる酸化剤ガス164と燃焼排ガス168との間で熱交換され、酸化剤ガス164がさらに予熱される。 In the vaporization unit 40 shown in FIG. 2, as described above, the combustion exhaust gas 168 discharged from the combustor 200 (see FIG. 4) flows in the combustion exhaust gas passage 47 from the lower side to the upper side in the vertical direction. When the flue gas 168 flows into the flue gas passage 47 adjacent to the oxidant gas passage 48, heat is exchanged between the oxidant gas 164 flowing through the oxidant gas passage 48 and the flue gas 168, and the oxidant gas 164 Is further preheated.
同様に、図3に示されるように、改質部60では、燃焼器200(図4参照)から排出された燃焼排ガス168が燃焼排ガス流路67を鉛直方向下側から上側に流れる。改質流路66を挟んだ酸化剤ガス流路68と反対側の燃焼排ガス流路67に燃焼排ガス168が流れると、酸化剤ガス流路68を流れる酸化剤ガス164と燃焼排ガス168とが改質流路66(改質触媒層70)を介して熱交換し、このことによっても、酸化剤ガス164が予熱される。 Similarly, as shown in FIG. 3, in the reforming unit 60, the combustion exhaust gas 168 discharged from the combustor 200 (see FIG. 4) flows in the combustion exhaust gas flow path 67 from the lower side to the upper side in the vertical direction. When the combustion exhaust gas 168 flows through the exhaust gas flow channel 67 opposite to the oxidant gas flow channel 68 across the reforming flow channel 66, the oxidant gas 164 and the combustion exhaust gas 168 flowing through the oxidant gas flow channel 68 are reformed. Heat is exchanged through the quality flow path 66 (reforming catalyst layer 70), which also preheats the oxidant gas 164.
このように酸化剤ガス流路68を流れることで予熱された酸化剤ガス164は、図4に示される予熱流路105に流入し、この螺旋状に形成された予熱流路105を鉛直方向上側から下側に流れる。この予熱流路105を流れる酸化剤ガス164は、燃料電池セルスタック10の熱によってさらに予熱される。そして、この予熱流路105にて予熱された酸化剤ガス164は、燃料電池セルスタック10の酸化剤ガス取入口15(図1参照)に供給される。 Thus, the oxidant gas 164 preheated by flowing through the oxidant gas channel 68 flows into the preheating channel 105 shown in FIG. 4, and the spirally formed preheating channel 105 is vertically upward It flows from the bottom to the bottom. The oxidant gas 164 flowing through the preheating flow path 105 is further preheated by the heat of the fuel cell stack 10. Then, the oxidant gas 164 preheated by the preheating flow path 105 is supplied to the oxidant gas inlet 15 (see FIG. 1) of the fuel cell stack 10.
以上のようにして、図1に示される燃料電池セルスタック10の燃料ガス取入口16に燃料ガス(改質ガス)が供給されると共に、燃料電池セルスタック10の酸化剤ガス取入口15に酸化剤ガスが供給されると、燃料電池セルスタック10では、各セル12において、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する。また、各セル12は、発電に伴い発熱する。 As described above, the fuel gas (reformed gas) is supplied to the fuel gas inlet 16 of the fuel cell stack 10 shown in FIG. 1, and the oxidant gas inlet 15 of the fuel cell stack 10 is oxidized. When the agent gas is supplied, in the fuel cell stack 10, power is generated in each cell 12 by an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas. In addition, each cell 12 generates heat as power is generated.
このように燃料電池セルスタック10が起動すると、燃料電池セルスタック10の燃料極からは、燃料極排ガスが排出され、燃料電池セルスタック10の空気極からは、空気極排ガスが排出される。燃料極排ガスには、燃料電池セルスタック10にて発電に供されなかった燃料ガスが含まれ、同様に、空気極排ガスには、燃料電池セルスタック10にて発電に供されなかった酸化剤ガスが含まれる。 Thus, when the fuel cell stack 10 is activated, the fuel electrode exhaust gas is discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack 10, and the air electrode exhaust gas is discharged from the air electrode of the fuel cell stack 10. The fuel electrode exhaust gas contains a fuel gas that has not been used for power generation by the fuel cell stack 10, and similarly, the air electrode exhaust gas has an oxidant gas that has not been used for power generation with the fuel battery cell stack 10. Is included.
図4に示されるように、燃料電池セルスタック10の燃料極から排出された燃料極排ガスは、燃焼器200の燃料ガス室208に燃料ガスとして供給され、燃料電池セルスタック10の空気極から排出された空気極排ガスは、燃焼器200の一対の酸化剤ガス室209に酸化剤ガスとしてそれぞれ供給される。 As shown in FIG. 4, the fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack 10 is supplied as a fuel gas to the fuel gas chamber 208 of the combustor 200 and discharged from the air electrode of the fuel cell stack 10 The thus-produced air electrode exhaust gas is supplied to the pair of oxidant gas chambers 209 of the combustor 200 as oxidant gas.
そして、図6に示されるように、燃料ガスノズル210からは、燃料ガス室208に供給された燃料極排ガスである燃料ガス165が噴出される。燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165は、酸化剤ガス室仕切壁205の全周に亘って酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側から外側に拡散される。 Then, as shown in FIG. 6, from the fuel gas nozzle 210, a fuel gas 165, which is an anode exhaust gas supplied to the fuel gas chamber 208, is ejected. The fuel gas 165 ejected from the fuel gas nozzle 210 is diffused from the radially inner side to the outer side of the oxidant gas chamber partition wall 205 over the entire circumference of the oxidant gas chamber partition wall 205.
また、複数の酸化剤ガスノズル211からは、酸化剤ガス室209に供給された空気極排ガスである酸化剤ガス166が噴出される。複数の酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166は、酸化剤ガス室仕切壁205の全周に亘って酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側から外側に拡散する燃料ガス165と混合され、混合ガスが生成される。この燃焼室207にて混合された混合ガスは、点火電極154とパイプ150等との間に形成されるスパークによって点火されて燃焼される。 Further, from the plurality of oxidant gas nozzles 211, an oxidant gas 166, which is an air exhaust gas supplied to the oxidant gas chamber 209, is ejected. The oxidant gas 166 ejected from the plurality of oxidant gas nozzles 211 is mixed with the fuel gas 165 diffused from the inside to the outside in the radial direction of the oxidant gas chamber partition wall 205 over the entire circumference of the oxidant gas chamber partition wall 205 And a mixed gas is generated. The mixed gas mixed in the combustion chamber 207 is ignited and burned by a spark formed between the ignition electrode 154 and the pipe 150 or the like.
ここで、図7に示されるように、例えば、空気比が高く、酸化剤ガス166の流量が燃料ガス165の流量に対して過剰な場合には、複数の酸化剤ガスノズル211のうち酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166で混合ガスの燃焼に必要な酸素が足りる。この場合には、酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166と、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165とが混合されることで混合ガスが生成される。そして、この混合ガスが燃焼されることで、酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側に火炎167が生じる。 Here, as shown in FIG. 7, for example, when the air ratio is high and the flow rate of the oxidant gas 166 is excessive to the flow rate of the fuel gas 165, the oxidant gas of the plurality of oxidant gas nozzles 211 is used. The oxygen necessary for the combustion of the mixed gas is sufficient with the oxidant gas 166 ejected from the oxidant gas nozzle 211 located radially inward of the chamber partition wall 205. In this case, the oxidant gas 166 ejected from the oxidant gas nozzle 211 located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall 205 and the fuel gas 165 ejected from the fuel gas nozzle 210 are mixed. A mixed gas is produced. And, by burning the mixed gas, a flame 167 is generated on the inner side in the radial direction of the oxidant gas chamber partition wall 205.
なお、酸化剤ガス室仕切壁205の径方向外側に位置する酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166の噴流は、混合ガスの燃焼によって生ずる燃焼排ガス168に混合され、燃焼室207から排出される。 The jet stream of the oxidant gas 166 ejected from the oxidant gas nozzle 211 located radially outside the oxidant gas chamber partition wall 205 is mixed with the combustion exhaust gas 168 generated by the combustion of the mixed gas and discharged from the combustion chamber 207. Be done.
一方、図8に示されるように、燃料ガス165の流量が多く燃焼量が多い場合には、複数の酸化剤ガスノズル211のうち酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166では混合ガスの燃焼に必要な酸素が不足する。この場合には、酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側から外側にかけて設けられた酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166と、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165とが混合されることで混合ガスが生成される。そして、この混合ガスが燃焼されることで、酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側から外側にかけて火炎167が生じる。 On the other hand, as shown in FIG. 8, when the flow rate of the fuel gas 165 is large and the combustion amount is large, the oxidant gas nozzle positioned inward in the radial direction of the oxidant gas chamber partition wall 205 among the plurality of oxidant gas nozzles 211 The oxidant gas 166 ejected from the gas 211 runs short of oxygen necessary for the combustion of the mixed gas. In this case, the oxidant gas 166 jetted from the oxidant gas nozzle 211 provided from the radially inner side to the outer side of the oxidant gas chamber partition wall 205 and the fuel gas 165 jetted from the fuel gas nozzle 210 are mixed. As a result, a mixed gas is generated. Then, the mixed gas is burned to generate a flame 167 from the inside to the outside in the radial direction of the oxidant gas chamber partition wall 205.
このように、第一実施形態に係る燃焼器200では、空気比及び燃焼量が変化しても、最適な燃焼を維持するように燃料ガス165と酸化剤ガス166との混合領域及び火炎面積が変化して対応するため、通常の空気比(理論空気比)から高空気比(例えばλ=5程度)までの広い空気比の範囲で火炎が吹き消えず安定な短炎燃焼が得られる。 As described above, in the combustor 200 according to the first embodiment, the mixing area and the flame area of the fuel gas 165 and the oxidant gas 166 maintain the optimum combustion even if the air ratio and the amount of combustion change. In order to change and respond, the flame does not blow out and stable short flame combustion can be obtained in a wide air ratio range from a normal air ratio (theoretical air ratio) to a high air ratio (for example, about λ = 5).
そして、このようにして燃焼室207に燃焼反応が生じ、この燃焼反応にて発生した燃焼排ガス168は、図4に示される整流部203に沿って燃焼排ガス流路67の入口部67Aに流入する。この燃焼排ガス流路67の入口部67Aに流入した燃焼排ガス168は、上述の通り、改質部60の燃焼排ガス流路67、気化部40の燃焼排ガス流路47(図3参照)、連結流路39及び熱交換部110の燃焼排ガス流路117(図2参照)を流れた後、図1に示されるガス排出管123を通じて燃料電池モジュールMの外部に排出される。 Then, a combustion reaction occurs in the combustion chamber 207 in this manner, and the combustion exhaust gas 168 generated by the combustion reaction flows into the inlet portion 67A of the combustion exhaust gas flow path 67 along the rectifying portion 203 shown in FIG. . The combustion exhaust gas 168 flowing into the inlet portion 67A of the combustion exhaust gas flow passage 67 is, as described above, the combustion exhaust gas flow passage 67 of the reforming unit 60, the combustion exhaust gas flow passage 47 of the vaporization unit 40 (see FIG. 3) After flowing through the flue gas passage 117 (see FIG. 2) of the passage 39 and the heat exchange unit 110, the gas is discharged to the outside of the fuel cell module M through the gas discharge pipe 123 shown in FIG.
次に、本発明の第一実施形態の作用及び効果について説明する。 Next, the operation and effects of the first embodiment of the present invention will be described.
以上詳述したように、第一実施形態の燃焼器200によれば、図6に示されるように、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165の噴流は、酸化剤ガス室仕切壁205の全周に亘って酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側から外側に拡散される。この酸化剤ガス室仕切壁205には、燃焼室207の中心軸を中心に放射状に配列された複数の酸化剤ガスノズル211が形成されており、酸化剤ガス室仕切壁205に沿って拡散された燃料ガス165の噴流は、複数の酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166の噴流に巻き込まれるので、燃料ガス165及び酸化剤ガス166を効果的に混合させることができる。これにより、燃料ガス165及び酸化剤ガス166が混合された混合ガスの性状や組成等が異なる場合でも、混合ガスを安定して燃焼させることができる。 As described above in detail, according to the combustor 200 of the first embodiment, as shown in FIG. 6, the jet of the fuel gas 165 ejected from the fuel gas nozzle 210 is the entire of the oxidant gas chamber partition wall 205. The oxygen gas is diffused from the inside to the outside of the oxidant gas chamber partition wall 205 along the circumference. A plurality of oxidant gas nozzles 211 radially arranged around the central axis of the combustion chamber 207 are formed on the oxidant gas chamber partition wall 205 and diffused along the oxidant gas chamber partition wall 205. The jet of the fuel gas 165 is entrained in the jet of the oxidant gas 166 ejected from the plurality of oxidant gas nozzles 211, so that the fuel gas 165 and the oxidant gas 166 can be effectively mixed. As a result, even when the property, composition, and the like of the mixed gas in which the fuel gas 165 and the oxidant gas 166 are mixed are different, the mixed gas can be stably burned.
また、図7に示されるように、例えば、空気比が高く、酸化剤ガス166の流量が燃料ガス165の流量に対して過剰な場合には、複数の酸化剤ガスノズル211のうち酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166で混合ガスの燃焼に必要な酸素が足りる。この場合には、酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166と、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165とが混合されることで混合ガスが生成される。そして、この混合ガスが燃焼されることで、酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側に火炎167が生じる。 Further, as shown in FIG. 7, for example, when the air ratio is high and the flow rate of the oxidant gas 166 is excessive to the flow rate of the fuel gas 165, the oxidant gas chamber of the plurality of oxidant gas nozzles 211 The oxygen necessary for the combustion of the mixed gas is sufficient with the oxidant gas 166 ejected from the oxidant gas nozzle 211 located radially inward of the partition wall 205. In this case, the oxidant gas 166 ejected from the oxidant gas nozzle 211 located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall 205 and the fuel gas 165 ejected from the fuel gas nozzle 210 are mixed. A mixed gas is produced. And, by burning the mixed gas, a flame 167 is generated on the inner side in the radial direction of the oxidant gas chamber partition wall 205.
なお、酸化剤ガス室仕切壁205の径方向外側に位置する酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166の噴流は、混合ガスの燃焼によって生ずる燃焼排ガス168に混合され、燃焼室207から排出される。 The jet stream of the oxidant gas 166 ejected from the oxidant gas nozzle 211 located radially outside the oxidant gas chamber partition wall 205 is mixed with the combustion exhaust gas 168 generated by the combustion of the mixed gas and discharged from the combustion chamber 207. Be done.
一方、図8に示されるように、燃料ガス165の流量が多く燃焼量が多い場合には、複数の酸化剤ガスノズル211のうち酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166では混合ガスの燃焼に必要な酸素が不足する。この場合には、酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側から外側にかけて設けられた酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166と、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165とが混合されることで混合ガスが生成される。そして、この混合ガスが燃焼されることで、酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側から外側にかけて火炎167が生じる。 On the other hand, as shown in FIG. 8, when the flow rate of the fuel gas 165 is large and the combustion amount is large, the oxidant gas nozzle positioned inward in the radial direction of the oxidant gas chamber partition wall 205 among the plurality of oxidant gas nozzles 211 The oxidant gas 166 ejected from the gas 211 runs short of oxygen necessary for the combustion of the mixed gas. In this case, the oxidant gas 166 jetted from the oxidant gas nozzle 211 provided from the radially inner side to the outer side of the oxidant gas chamber partition wall 205 and the fuel gas 165 jetted from the fuel gas nozzle 210 are mixed. As a result, a mixed gas is generated. Then, the mixed gas is burned to generate a flame 167 from the inside to the outside in the radial direction of the oxidant gas chamber partition wall 205.
このように、燃料ガス165と酸化剤ガス166との混合領域が酸化剤ガス室仕切壁205の表面に広く形成され、火炎167が酸化剤ガス166仕切壁の表面に定着するため、火炎167が燃焼室207の径方向に広がり、燃焼室207の軸方向における火炎167の長さを短くすることができる。そのため、燃焼室207の軸方向の長さを短縮することができるので、燃焼器200の小型化及び低コスト化を図ることができる。 Thus, since the mixed region of the fuel gas 165 and the oxidant gas 166 is widely formed on the surface of the oxidant gas chamber partition wall 205 and the flame 167 is fixed on the surface of the oxidant gas 166 partition wall, the flame 167 It spreads in the radial direction of the combustion chamber 207, and the length of the flame 167 in the axial direction of the combustion chamber 207 can be shortened. Therefore, since the axial length of the combustion chamber 207 can be shortened, the combustor 200 can be miniaturized and the cost can be reduced.
しかも、空気比及び燃焼量が変化しても、最適な燃焼を維持するように燃料ガス165と酸化剤ガス166との混合領域及び火炎面積が変化して対応するため、通常の空気比(理論空気比)から高空気比(例えばλ=5程度)までの広い空気比の範囲で火炎が吹き消えず安定な短炎燃焼を得ることができる。 Furthermore, even if the air ratio and the amount of combustion change, the mixing area and the flame area of the fuel gas 165 and the oxidant gas 166 change to maintain optimum combustion, so that the normal air ratio (the theory In the wide air ratio range from the air ratio) to the high air ratio (for example, about λ = 5), the flame does not blow out and stable short flame combustion can be obtained.
また、第一実施形態の燃焼器200によれば、燃料ガスノズル210は、筒状の燃料ガス室仕切壁204における燃焼室207側の開口によって形成されているので、燃料ガスノズル210の構造を簡素化することができ、より一層低コスト化することができる。 Further, according to the combustor 200 of the first embodiment, since the fuel gas nozzle 210 is formed by the opening on the side of the combustion chamber 207 in the cylindrical fuel gas chamber partition wall 204, the structure of the fuel gas nozzle 210 is simplified. And cost can be further reduced.
また、燃焼室内壁202の下端部には、燃焼室207の下側に向けて延出する整流部203が形成されている。この整流部203は、燃焼室207の上側(下流側)に向かうに従って拡径する円錐状に形成されている。これにより、火炎及び燃焼排ガスを燃焼室207の外周側へ流れ易くすることができるため、燃焼室の軸方向における火炎の長さを短くすることができる。そのため、燃焼室の軸方向の長さを短縮することができるので、燃焼器の小型化及び低コスト化を図ることができる。 Further, at the lower end portion of the combustion chamber inner wall 202, a flow straightening unit 203 extending downward of the combustion chamber 207 is formed. The straightening unit 203 is formed in a conical shape that increases in diameter toward the upper side (downstream side) of the combustion chamber 207. Thus, the flame and the combustion exhaust gas can easily flow to the outer peripheral side of the combustion chamber 207, so that the flame length in the axial direction of the combustion chamber can be shortened. Therefore, since the axial length of the combustion chamber can be shortened, downsizing and cost reduction of the combustor can be achieved.
また、酸化剤ガス室仕切壁205は、燃焼室207の下側から上側に向かうに従って拡径するテーパ状に形成されているので、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165の噴流を、酸化剤ガス室仕切壁205の表面に沿って燃焼室207の径方向に拡散することができる。これにより、燃焼室207の軸方向における火炎の長さを短くすることができる。 Further, since the oxidant gas chamber partition wall 205 is formed in a tapered shape that increases in diameter from the lower side to the upper side of the combustion chamber 207, the jet of the fuel gas 165 ejected from the fuel gas nozzle 210 It can diffuse in the radial direction of the combustion chamber 207 along the surface of the gas chamber partition wall 205. Thereby, the flame length in the axial direction of the combustion chamber 207 can be shortened.
また、図5に示されるように、各酸化剤ガスノズル列212では、酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側に位置する複数の酸化剤ガスノズル211の間隔よりも酸化剤ガス室仕切壁205の径方向外側に位置する複数の酸化剤ガスノズル211の間隔の方が狭くなっている。したがって、燃焼室207の径方向外側を負圧にすることができるので、燃料ガス、火炎、及び、燃焼排ガスを燃焼室207の外周側へ流れ易くすることができる。これにより、燃焼器200の周囲に設けられた流路(図2〜図4に示される改質流路66、改質部60の酸化剤ガス流路68、熱交換部110の酸化剤ガス流路118)を流れるガスに燃焼排ガス168の熱を効率良く伝達することができる。 Further, as shown in FIG. 5, in each oxidant gas nozzle row 212, the distance between the oxidant gas chamber partition walls 205 is greater than the distance between the plurality of oxidant gas nozzles 211 located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall 205. The distance between the plurality of oxidant gas nozzles 211 located radially outward is narrower. Therefore, since the radial outside of the combustion chamber 207 can be made negative pressure, the fuel gas, the flame, and the combustion exhaust gas can easily flow to the outer peripheral side of the combustion chamber 207. As a result, the flow paths provided around the combustor 200 (reforming flow path 66 shown in FIGS. 2 to 4, oxidant gas flow path 68 of the reforming unit 60, oxidant gas flow of the heat exchange unit 110 The heat of the flue gas 168 can be efficiently transferred to the gas flowing through the passage 118).
また、図1〜図4に示される燃料電池モジュールMによれば、上述の燃焼器200が適用されているので、起動時や発電時に燃料ガス及び酸化剤ガスの混合ガスであるスタック排ガスの性状や組成等が異なる場合でも、スタック排ガスを単一の燃焼器200で安定して燃焼させることができる。これにより、燃焼器200及びその周辺の構造を簡素化できるので、燃料電池モジュールMの小型化及び低コスト化を図ることができる。 Further, according to the fuel cell module M shown in FIGS. 1 to 4, since the above-described combustor 200 is applied, the properties of the stack exhaust gas which is a mixed gas of the fuel gas and the oxidant gas at the time of start or power generation. Even if the composition and the like are different, the stack exhaust gas can be stably burned by the single combustor 200. As a result, the structure of the combustor 200 and the periphery thereof can be simplified, so that the fuel cell module M can be miniaturized and the cost can be reduced.
また、気化部40及び改質部60は、多重の筒状壁によってそれぞれ形成されているので、気化部40及び改質部60の構造を簡素化することができると共に、気化部40及び改質部60を小型化することができる。また、燃焼器200、改質部60、気化部40は、同軸上に配置されているので、燃料電池モジュールMを径方向に小型化することができる。 Moreover, since the vaporization unit 40 and the reforming unit 60 are each formed by multiple cylindrical walls, the structures of the vaporization unit 40 and the reforming unit 60 can be simplified, and the vaporization unit 40 and the reforming unit 60 can be modified. The part 60 can be miniaturized. Further, since the combustor 200, the reforming unit 60, and the vaporization unit 40 are coaxially disposed, the fuel cell module M can be miniaturized in the radial direction.
なお、上述の燃料電池モジュールMには、以下の変形例が適用されても良い。 The following modification may be applied to the fuel cell module M described above.
すなわち、上記実施形態において、予熱部100、燃焼部90、改質部60、気化部40、及び、熱交換部110等を構成する複数の筒状壁は、いずれも横断面が真円形状である円筒状に形成されている。しかしながら、これらの筒状壁は、いずれも横断面が楕円形状である楕円筒状に形成されていても良い。 That is, in the above embodiment, the plurality of cylindrical walls constituting the preheating unit 100, the combustion unit 90, the reforming unit 60, the vaporization unit 40, the heat exchange unit 110, etc. all have a perfect circular cross-section. It has a cylindrical shape. However, each of these cylindrical walls may be formed in an elliptical cylindrical shape whose cross section is elliptical.
また、予熱部100、燃焼部90、改質部60、気化部40、及び、熱交換部110等を構成する複数の筒状壁は、円筒状に形成されたものと、楕円筒状に形成されたものの両方を含んでいても良い。 In addition, a plurality of cylindrical walls constituting the preheating unit 100, the combustion unit 90, the reforming unit 60, the vaporization unit 40, the heat exchange unit 110, etc. are formed in an elliptical cylindrical shape with those formed in a cylindrical shape. You may include both of what was done.
また、上記実施形態において、気化部40は、四重の筒状壁41〜44の内側から外側に順に、断熱空間45、気化流路46、燃焼排ガス流路47、及び、酸化剤ガス流路48を有するが、四重の筒状壁41〜44の内側から外側に順に、断熱空間45、燃焼排ガス流路47、気化流路46、及び、酸化剤ガス流路48を有しても良い。 Further, in the above embodiment, the vaporizing unit 40 sequentially extends from the inside to the outside of the quadruple cylindrical walls 41 to 44, the heat insulation space 45, the evaporation channel 46, the combustion exhaust gas channel 47, and the oxidant gas channel. The heat insulating space 45, the combustion exhaust gas flow path 47, the vaporization flow path 46, and the oxidant gas flow path 48 may be provided in order from the inside to the outside of the quadruple cylindrical walls 41 to 44. .
また、熱交換部110は、内側の筒状壁111と中央の筒状壁112との間に酸化剤ガス流路118を有し、外側の筒状壁113と中央の筒状壁112との間に燃焼排ガス流路117を有する。しかしながら、熱交換部110は、内側の筒状壁111と中央の筒状壁112との間に燃焼排ガス流路117を有し、外側の筒状壁113と中央の筒状壁112との間に酸化剤ガス流路118を有するように構造が変更されても良い。 Further, the heat exchange unit 110 has an oxidant gas flow path 118 between the inner cylindrical wall 111 and the central cylindrical wall 112, and the outer cylindrical wall 113 and the central cylindrical wall 112 There is a combustion exhaust gas passage 117 between them. However, the heat exchange unit 110 has the combustion exhaust gas flow path 117 between the inner cylindrical wall 111 and the central cylindrical wall 112, and between the outer cylindrical wall 113 and the central cylindrical wall 112. The structure may be modified to have the oxidant gas flow path 118 at the same time.
また、酸化剤ガス164が流れる酸化剤ガス流路は、熱交換部110、気化部40、及び、改質部60に亘って形成されている。しかしながら、熱交換部110、気化部40、及び、改質部60から酸化剤ガス流路が省かれても良い。また、この場合に、気化部40及び改質部60は、三重の筒状壁によってそれぞれ構成されても良く、また、酸化剤ガス供給管122は、予熱流路105の上端部に接続されても良い。 Further, an oxidant gas flow path through which the oxidant gas 164 flows is formed across the heat exchange unit 110, the vaporization unit 40, and the reforming unit 60. However, the oxidant gas flow path may be omitted from the heat exchange unit 110, the vaporization unit 40, and the reforming unit 60. Further, in this case, the vaporizing unit 40 and the reforming unit 60 may be respectively formed by triple cylindrical walls, and the oxidant gas supply pipe 122 is connected to the upper end of the preheating flow channel 105. Also good.
また、上記実施形態において、整流部203は、円錐状に形成されているが、ドーム状に形成されていても良い。 Moreover, in the said embodiment, although the rectification | straightening part 203 is formed conically, you may form it in dome shape.
このように構成されていても、図4に示されるように、整流部203によって燃焼排ガス168を燃焼室207の外周側に集めて整流することができるので、燃焼器200の周囲に設けられた流路(図2〜図4に示される改質流路66、改質部60の酸化剤ガス流路68、熱交換部110の酸化剤ガス流路118)を流れるガスに燃焼排ガス168の熱を効率良く伝達することができる。 Even with such a configuration, as shown in FIG. 4, since the flue gas 168 can be collected to the outer peripheral side of the combustion chamber 207 and rectified by the rectifying unit 203, it is provided around the combustor 200. The heat of the combustion exhaust gas 168 flows into the flow path (reforming flow path 66 shown in FIGS. 2 to 4, the oxidizing gas flow path 68 of the reforming section 60, the oxidizing gas flow path 118 of the heat exchange section 110) Can be efficiently transmitted.
また、燃料電池モジュールMは、熱交換部110を備えるが、この熱交換部110は、省かれても良い。 Further, the fuel cell module M includes the heat exchange unit 110, but the heat exchange unit 110 may be omitted.
また、熱交換部110は、気化部40及び改質部60の径方向外側に設けられているが、気化部40の上方に気化部40と同軸上に設けられても良い。 Further, although the heat exchange unit 110 is provided radially outside the vaporization unit 40 and the reforming unit 60, the heat exchange unit 110 may be provided coaxially with the vaporization unit 40 above the vaporization unit 40.
また、予熱部100は、二重の筒状壁101,102によって構成されているが、三重の筒状壁によって構成されても良い。また、この場合に、予熱部100を構成する三重の筒状壁の間には、酸化剤ガスが流れる予熱流路105と、改質流路66と連通し燃料ガスが流れる燃料ガス流路とが形成されても良い。 Moreover, although the preheating part 100 is comprised by the double cylindrical wall 101,102, you may be comprised by the triple cylindrical wall. Also, in this case, between the triple cylindrical walls constituting the preheating unit 100, the preheating flow passage 105 through which the oxidant gas flows, and the fuel gas flow passage communicating with the reforming flow passage 66 and through which the fuel gas flows May be formed.
また、予熱部100の代わりに燃料電池セルスタック10を単に収容する収容部(流路を有しない収容部)が設けられても良い。また、予熱部100の代わりに収容部が設けられる場合に、改質流路66及び酸化剤ガス流路68と燃料電池セルスタック10とは、配管等により接続されても良い。 Further, instead of the preheating unit 100, a storage unit (a storage unit without a flow path) may be provided that simply stores the fuel cell stack 10. Further, when the housing portion is provided instead of the preheating portion 100, the reforming flow path 66 and the oxidant gas flow path 68 and the fuel cell stack 10 may be connected by piping or the like.
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図9には、本発明の第二実施形態に係る燃焼器220が示されている。この第二実施形態に係る燃焼器220は、上述の第一実施形態に係る燃焼器200(図5参照)に対し、燃料ガス室天面仕切壁222が追加されている。燃料ガス室天面仕切壁222は、燃料ガスノズル210の上方に設けられており、燃料ガスノズル210と隙間を有して対向されている。この燃料ガス室天面仕切壁222は、燃料ガス室仕切壁204の内周面に固定された支持部材224によって支持されている。 A combustor 220 according to a second embodiment of the present invention is shown in FIG. In the combustor 220 according to the second embodiment, a fuel gas chamber top surface partition wall 222 is added to the combustor 200 (see FIG. 5) according to the above-described first embodiment. The fuel gas chamber top surface partition wall 222 is provided above the fuel gas nozzle 210 and is opposed to the fuel gas nozzle 210 with a gap. The fuel gas chamber top surface partition wall 222 is supported by a support member 224 fixed to the inner peripheral surface of the fuel gas chamber partition wall 204.
このように構成されていると、燃料ガスノズル210と隙間を有して対向する燃料ガス室天面仕切壁222によって、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165の噴流の向きを酸化剤ガス室仕切壁205の径方向外側に的確に向けることができる。これにより、燃料ガス165を酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側から外側へより効果的に拡散させることができる。 With such a configuration, the direction of the jet flow of the fuel gas 165 jetted from the fuel gas nozzle 210 is divided into the oxidant gas chamber by the fuel gas chamber top surface partition wall 222 opposed to the fuel gas nozzle 210 with a gap. It can be properly directed radially outward of the wall 205. Thus, the fuel gas 165 can be more effectively diffused from the inside to the outside in the radial direction of the oxidant gas chamber partition wall 205.
[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態について説明する。
Third Embodiment
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
図10には、本発明の第三実施形態に係る燃焼器230が示されている。この第三実施形態に係る燃焼器230は、上述の第二実施形態に係る燃焼器220に対し、次のように構造が変更されている。 A combustor 230 according to a third embodiment of the present invention is shown in FIG. The structure of the combustor 230 according to the third embodiment is changed as follows, with respect to the combustor 220 according to the second embodiment described above.
すなわち、燃料ガス室仕切壁204における燃焼室207側の端部(上端部)には、酸化剤ガス室仕切壁205に対して燃焼室207側に突出する筒状突出壁232が形成されている。また、筒状突出壁232の突出端部には、燃焼室207と燃料ガス室208とを区画する燃料ガス室天面仕切壁222が設けられており、燃料ガスノズル210は、筒状突出壁232の周方向に間隔を空けて筒状突出壁232に複数形成されている。この複数の燃料ガスノズル210は、筒状突出壁232の周方向に等間隔で配列されている。 That is, at the end (upper end) of the fuel gas chamber partition wall 204 on the side of the combustion chamber 207, a cylindrical projecting wall 232 which protrudes toward the combustion chamber 207 with respect to the oxidant gas chamber partition wall 205 is formed. . In addition, a fuel gas chamber top surface partition wall 222 that divides the combustion chamber 207 and the fuel gas chamber 208 is provided at the projecting end of the cylindrical projecting wall 232, and the fuel gas nozzle 210 has a cylindrical projecting wall 232. A plurality of cylindrical projecting walls 232 are formed at intervals in the circumferential direction of the cylinder. The plurality of fuel gas nozzles 210 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the cylindrical projecting wall 232.
このように構成されていると、この複数の燃料ガスノズル210から酸化剤ガス室仕切壁205の径方向外側に向けて燃料ガス165を噴出することができる。これにより、燃料ガス165の噴出方向を燃料ガス165の噴流が酸化剤ガスの噴流に直接当たらないようにすると共に、燃料ガスノズル210の圧力損失を利用して燃料ガス165の流速を速めて、燃料ガス165を酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側から外側のより遠方へ、拡散させることができる。 With this configuration, the fuel gas 165 can be ejected from the plurality of fuel gas nozzles 210 radially outward of the oxidant gas chamber partition wall 205. As a result, the jet direction of the fuel gas 165 is prevented from directly hitting the jet of the oxidant gas with the jet direction of the fuel gas 165, and the flow velocity of the fuel gas 165 is accelerated by utilizing the pressure loss of the fuel gas nozzle 210 The gas 165 can be diffused from the radially inner side to the outer side of the oxidant gas chamber partition wall 205 more distantly.
なお、図11には、第三実施形態に係る燃焼器230において、例えば、空気比が高く、酸化剤ガス166の流量が燃料ガス165の流量に対して過剰な場合の燃焼状態が示されている。この場合にも、第一実施形態と同様に、酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166と、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165とが混合されることで混合ガスが生成され、混合ガスが燃焼される。なお、酸化剤ガス室仕切壁205の径方向外側に位置する酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166の噴流は、混合ガスの燃焼によって生ずる燃焼排ガス168に混合され、燃焼室207から排出される。 Note that FIG. 11 shows, for example, a combustion state where the air ratio is high and the flow rate of the oxidant gas 166 is excessive with respect to the flow rate of the fuel gas 165 in the combustor 230 according to the third embodiment. There is. Also in this case, as in the first embodiment, the oxidant gas 166 ejected from the oxidant gas nozzle 211 located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall 205 and the fuel gas ejected from the fuel gas nozzle 210 A mixture gas is generated by mixing with 165 and the mixture gas is burned. The jet stream of the oxidant gas 166 ejected from the oxidant gas nozzle 211 located radially outside the oxidant gas chamber partition wall 205 is mixed with the combustion exhaust gas 168 generated by the combustion of the mixed gas and discharged from the combustion chamber 207. Be done.
また、図12には、第三実施形態に係る燃焼器230において、燃料ガス165の流量が多く燃焼量が多い場合の燃焼状態が示されている。この場合にも、第一実施形態と同様に、複数の酸化剤ガスノズル211のうち酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166では混合ガスの燃焼に必要な酸素が不足する。このため、酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側から外側にかけて設けられた酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166と、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165とが混合されることで混合ガスが生成され、混合ガスが燃焼される。 Further, FIG. 12 shows a combustion state in the case where the flow rate of the fuel gas 165 is large and the combustion amount is large in the combustor 230 according to the third embodiment. Also in this case, as in the first embodiment, the oxidant gas 166 ejected from the oxidant gas nozzle 211 located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall 205 among the plurality of oxidant gas nozzles 211 is a mixed gas. Lack of oxygen necessary for the combustion of Therefore, the oxidant gas 166 jetted from the oxidant gas nozzle 211 provided from the radially inner side to the outer side of the oxidant gas chamber partition wall 205 and the fuel gas 165 jetted from the fuel gas nozzle 210 are mixed. Mixed gas is generated, and the mixed gas is burned.
このように、筒状突出壁232に複数の燃料ガスノズル210が形成された例においても、空気比及び燃焼量が変化した場合には、最適な燃焼を維持するように燃料ガス165と酸化剤ガス166との混合領域及び火炎面積が変化して対応するため、通常の空気比(理論空気比)から高空気比(例えばλ=5程度)までの広い空気比の範囲で火炎が吹き消えず安定な短炎燃焼が得られる。 As described above, even in the example where the plurality of fuel gas nozzles 210 are formed in the cylindrical projecting wall 232, the fuel gas 165 and the oxidant gas are maintained to maintain the optimum combustion when the air ratio and the amount of combustion change. Because the mixing area with 166 and the flame area change and correspond, the flame does not blow out and is stable in a wide air ratio range from a normal air ratio (theoretical air ratio) to a high air ratio (for example, about λ = 5) Short flame combustion can be obtained.
また、図13には、第三実施形態に係る燃焼器230において、酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166の噴流に再循環流234が生じている状態が示されている。このように、酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166の噴流には、再循環流234が生じていると考えられ、混合ガスの燃焼により生じた火炎は、この再循環流234により保炎されると考察される。 Further, FIG. 13 shows a state in which the recirculation flow 234 is generated in the jet of the oxidant gas 166 ejected from the oxidant gas nozzle 211 in the combustor 230 according to the third embodiment. Thus, it is considered that the recirculation flow 234 is generated in the jet of the oxidant gas 166 ejected from the oxidant gas nozzle 211, and the flame generated by the combustion of the mixed gas is maintained by the recirculation flow 234. It is considered to be a fire.
また、図14に示されるように、第三実施形態に係る燃焼器230において、複数の燃料ガスノズル210の各々は、酸化剤ガス室仕切壁205の周方向に隣り合う酸化剤ガスノズル列212の間に配置されている。また、複数の酸化剤ガスノズル列212の各々の間には、燃料ガスノズル210が配置されている。 Further, as shown in FIG. 14, in the combustor 230 according to the third embodiment, each of the plurality of fuel gas nozzles 210 is between the oxidant gas nozzle rows 212 adjacent in the circumferential direction of the oxidant gas chamber partition wall 205. Is located in Further, a fuel gas nozzle 210 is disposed between each of the plurality of oxidant gas nozzle rows 212.
このように構成されていると、酸化剤ガス室仕切壁205に沿って拡散された燃料ガス165の噴流を、複数の酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166の噴流により一層効果的に巻き込むことができる。これにより、燃料ガス165及び酸化剤ガス166をより一層効果的に混合させることができる。 With such a configuration, the jet of the fuel gas 165 diffused along the oxidant gas chamber partition wall 205 can be made more effective by the jet of the oxidant gas 166 jetted from the plurality of oxidant gas nozzles 211. It can be involved. Thus, the fuel gas 165 and the oxidant gas 166 can be mixed more effectively.
なお、第三実施形態に係る燃焼器230には、以下の変形例が適用されても良い。 The following modification may be applied to the combustor 230 according to the third embodiment.
すなわち、図15に示されるように、第三実施形態に係る燃焼器230において、酸化剤ガス室仕切壁205は、燃料ガス室仕切壁204から燃焼室207の径方向外側へ向けて拡がる内側壁部236と、内側壁部236の外周部から燃焼室207の上側へ向けて延びる外側壁部238とを有していても良い。 That is, as shown in FIG. 15, in the combustor 230 according to the third embodiment, the oxidant gas chamber partition wall 205 extends from the fuel gas chamber partition wall 204 radially outward of the combustion chamber 207. It may have a portion 236 and an outer wall portion 238 extending from the outer peripheral portion of the inner wall portion 236 to the upper side of the combustion chamber 207.
このように構成されていると、例えば、燃焼量が少なく燃料ガスの噴流の流速が遅い場合には、内側壁部236の酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166と燃料ガス165が十分に混合しない状態であっても、外側壁部238の酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166によって燃料ガス165と酸化剤ガス166の混合が促進されることで混合ガスが生成され、火炎が吹き消えず安定な短炎燃焼が得られる。 With such a configuration, for example, when the amount of combustion is small and the flow velocity of the jet of fuel gas is low, the oxidant gas 166 and the fuel gas 165 ejected from the oxidant gas nozzle 211 of the inner side wall 236 are sufficient. Even when the fuel gas 165 and the oxidant gas 166 are not mixed together, the mixed gas is generated by promoting the mixing of the fuel gas 165 and the oxidant gas 166 by the oxidant gas 166 ejected from the oxidant gas nozzle 211 of the outer wall 238. Does not blow out and stable short flame combustion can be obtained.
また、図16に示されるように、第三実施形態に係る燃焼器230において、酸化剤ガス室仕切壁205は、燃焼室207の径方向(燃焼室207の水平方向)に沿って延びていても良い。 Further, as shown in FIG. 16, in the combustor 230 according to the third embodiment, the oxidant gas chamber partition wall 205 extends along the radial direction of the combustion chamber 207 (horizontal direction of the combustion chamber 207). Also good.
このように構成されていると、酸化剤ガス室仕切壁205の軸方向の寸法を小さくすることができるので、燃焼器230を軸方向に小型化することができる。 With this configuration, the axial dimension of the oxidant gas chamber partition wall 205 can be reduced, so the combustor 230 can be miniaturized in the axial direction.
また、図17に示されるように、第三実施形態に係る燃焼器230において、点火プラグ151(点火電極154)は、燃焼室207の中心から径方向にずれた位置に配置されていても良い。また、この場合に、点火プラグ151(点火電極154)は、混合ガスの燃焼により生じる火炎の形状に応じて火炎の最も大きくなる場所に配置されても良い。 Further, as shown in FIG. 17, in the combustor 230 according to the third embodiment, the spark plug 151 (ignition electrode 154) may be disposed at a position radially offset from the center of the combustion chamber 207. . Further, in this case, the spark plug 151 (ignition electrode 154) may be disposed at the location of the largest flame according to the shape of the flame generated by the combustion of the mixed gas.
このように構成されていると、火炎電流検知用のフレームロッドを兼ねる点火電極154によって着火及び火炎の検知を正確に行うことができる。 With such a configuration, ignition and flame detection can be accurately performed by the ignition electrode 154 which also serves as a flame rod for flame current detection.
また、図18に示されるように、第三実施形態に係る燃焼器230では、複数の酸化剤ガスノズル列212の間に一つおきに燃料ガスノズル210が配置されていても良い。 Further, as shown in FIG. 18, in the combustor 230 according to the third embodiment, the fuel gas nozzles 210 may be disposed alternately between the plurality of oxidant gas nozzle rows 212.
このように構成されていても、酸化剤ガス室仕切壁205に沿って拡散された燃料ガス165の噴流を、複数の酸化剤ガスノズル211から噴出された酸化剤ガス166の噴流により一層効果的に巻き込むことができる。これにより、燃料ガス165及び酸化剤ガス166をより一層効果的に混合させることができる。 Even with such a configuration, the jet of the fuel gas 165 diffused along the oxidant gas chamber partition wall 205 is made more effective by the jet of the oxidant gas 166 jetted from the plurality of oxidant gas nozzles 211. It can be involved. Thus, the fuel gas 165 and the oxidant gas 166 can be mixed more effectively.
なお、図18に示される例では、複数の酸化剤ガスノズル列212の間に一つおきに燃料ガスノズル210が配置されているが、このように燃料ガスノズル210の数を半減させても、均等な火炎形状を維持することができる。 In the example shown in FIG. 18, the fuel gas nozzles 210 are arranged alternately between the plurality of oxidant gas nozzle rows 212, but even if the number of the fuel gas nozzles 210 is halved in this way, it is equal. The flame shape can be maintained.
また、第三実施形態において、酸化剤ガスノズル211は、酸化剤ガス室仕切壁205の厚さ方向に沿って貫通して形成されているが、図19に示されるように、酸化剤ガスノズル211は、燃焼室207の径方向外側かつ上側(軸方向他方側)に向けて開口されていても良い。 In the third embodiment, the oxidant gas nozzle 211 is formed to penetrate along the thickness direction of the oxidant gas chamber partition wall 205, but as shown in FIG. It may be opened toward the radial outside and the upper side (axial other side) of the combustion chamber 207.
このように構成されていると、酸化剤ガスノズル211から噴出される酸化剤ガス166の噴流により、火炎及び燃焼排ガスを燃焼室207の外周側へ流れ易くすることができる。これにより、燃焼器230の周囲に設けられた流路(図2〜図4に示される改質流路66、改質部60の酸化剤ガス流路68、熱交換部110の酸化剤ガス流路118)を流れるガスに燃焼排ガスの熱を効率良く伝達することができる。 With this configuration, the flame and the combustion exhaust gas can easily flow to the outer peripheral side of the combustion chamber 207 by the jet of the oxidant gas 166 ejected from the oxidant gas nozzle 211. As a result, the flow paths provided around the combustor 230 (the reforming flow path 66 shown in FIGS. 2 to 4, the oxidant gas flow path 68 of the reforming section 60, the oxidant gas flow of the heat exchange section 110) The heat of the flue gas can be efficiently transferred to the gas flowing through the passage 118).
また、第三実施形態に係る燃焼器230において、燃料ガスノズル210の周辺部は、次のように構成されても良い。すなわち、図20に示される変形例では、燃料ガス室仕切壁204の周囲に、酸化剤ガス室仕切壁205の径方向内側の端部から上側に延出する周囲壁240が設けられている。周囲壁240の上端は、燃料ガス室天面仕切壁222と接続されている。燃料ガス室仕切壁204と周囲壁240との間の隙間は、酸化剤ガス混合流路242として形成されている。 In the combustor 230 according to the third embodiment, the peripheral portion of the fuel gas nozzle 210 may be configured as follows. That is, in the modification shown in FIG. 20, a peripheral wall 240 extending upward from the radial inner end of the oxidant gas chamber partition wall 205 is provided around the fuel gas chamber partition wall 204. The upper end of the surrounding wall 240 is connected to the fuel gas chamber top surface partition wall 222. A gap between the fuel gas chamber partition wall 204 and the surrounding wall 240 is formed as an oxidant gas mixing channel 242.
酸化剤ガス混合流路242は、酸化剤ガス室209と連通されており、酸化剤ガス混合流路242には、酸化剤ガス室209から酸化剤ガス166が供給される。この酸化剤ガス混合流路242では、酸化剤ガス室209から供給された酸化剤ガス166が、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165に混合される。 The oxidant gas mixing channel 242 is in communication with the oxidant gas chamber 209, and the oxidant gas 166 is supplied from the oxidant gas chamber 209 to the oxidant gas mixing channel 242. In the oxidant gas mixing flow path 242, the oxidant gas 166 supplied from the oxidant gas chamber 209 is mixed with the fuel gas 165 jetted from the fuel gas nozzle 210.
また、周囲壁240には、各燃料ガスノズル210と同軸上に複数のガス噴出ノズル252が形成されている。そして、この燃焼器230では、燃料ガスノズル210から噴出されると共に酸化剤ガス混合流路242により酸化剤ガス166が混合された燃料ガス165は、ガス噴出ノズル252を通じて酸化剤ガス室仕切壁205の径方向外側へ向けて噴出される。 Further, on the surrounding wall 240, a plurality of gas jet nozzles 252 are formed coaxially with each fuel gas nozzle 210. In the combustor 230, the fuel gas 165 jetted from the fuel gas nozzle 210 and mixed with the oxidant gas 166 by the oxidant gas mixing passage 242 is mixed with the oxidant gas chamber partition wall 205 through the gas jet nozzle 252. It spouts radially outward.
このように構成されていると、ガス噴出ノズル252からは、酸化剤ガス混合流路242により酸化剤ガス166が混合された燃料ガス165が噴出されるので、燃料ガス165に酸化剤ガス166が混合された分、火炎の燃焼特性は予混合火炎の特性に近くなり、燃焼範囲は通常の空気比(理論空気比)からやや高い空気比(例えばλ=1.5程度)に狭められてしまうが、燃料ガス165の噴出速度を高めることができる。これにより、混合ガスの燃焼性を高め、排ガス中の未燃分濃度を抑制することができると共に、火炎及び燃焼排ガスを燃焼室の外周側へ流れ易くすることができるので、燃焼器230の周囲に設けられた流路(図2〜図4に示される改質流路66、改質部60の酸化剤ガス流路68、熱交換部110の酸化剤ガス流路118)を流れるガスに燃焼排ガスの熱を効率良く伝達することができる。 With such a configuration, the fuel gas 165 mixed with the oxidant gas 166 is ejected from the gas ejection nozzle 252 by the oxidant gas mixing channel 242, so the oxidant gas 166 is added to the fuel gas 165. Because of the mixing, the combustion characteristics of the flame become close to the characteristics of the premixed flame, and the combustion range is narrowed from the normal air ratio (theoretical air ratio) to a slightly higher air ratio (for example, about λ = 1.5) However, the injection speed of the fuel gas 165 can be increased. As a result, the combustibility of the mixed gas can be enhanced, the concentration of unburned components in the exhaust gas can be suppressed, and the flame and the combustion exhaust gas can easily flow to the outer peripheral side of the combustion chamber. Combustion to the gas flowing in the flow paths (reforming flow path 66 shown in FIGS. 2 to 4, oxidizing gas flow path 68 of reforming section 60, oxidizing gas flow path 118 of heat exchange section 110) The heat of the exhaust gas can be transferred efficiently.
また、図21に示されるように、第三実施形態に係る燃焼器230において、ガス噴出ノズル252は、周囲壁240に形成された酸化剤ガスノズル262と一つおきに交互に配置されていても良い。 In addition, as shown in FIG. 21, in the combustor 230 according to the third embodiment, even if the gas jet nozzles 252 are alternately disposed alternately with the oxidant gas nozzles 262 formed on the surrounding wall 240. good.
このように構成されていると、酸化剤ガス室仕切壁205の表面には、周囲壁240に形成された酸化剤ガスノズル262から噴出される酸化剤ガス166の噴流と、ガス噴出ノズル252から噴出された混合ガスによって生じた火炎167が交互に存在するため、酸化剤ガスノズル211から噴出される酸化剤ガス166の噴流からだけでなく、酸化剤ガスノズル262から噴出される酸化剤ガス166の噴流からも火炎167に酸素が供給されるため、混合ガスの燃焼性を高めることができる。また、空気比が高く、酸化剤ガスの流量が燃料ガスの流量に対して過剰な場合には、酸化剤ガスノズル262から噴出された酸化剤ガス166の噴流は、混合ガスの燃焼によって生ずる燃焼排ガスに混合され、燃焼室から排出されるため、より高い空気比(例えばλ=2.0程度)まで火炎が吹き消えず安定な短炎燃焼が得られる。 With such a configuration, a jet of the oxidant gas 166 ejected from the oxidant gas nozzle 262 formed on the peripheral wall 240 and a jet from the gas ejection nozzle 252 are formed on the surface of the oxidant gas chamber partition wall 205. Not only from the jet of the oxidant gas 166 jetted from the oxidant gas nozzle 211 but also from the jet of the oxidant gas 166 jetted from the oxidant gas nozzle 262 since the flames 167 generated by the mixed gas alternately exist. Because the flame 167 is also supplied with oxygen, the combustibility of the mixed gas can be enhanced. Further, when the air ratio is high and the flow rate of the oxidant gas is excessive to the flow rate of the fuel gas, the jet of the oxidant gas 166 ejected from the oxidant gas nozzle 262 is a combustion exhaust gas generated by the combustion of the mixed gas. Because the air is mixed and discharged from the combustion chamber, the flame does not blow out to a higher air ratio (for example, about λ = 2.0) and stable short flame combustion can be obtained.
また、図22に示される変形例では、燃料ガス室仕切壁204に段部254が形成されており、この段部254には、段部254から上側へ向けて延びる複数の細管部256が形成されている。この複数の細管部256の出口部は、燃料ガスノズル210として形成されている。また、段部254と燃料ガス室天面仕切壁222との間の空間(複数の細管部256の周辺の空間)は、酸化剤ガス混合流路242として形成されている。 Further, in the modification shown in FIG. 22, a step portion 254 is formed in the fuel gas chamber partition wall 204, and a plurality of thin tube portions 256 extending upward from the step portion 254 are formed in the step portion 254. It is done. The outlet portions of the plurality of thin tube portions 256 are formed as the fuel gas nozzle 210. A space between the step portion 254 and the fuel gas chamber top surface partition wall 222 (a space around the plurality of thin tube portions 256) is formed as an oxidant gas mixing flow path 242.
酸化剤ガス混合流路242は、酸化剤ガス室209と連通されており、酸化剤ガス混合流路242には、酸化剤ガス室209から酸化剤ガス166が供給される。また、燃料ガス室天面仕切壁222には、段部254を上方から覆う庇部258が形成されている。この庇部258には、燃料ガスノズル210と対応する位置に半管状の膨出部260が形成されている。この半管状の膨出部260は、燃焼室207の径方向外側に向けて開口されており、膨出部260の出口部は、ガス噴出ノズル252として形成されている。 The oxidant gas mixing channel 242 is in communication with the oxidant gas chamber 209, and the oxidant gas 166 is supplied from the oxidant gas chamber 209 to the oxidant gas mixing channel 242. Further, the fuel gas chamber top surface partition wall 222 is formed with a flange portion 258 covering the step portion 254 from above. A semitubular bulging portion 260 is formed in the flange portion 258 at a position corresponding to the fuel gas nozzle 210. The semitubular bulging portion 260 is opened outward in the radial direction of the combustion chamber 207, and the outlet portion of the bulging portion 260 is formed as a gas jet nozzle 252.
そして、この変形例では、酸化剤ガス混合流路242に供給された酸化剤ガス166は、膨出部260の内側において、燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165と混合され、この酸化剤ガス166が混合された燃料ガス165は、ガス噴出ノズル252を通じて酸化剤ガス室仕切壁205の径方向外側へ向けて噴出される。 Then, in this modification, the oxidant gas 166 supplied to the oxidant gas mixing channel 242 is mixed with the fuel gas 165 ejected from the fuel gas nozzle 210 inside the bulging portion 260, and this oxidant gas The fuel gas 165 mixed with the gas 166 is jetted outward in the radial direction of the oxidant gas chamber partition wall 205 through the gas jet nozzle 252.
このように構成されていても、ガス噴出ノズル252からは、酸化剤ガス混合流路242により酸化剤ガス166が混合された燃料ガス165が噴出されるので、燃料ガス165に酸化剤ガス166が混合された分、燃料ガス165の噴出速度を高めることができる。 Even with such a configuration, the fuel gas 165 mixed with the oxidant gas 166 is ejected from the gas ejection nozzle 252 from the oxidant gas mixing channel 242, so the oxidant gas 166 is added to the fuel gas 165. Because of the mixing, the ejection speed of the fuel gas 165 can be increased.
また、図23に示されるように、燃料ガスノズル210が形成された細管部256の上端部は、燃焼室207の径方向外側に向けて屈曲されていても良い。このように構成されていても、膨出部260の内側において、酸化剤ガス混合流路242に供給された酸化剤ガス166を燃料ガスノズル210から噴出された燃料ガス165に混合させることができ、この酸化剤ガス166が混合された燃料ガス165を、ガス噴出ノズル252を通じて酸化剤ガス室仕切壁205の径方向外側へ向けて噴出させることができる。 Further, as shown in FIG. 23, the upper end portion of the narrow tube portion 256 in which the fuel gas nozzle 210 is formed may be bent outward in the radial direction of the combustion chamber 207. Even with such a configuration, the oxidant gas 166 supplied to the oxidant gas mixing channel 242 can be mixed with the fuel gas 165 ejected from the fuel gas nozzle 210 inside the bulging part 260, The fuel gas 165 mixed with the oxidant gas 166 can be ejected outward in the radial direction of the oxidant gas chamber partition wall 205 through the gas ejection nozzle 252.
なお、上述の第三実施形態に係る変形例のうち、組み合わせ可能な変形例は、適宜、組み合わされても良い。 In addition, the modification which can be combined among the modifications which concern on the above-mentioned 3rd embodiment may be combined suitably.
また、上述の第三実施形態に係る変形例のうち、上述の第一実施形態及び第二実施形態に適用可能な変形例は、上述の第一実施形態及び第二実施形態に適用されても良い。 Further, among the modifications according to the third embodiment described above, the modifications applicable to the first embodiment and the second embodiment described above are also applied to the first embodiment and the second embodiment described above. good.
また、上述の第一乃至第三実施形態に係る燃焼器200,220,230は、より好ましくは、燃料電池モジュールに適用されるが、例えば、燃料電池モジュール以外の機器に適用されても良い。また、上述の第一乃至第三実施形態に係る燃焼器200,220,230は、例えば、バイオガスなどの低カロリーガスを燃焼させるための燃焼器として利用されても良い。 The combustors 200, 220, and 230 according to the first to third embodiments described above are more preferably applied to a fuel cell module, but may be applied to devices other than the fuel cell module, for example. In addition, the combustors 200, 220, and 230 according to the first to third embodiments described above may be used, for example, as a combustor for burning low-calorie gas such as biogas.
また、上述の第一乃至第三実施形態に係る燃焼器200,220,230は、より好ましくは、燃焼室207の軸方向が鉛直方向となるように配置されるが、燃焼室207の軸方向が水平方向となるように配置されても良い。 Further, the combustors 200, 220, and 230 according to the first to third embodiments described above are more preferably arranged such that the axial direction of the combustion chamber 207 is vertical, but the axial direction of the combustion chamber 207 is more preferable. May be arranged in the horizontal direction.
以上、本発明の第一乃至第三実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。 The first to third embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above, and various modifications are possible without departing from the scope of the invention. Of course there is one.
M…燃料電池モジュール、10…燃料電池セルスタック、20…容器、21〜29…管材、40…気化部、41〜44…筒状壁、45…断熱空間、46…気化流路、47…燃焼排ガス流路、48…酸化剤ガス流路、50…原燃料供給管、60…改質部、61〜64…筒状壁、65…断熱空間、66…改質流路、67…燃焼排ガス流路、67A…入口部、68…酸化剤ガス流路、70…改質触媒層、90…燃焼部、100…予熱部、101,102…筒状壁、105…予熱流路、107…燃料ガス配管、110…熱交換部、111,112…筒状壁、117…燃焼排ガス流路、118…酸化剤ガス流路、122…酸化剤ガス供給管、123…ガス排出管、150…パイプ、151…点火プラグ、154…点火電極、161…原燃料、162…原燃料ガス、163…燃料ガス、164…酸化剤ガス、165…燃料ガス、166…酸化剤ガス、168…燃焼排ガス、200,220,230…燃焼器、201…燃焼室周壁、202…燃焼室内壁、203…整流部、204…燃料ガス室仕切壁、205…酸化剤ガス室仕切壁、207…燃焼室、208…燃料ガス室、209…酸化剤ガス室、210…燃料ガスノズル、211…酸化剤ガスノズル、212…酸化剤ガスノズル列、222…燃料ガス室天面仕切壁、232…筒状突出壁、234…再循環流、236…内側壁部、238…外側壁部、240…周囲壁、242…酸化剤ガス混合流路、252…ガス噴出ノズル M: fuel cell module, 10: fuel cell cell stack, 20: container, 21-29: tube, 40: vaporization part, 41-44: cylindrical wall, 45: heat insulation space, 46: vaporization flow path, 47: combustion Exhaust gas flow channel, 48: oxidant gas flow channel, 50: raw fuel supply pipe, 60: reforming section, 61 to 64: cylindrical wall, 65: heat insulation space, 66: reforming flow channel, 67: combustion exhaust gas flow Path 67A: Inlet part 68: Oxidizer gas flow path 70: Reforming catalyst layer 90: Combustion part 100: Preheating part 101, 102: Cylindrical wall 105: Preheating flow path 107: Fuel gas Piping 110 heat exchange section 111 112 cylindrical wall 117 combustion exhaust gas flow path 118 oxidant gas flow path 122 oxidant gas supply pipe 123 gas discharge pipe 150 pipe 151 ... spark plug, 154 ... ignition electrode, 161 ... raw fuel, 162 ... raw Fuel gas, 163: fuel gas, 164: oxidant gas, 165: fuel gas, 166: oxidant gas, 168: combustion exhaust gas, 200, 220, 230: combustor, 201: combustion chamber peripheral wall, 202: combustion chamber inner wall , 203: Rectifying portion, 204: Fuel gas chamber partition wall, 205: Oxidant gas chamber partition wall, 207: Combustion chamber, 208: Fuel gas chamber, 209: Oxidant gas chamber, 210: Fuel gas nozzle, 211: Oxidant Gas nozzle, 212: oxidant gas nozzle row, 222: fuel gas chamber top surface partition wall, 232: cylindrical projecting wall, 234: recirculation flow, 236: inner side wall, 238: outer side wall, 240: peripheral wall, 242 ... Oxidant gas mixing channel, 252 ... gas injection nozzle
Claims (12)
前記燃焼室周壁の内側に前記燃焼室周壁と同軸に設けられ、前記燃料ガス室と前記酸化剤ガス室とを区画する筒状の燃料ガス室仕切壁と、
前記燃料ガス室仕切壁の周囲に環状に設けられ、前記燃焼室と前記酸化剤ガス室とを区画し、前記燃料ガス室仕切壁から前記燃焼室の径方向外側へ向けて拡がる内側壁部と、前記内側壁部の外周部から前記燃焼室の軸方向他方側へ向けて延びる外側壁部と、を有する酸化剤ガス室仕切壁と、
前記燃料ガス室仕切壁における前記燃焼室側の端部に設けられ、前記燃料ガスを前記燃焼室に噴出して前記燃料ガスを前記酸化剤ガス室仕切壁の全周に亘って前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側から外側に拡散させる燃料ガスノズルと、
前記酸化剤ガス室仕切壁に形成されると共に、前記燃焼室の中心軸を中心に放射状に配列され、前記酸化剤ガスを前記燃焼室に噴出して前記酸化剤ガスを前記燃料ガスと混合させる複数の酸化剤ガスノズルと、
を備え、
前記複数の酸化剤ガスノズルのうち前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスで前記混合ガスの燃焼に必要な酸素が足りる場合には、前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する前記酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスと、前記燃料ガスノズルから噴出された前記燃料ガスとが混合されることで前記混合ガスが生成され、
前記複数の酸化剤ガスノズルのうち前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスでは前記混合ガスの燃焼に必要な酸素が不足する場合には、前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側から外側にかけて設けられた前記酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスと、前記燃料ガスノズルから噴出された前記燃料ガスとが混合されることで前記混合ガスが生成される、
燃焼器。 A combustion chamber in which a mixed gas in which a fuel gas and an oxidant gas are mixed is burned, a fuel gas chamber adjacent to the combustion chamber on one side in the axial direction of the combustion chamber and the fuel gas supplied from the outside; A cylindrical combustion chamber peripheral wall having an oxidant gas chamber provided around the fuel gas chamber and to which the oxidant gas is supplied from the outside inside;
A cylindrical fuel gas chamber partition wall provided coaxially with the combustion chamber circumferential wall inside the combustion chamber circumferential wall and partitioning the fuel gas chamber and the oxidant gas chamber;
An inner wall portion provided annularly around the fuel gas chamber partition wall, which divides the combustion chamber and the oxidant gas chamber, and which extends from the fuel gas chamber partition wall radially outward of the combustion chamber; , an oxidant gas chamber partition wall perforated and the outer wall portion, an extending from an outer peripheral portion of the inner wall portion to the other axial side of the combustion chamber,
Provided at an end of the fuel gas chamber partition wall on the side of the combustion chamber, the fuel gas is jetted into the combustion chamber to cause the fuel gas to flow over the entire circumference of the oxidant gas chamber partition wall. A fuel gas nozzle that diffuses radially from the inside to the outside of the chamber partition wall;
It is formed on the oxidant gas chamber partition wall and radially arranged around the central axis of the combustion chamber, and the oxidant gas is jetted into the combustion chamber to mix the oxidant gas with the fuel gas. With multiple oxidant gas nozzles,
Equipped with
When the oxygen necessary for the combustion of the mixed gas is sufficient for the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle positioned on the radially inner side of the oxidant gas chamber partition wall among the plurality of oxidant gas nozzles, the oxygen may be sufficient. The mixed gas is generated by mixing the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall and the fuel gas jetted from the fuel gas nozzle. ,
In the case where the oxygen necessary for the combustion of the mixed gas is insufficient in the oxidant gas jetted out of the oxidant gas nozzle located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall among the plurality of oxidant gas nozzles, The mixing is performed by mixing the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle provided from the radially inner side to the outer side of the oxidant gas chamber partition wall and the fuel gas jetted from the fuel gas nozzle. Gas is produced,
Burner.
前記燃焼室周壁の内側に前記燃焼室周壁と同軸に設けられ、前記燃料ガス室と前記酸化剤ガス室とを区画する筒状の燃料ガス室仕切壁と、
前記燃料ガス室仕切壁の周囲に環状に設けられ、前記燃焼室と前記酸化剤ガス室とを区画し、前記燃焼室の径方向に沿って延びる、酸化剤ガス室仕切壁と、
前記燃料ガス室仕切壁における前記燃焼室側の端部に設けられ、前記燃料ガスを前記燃焼室に噴出して前記燃料ガスを前記酸化剤ガス室仕切壁の全周に亘って前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側から外側に拡散させる燃料ガスノズルと、
前記酸化剤ガス室仕切壁に形成されると共に、前記燃焼室の中心軸を中心に放射状に配列され、前記酸化剤ガスを前記燃焼室に噴出して前記酸化剤ガスを前記燃料ガスと混合させる複数の酸化剤ガスノズルと、
を備え、
前記複数の酸化剤ガスノズルのうち前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスで前記混合ガスの燃焼に必要な酸素が足りる場合には、前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する前記酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスと、前記燃料ガスノズルから噴出された前記燃料ガスとが混合されることで前記混合ガスが生成され、
前記複数の酸化剤ガスノズルのうち前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスでは前記混合ガスの燃焼に必要な酸素が不足する場合には、前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側から外側にかけて設けられた前記酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスと、前記燃料ガスノズルから噴出された前記燃料ガスとが混合されることで前記混合ガスが生成される、
燃焼器。 A combustion chamber in which a mixed gas in which a fuel gas and an oxidant gas are mixed is burned, a fuel gas chamber adjacent to the combustion chamber on one side in the axial direction of the combustion chamber and the fuel gas supplied from the outside; A cylindrical combustion chamber peripheral wall having an oxidant gas chamber provided around the fuel gas chamber and to which the oxidant gas is supplied from the outside inside;
A cylindrical fuel gas chamber partition wall provided coaxially with the combustion chamber circumferential wall inside the combustion chamber circumferential wall and partitioning the fuel gas chamber and the oxidant gas chamber;
An oxidant gas chamber partition wall provided annularly around the fuel gas chamber partition wall, which divides the combustion chamber and the oxidant gas chamber, and extends along a radial direction of the combustion chamber ;
Provided at an end of the fuel gas chamber partition wall on the side of the combustion chamber, the fuel gas is jetted into the combustion chamber to cause the fuel gas to flow over the entire circumference of the oxidant gas chamber partition wall. A fuel gas nozzle that diffuses radially from the inside to the outside of the chamber partition wall;
It is formed on the oxidant gas chamber partition wall and radially arranged around the central axis of the combustion chamber, and the oxidant gas is jetted into the combustion chamber to mix the oxidant gas with the fuel gas. With multiple oxidant gas nozzles,
Equipped with
When the oxygen necessary for the combustion of the mixed gas is sufficient for the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle positioned on the radially inner side of the oxidant gas chamber partition wall among the plurality of oxidant gas nozzles, the oxygen may be sufficient. The mixed gas is generated by mixing the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall and the fuel gas jetted from the fuel gas nozzle. ,
In the case where the oxygen necessary for the combustion of the mixed gas is insufficient in the oxidant gas jetted out of the oxidant gas nozzle located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall among the plurality of oxidant gas nozzles, The mixing is performed by mixing the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle provided from the radially inner side to the outer side of the oxidant gas chamber partition wall and the fuel gas jetted from the fuel gas nozzle. Gas is produced,
Burner.
前記燃焼室周壁の内側に前記燃焼室周壁と同軸に設けられ、前記燃料ガス室と前記酸化剤ガス室とを区画する筒状の燃料ガス室仕切壁と、
前記燃料ガス室仕切壁の周囲に環状に設けられ、前記燃焼室と前記酸化剤ガス室とを区画する酸化剤ガス室仕切壁と、
前記燃料ガス室仕切壁における前記燃焼室側の端部に設けられ、前記燃料ガスを前記燃焼室に噴出して前記燃料ガスを前記酸化剤ガス室仕切壁の全周に亘って前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側から外側に拡散させる燃料ガスノズルと、
前記酸化剤ガス室仕切壁に形成されると共に、前記燃焼室の中心軸を中心に放射状に配列され、前記燃焼室の径方向外側かつ軸方向他方側に向けて開口され、前記酸化剤ガスを前記燃焼室に噴出して前記酸化剤ガスを前記燃料ガスと混合させる複数の酸化剤ガスノズルと、
を備え、
前記複数の酸化剤ガスノズルのうち前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスで前記混合ガスの燃焼に必要な酸素が足りる場合には、前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する前記酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスと、前記燃料ガスノズルから噴出された前記燃料ガスとが混合されることで前記混合ガスが生成され、
前記複数の酸化剤ガスノズルのうち前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスでは前記混合ガスの燃焼に必要な酸素が不足する場合には、前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側から外側にかけて設けられた前記酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスと、前記燃料ガスノズルから噴出された前記燃料ガスとが混合されることで前記混合ガスが生成される、
燃焼器。 A combustion chamber in which a mixed gas in which a fuel gas and an oxidant gas are mixed is burned, a fuel gas chamber adjacent to the combustion chamber on one side in the axial direction of the combustion chamber and the fuel gas supplied from the outside; A cylindrical combustion chamber peripheral wall having an oxidant gas chamber provided around the fuel gas chamber and to which the oxidant gas is supplied from the outside inside;
A cylindrical fuel gas chamber partition wall provided coaxially with the combustion chamber circumferential wall inside the combustion chamber circumferential wall and partitioning the fuel gas chamber and the oxidant gas chamber;
An oxidant gas chamber partition wall annularly provided around the fuel gas chamber partition wall, which partitions the combustion chamber and the oxidant gas chamber;
Provided at an end of the fuel gas chamber partition wall on the side of the combustion chamber, the fuel gas is jetted into the combustion chamber to cause the fuel gas to flow over the entire circumference of the oxidant gas chamber partition wall. A fuel gas nozzle that diffuses radially from the inside to the outside of the chamber partition wall;
The oxidant gas chamber partition wall is radially arranged around the central axis of the combustion chamber, and is opened radially outward and axially toward the other side of the combustion chamber, and the oxidant gas is A plurality of oxidant gas nozzles that are jetted into the combustion chamber to mix the oxidant gas with the fuel gas;
Equipped with
When the oxygen necessary for the combustion of the mixed gas is sufficient for the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle positioned on the radially inner side of the oxidant gas chamber partition wall among the plurality of oxidant gas nozzles, the oxygen may be sufficient. The mixed gas is generated by mixing the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall and the fuel gas jetted from the fuel gas nozzle. ,
In the case where the oxygen necessary for the combustion of the mixed gas is insufficient in the oxidant gas jetted out of the oxidant gas nozzle located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall among the plurality of oxidant gas nozzles, The mixing is performed by mixing the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle provided from the radially inner side to the outer side of the oxidant gas chamber partition wall and the fuel gas jetted from the fuel gas nozzle. Gas is produced,
Burner.
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の燃焼器。 The fuel gas nozzle is formed by an opening on the combustion chamber side in the cylindrical fuel gas chamber partition wall.
The combustor according to any one of claims 1 to 3 .
請求項4に記載の燃焼器。 And a fuel gas chamber top surface partition wall facing the fuel gas nozzle with a gap therebetween.
The combustor according to claim 4 .
前記燃焼室周壁の内側に前記燃焼室周壁と同軸に設けられ、前記燃料ガス室と前記酸化剤ガス室とを区画する筒状の燃料ガス室仕切壁と、
前記燃料ガス室仕切壁の周囲に環状に設けられ、前記燃焼室と前記酸化剤ガス室とを区画する酸化剤ガス室仕切壁と、
前記燃料ガス室仕切壁における前記燃焼室側の端部に設けられ、前記燃料ガスを前記燃焼室に噴出して前記燃料ガスを前記酸化剤ガス室仕切壁の全周に亘って前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側から外側に拡散させる燃料ガスノズルと、
前記燃料ガス室仕切壁における前記燃焼室側の端部に形成され、前記酸化剤ガス室仕切壁に対して前記燃焼室側に突出する筒状突出壁と、
前記筒状突出壁の突出端部に設けられ、前記燃焼室と前記燃料ガス室とを区画する燃料ガス室天面仕切壁と、
前記酸化剤ガス室仕切壁に形成されると共に、前記燃焼室の中心軸を中心に放射状に配列され、前記酸化剤ガスを前記燃焼室に噴出して前記酸化剤ガスを前記燃料ガスと混合させる複数の酸化剤ガスノズルと、
前記筒状突出壁の周囲に形成され前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側の端部から前記筒状突出壁と同方向に突出され、前記燃料ガス室天面仕切壁と接続された周囲壁と、
前記筒状突出壁と前記周囲壁の間に形成され、前記酸化剤ガス室と連通され、前記酸化剤ガス室から前記酸化剤ガスが供給されると共に、前記酸化剤ガス室から供給された前記酸化剤ガスを、前記筒状突出壁の周方向に間隔を空けて複数形成される前記燃料ガスノズルから噴出された前記燃料ガスに混合させる酸化剤ガス混合流路と、
前記周囲壁に形成され、前記燃料ガスノズルから噴出されると共に前記酸化剤ガス混合流路により前記酸化剤ガスが混合された前記燃料ガスを、前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向外側へ向けて噴出するガス噴出ノズルと、
を備え、
前記複数の酸化剤ガスノズルのうち前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスで前記混合ガスの燃焼に必要な酸素が足りる場合には、前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する前記酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスと、前記燃料ガスノズルから噴出された前記燃料ガスとが混合されることで前記混合ガスが生成され、
前記複数の酸化剤ガスノズルのうち前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスでは前記混合ガスの燃焼に必要な酸素が不足する場合には、前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側から外側にかけて設けられた前記酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスと、前記燃料ガスノズルから噴出された前記燃料ガスとが混合されることで前記混合ガスが生成される、
燃焼器。 A combustion chamber in which a mixed gas in which a fuel gas and an oxidant gas are mixed is burned, a fuel gas chamber adjacent to the combustion chamber on one side in the axial direction of the combustion chamber and the fuel gas supplied from the outside; A cylindrical combustion chamber peripheral wall having an oxidant gas chamber provided around the fuel gas chamber and to which the oxidant gas is supplied from the outside inside;
A cylindrical fuel gas chamber partition wall provided coaxially with the combustion chamber circumferential wall inside the combustion chamber circumferential wall and partitioning the fuel gas chamber and the oxidant gas chamber;
An oxidant gas chamber partition wall annularly provided around the fuel gas chamber partition wall, which partitions the combustion chamber and the oxidant gas chamber;
Provided at an end of the fuel gas chamber partition wall on the side of the combustion chamber, the fuel gas is jetted into the combustion chamber to cause the fuel gas to flow over the entire circumference of the oxidant gas chamber partition wall. A fuel gas nozzle that diffuses radially from the inside to the outside of the chamber partition wall;
A cylindrical projecting wall formed at an end of the fuel gas chamber partition wall on the combustion chamber side and projecting toward the combustion chamber with respect to the oxidant gas chamber partition wall;
A fuel gas chamber top surface partition wall provided at a projecting end of the cylindrical projecting wall, which partitions the combustion chamber and the fuel gas chamber;
It is formed on the oxidant gas chamber partition wall and radially arranged around the central axis of the combustion chamber, and the oxidant gas is jetted into the combustion chamber to mix the oxidant gas with the fuel gas. With multiple oxidant gas nozzles,
A periphery formed on the periphery of the cylindrical projecting wall and projecting in the same direction as the cylindrical projecting wall from the radial inner end of the oxidant gas chamber partitioning wall and connected to the fuel gas chamber top surface partitioning wall With the wall,
It is formed between the cylindrical projecting wall and the peripheral wall, is communicated with the oxidizing gas chamber, and is supplied with the oxidizing gas from the oxidizing gas chamber and is supplied from the oxidizing gas chamber. An oxidant gas mixing flow path for mixing oxidant gas with the fuel gas jetted from the fuel gas nozzle formed at intervals along the circumferential direction of the cylindrical protruding wall;
The fuel gas which is formed on the peripheral wall and is jetted from the fuel gas nozzle and mixed with the oxidant gas by the oxidant gas mixing passage is directed radially outward of the oxidant gas chamber partition wall. A gas injection nozzle that ejects,
Equipped with
When the oxygen necessary for the combustion of the mixed gas is sufficient for the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle positioned on the radially inner side of the oxidant gas chamber partition wall among the plurality of oxidant gas nozzles, the oxygen may be sufficient. The mixed gas is generated by mixing the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall and the fuel gas jetted from the fuel gas nozzle. ,
In the case where the oxygen necessary for the combustion of the mixed gas is insufficient in the oxidant gas jetted out of the oxidant gas nozzle located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall among the plurality of oxidant gas nozzles, The mixing is performed by mixing the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle provided from the radially inner side to the outer side of the oxidant gas chamber partition wall and the fuel gas jetted from the fuel gas nozzle. Gas is produced,
Burner.
前記燃焼室内壁から前記燃焼室の軸方向一方側に向けて延出されると共に、前記燃焼室の軸方向他方側に向かうに従って拡径する円錐又はドーム状に形成された整流部とを備える、
請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の燃焼器。 It is provided on the inner side of the peripheral wall of the combustion chamber, and is disposed on the other side of the combustion chamber in the axial direction, and the peripheral wall of the combustion chamber forms an inlet portion of a combustion exhaust gas flow passage into which the combustion exhaust gas generated in the combustion chamber flows The combustion chamber wall,
A conical or dome-shaped straightening unit extending from the combustion chamber wall toward one axial side of the combustion chamber and expanding in diameter toward the other axial side of the combustion chamber;
The combustor according to any one of claims 1 to 6.
請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の燃焼器。 The oxidant gas chamber partition wall is formed in a tapered shape that increases in diameter from one axial direction side of the combustion chamber to the other side.
The combustor according to any one of claims 1 to 7.
各前記酸化剤ガスノズル列では、前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する複数の前記酸化剤ガスノズルの間隔よりも前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向外側に位置する複数の前記酸化剤ガスノズルの間隔の方が狭い、
請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の燃焼器。 The plurality of oxidant gas nozzles form a plurality of oxidant gas nozzle rows in which a plurality of the oxidant gas nozzles are arranged in the radial direction of the oxidant gas chamber partition wall in the circumferential direction of the oxidant gas chamber partition wall,
In each of the oxidant gas nozzle rows, a plurality of the oxidations located radially outside the oxidant gas chamber partition wall with respect to a distance between the plurality of oxidant gas nozzles located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall Agent gas nozzle spacing is narrower,
The combustor according to any one of claims 1 to 8 .
原燃料が気化されて原燃料ガスが生成される気化部と、
前記原燃料ガスから前記燃料ガスが生成される改質部と、
前記燃料電池セルスタックの燃料極から排出された燃料極排ガスである燃料ガスと、前記燃料電池セルスタックの空気極から排出された空気極排ガスである酸化剤ガスとが混合されたスタック排ガスを燃焼させる、請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の燃焼器と、
を備える燃料電池モジュール。 A solid oxide fuel cell stack, which generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas,
A vaporizing unit in which raw fuel is vaporized to generate raw fuel gas;
A reforming unit in which the fuel gas is generated from the raw fuel gas;
The stack exhaust gas is a mixture of a fuel gas which is an anode exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack and an oxidant gas which is an air cathode exhaust gas discharged from the air electrode of the fuel cell stack. The combustor according to any one of claims 1 to 9 ,
A fuel cell module comprising:
原燃料が気化されて原燃料ガスが生成される気化部と、
前記原燃料ガスから前記燃料ガスが生成される改質部と、
前記燃料電池セルスタックの燃料極から排出された燃料極排ガスである燃料ガスと、前記燃料電池セルスタックの空気極から排出された空気極排ガスである酸化剤ガスとが混合されたスタック排ガスを燃焼させる、燃焼器と、
を有し、
前記燃焼器は、
前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスが混合された混合ガスが燃焼される燃焼室と、前記燃焼室の軸方向一方側に前記燃焼室と隣接され外部から前記燃料ガスが供給される燃料ガス室と、前記燃料ガス室の周囲に設けられ外部から前記酸化剤ガスが供給される酸化剤ガス室とを内側に有する筒状の燃焼室周壁と、
前記燃焼室周壁の内側に前記燃焼室周壁と同軸に設けられ、前記燃料ガス室と前記酸化剤ガス室とを区画する筒状の燃料ガス室仕切壁と、
前記燃料ガス室仕切壁の周囲に環状に設けられ、前記燃焼室と前記酸化剤ガス室とを区画する酸化剤ガス室仕切壁と、
前記燃料ガス室仕切壁における前記燃焼室側の端部に設けられ、前記燃料ガスを前記燃焼室に噴出して前記燃料ガスを前記酸化剤ガス室仕切壁の全周に亘って前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側から外側に拡散させる燃料ガスノズルと、
前記酸化剤ガス室仕切壁に形成されると共に、前記燃焼室の中心軸を中心に放射状に配列され、前記酸化剤ガスを前記燃焼室に噴出して前記酸化剤ガスを前記燃料ガスと混合させる複数の酸化剤ガスノズルと、
を備え、
前記複数の酸化剤ガスノズルのうち前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスで前記混合ガスの燃焼に必要な酸素が足りる場合には、前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する前記酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスと、前記燃料ガスノズルから噴出された前記燃料ガスとが混合されることで前記混合ガスが生成され、
前記複数の酸化剤ガスノズルのうち前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側に位置する酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスでは前記混合ガスの燃焼に必要な酸素が不足する場合には、前記酸化剤ガス室仕切壁の径方向内側から外側にかけて設けられた前記酸化剤ガスノズルから噴出された前記酸化剤ガスと、前記燃料ガスノズルから噴出された前記燃料ガスとが混合されることで前記混合ガスが生成される、
燃料電池モジュール。 A solid oxide fuel cell stack, which generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas,
A vaporizing unit in which raw fuel is vaporized to generate raw fuel gas;
A reforming unit in which the fuel gas is generated from the raw fuel gas;
The stack exhaust gas is a mixture of a fuel gas which is an anode exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack and an oxidant gas which is an air cathode exhaust gas discharged from the air electrode of the fuel cell stack. Let the burner,
Have
The combustor is
A combustion chamber in which a mixed gas in which the fuel gas and the oxidant gas are mixed is burned, and a fuel gas chamber adjacent to the combustion chamber on one side in the axial direction of the combustion chamber and supplied with the fuel gas from the outside A cylindrical combustion chamber peripheral wall which has an oxidant gas chamber provided around the fuel gas chamber and to which the oxidant gas is supplied from the outside inside;
A cylindrical fuel gas chamber partition wall provided coaxially with the combustion chamber circumferential wall inside the combustion chamber circumferential wall and partitioning the fuel gas chamber and the oxidant gas chamber;
An oxidant gas chamber partition wall annularly provided around the fuel gas chamber partition wall, which partitions the combustion chamber and the oxidant gas chamber;
Provided at an end of the fuel gas chamber partition wall on the side of the combustion chamber, the fuel gas is jetted into the combustion chamber to cause the fuel gas to flow over the entire circumference of the oxidant gas chamber partition wall. A fuel gas nozzle that diffuses radially from the inside to the outside of the chamber partition wall;
It is formed on the oxidant gas chamber partition wall and radially arranged around the central axis of the combustion chamber, and the oxidant gas is jetted into the combustion chamber to mix the oxidant gas with the fuel gas. With multiple oxidant gas nozzles,
Equipped with
When the oxygen necessary for the combustion of the mixed gas is sufficient for the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle positioned on the radially inner side of the oxidant gas chamber partition wall among the plurality of oxidant gas nozzles, the oxygen may be sufficient. The mixed gas is generated by mixing the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall and the fuel gas jetted from the fuel gas nozzle. ,
In the case where the oxygen necessary for the combustion of the mixed gas is insufficient in the oxidant gas jetted out of the oxidant gas nozzle located radially inward of the oxidant gas chamber partition wall among the plurality of oxidant gas nozzles, The mixing is performed by mixing the oxidant gas jetted from the oxidant gas nozzle provided from the radially inner side to the outer side of the oxidant gas chamber partition wall and the fuel gas jetted from the fuel gas nozzle. Gas is produced,
Fuel cell module.
前記改質部は、前記燃焼器の上方に前記燃焼器と同軸上に設けられると共に、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の筒状壁によって構成され、かつ、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記燃焼器から排出された燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記燃焼排ガスの熱を利用して前記原燃料ガスが改質されて前記燃料ガスが生成される改質流路をそれぞれ有し、
前記気化部は、前記改質部の上方に前記改質部と同軸上に設けられると共に、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、かつ、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記燃焼排ガスとの熱交換により前記原燃料が気化されて前記原燃料ガスが生成される気化流路をそれぞれ有する、
請求項10または請求項11に記載の燃料電池モジュール。 The combustor is provided above the fuel cell stack,
The reforming section is provided coaxially with the combustor above the combustor and is constituted by at least a triple tubular wall having a gap between each other, and the inner side of the triple tubular wall And between the cylindrical walls, a heat insulating space, a flue gas passage through which the flue gas discharged from the combustor flows, and the raw fuel gas is reformed using the heat of the flue gas to produce the fuel gas Each have their own reforming channels,
The vaporization section is provided coaxially with the reforming section above the reforming section, and is constituted by at least a triple cylindrical or elliptical cylindrical tubular wall having a gap between each other, and Between the inner and cylindrical walls of the triple cylindrical wall, the adiabatic space, the flue gas passage through which the flue gas flows, and the raw fuel gas are vaporized by heat exchange with the flue gas. Each have a vaporization flow path,
A fuel cell module according to claim 10 or 11 .
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