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公開番号2021093263
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210617
出願番号2019222292
出願日20191209
発明の名称燃焼器
出願人株式会社デンソー
代理人特許業務法人ゆうあい特許事務所
主分類H01M 8/04 20160101AFI20210521BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】筐体の所定部位の異常高温を効果的に抑制することができる燃焼器を提供する。
【解決手段】暖機用燃焼器7は、筐体21と、混合管22と、仕切り板43と、ガイド板44とを備える。筐体21の内壁面のうち、混合管22の複数の孔33からの混合ガスの吹き出し方向で、複数の孔33の形成範囲R1と対向する部位を所定部位R2とする。筐体21は、筐体21の内部へ冷却用空気を導入するための冷却用空気開口部41を有する。仕切り板43およびガイド板44は、筐体21の内部空間を、天井側空気通路46および筒側空気通路47を含む空気通路46、47と、燃焼空間45とに仕切り、冷却用空気開口部41から筐体21の内部へ導入された冷却用空気を、その空気通路46、47に流すことで、筐体筒状部24の所定部位R2に導く。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
燃料電池システムに用いられる燃焼器であって、
内部に形成された内部空間で燃料と空気との混合ガスを燃焼させるとともに、内部に冷却用空気を導入するための冷却用空気導入部(41)を有する筐体(21)と、
前記筐体の内部に設けられ、前記混合ガスを吹き出すとともに、吹き出した前記混合ガスが燃焼して生成した燃焼ガスを、前記混合ガスの吹き出し方向に進行させる混合ガス吹出部(33)と、
前記筐体の内部のうち前記混合ガス吹出部よりも前記筐体に近い側に設けられ、前記内部空間を前記混合ガスの燃焼空間(45)と前記冷却用空気が流れる空気通路(46、47)とに仕切り、前記筐体の内壁面のうち、前記混合ガス吹出部からの前記混合ガスの吹き出し方向で、前記混合ガス吹出部の形成範囲(R1)と対向する部位を所定部位(R2)としたときに、前記冷却用空気導入部から導入された前記冷却用空気を前記空気通路に流すことで、前記冷却用空気を前記所定部位に導くガイド部材(43、44)と、を備える、燃焼器。
続きを表示(約 1,600 文字)【請求項2】
前記ガイド部材は、前記筐体の内壁面のうち前記所定部位に沿って延びている面に対向する対向部(44)を含み、
前記空気通路を流れる前記冷却用空気の流れ方向での前記対向部の下流端(44b)は、前記所定部位の少なくとも一部よりも前記流れ方向での上流側に位置する、請求項1に記載の燃焼器。
【請求項3】
前記対向部は、前記対向部との間に前記空気通路を形成する前記筐体の内壁面に沿って延びている、請求項2に記載の燃焼器。
【請求項4】
前記対向部のうち前記流れ方向での下流側の部分(44c)では、前記流れ方向の下流側に進むにつれて、前記対向部とともに前記空気通路を形成する前記筐体の内壁面との距離が短くなっている、請求項2に記載の燃焼器。
【請求項5】
前記筐体は、筒状の筐体筒状部(24)を有し、
前記混合ガス吹出部は、前記筐体筒状部の中心側に配置され、前記筐体筒状部の内壁面に向けて放射状に前記混合ガスを吹き出し、
前記所定部位は、前記筐体筒状部の内壁面のうち前記混合ガス吹出部からの前記混合ガスの吹き出し方向で、前記混合ガス吹出部の形成範囲と対向する部位であり、
前記ガイド部材は、前記筐体筒状部の内壁面と対向するように、前記筐体筒状部の内側に配置された筒状のガイド筒状部(44)を含み、
前記空気通路は、前記筐体筒状部の周方向全域にわたって、前記筐体筒状部の内壁面と前記ガイド筒状部の外壁面との間に形成された筒側空気通路(47)を含み、
前記筒側空気通路を流れる前記冷却用空気の流れ方向での前記ガイド筒状部の下流端(44b)は、前記所定部位の少なくとも一部よりも前記流れ方向での上流側に位置する、請求項1に記載の燃焼器。
【請求項6】
前記冷却用空気導入部は、前記筐体筒状部に対して偏心して配置されており、
前記空気通路は、前記空気通路のうち前記冷却用空気の流れ方向での途中の位置に、通路幅が縮小された通路幅縮小部(52)を有し、
前記通路幅縮小部は、前記筐体筒状部の内壁面の周方向に沿って環状に連なっており、前記冷却用空気導入部から導入された前記冷却用空気を前記筒側空気通路の周方向全域に分配し、
前記通路幅は、前記通路幅縮小部の周方向全域で、前記通路幅縮小部を流れることによって生じる圧力損失が、前記冷却用空気導入部から前記通路幅縮小部までの通路長さによる圧力損失の最大値よりも大きくなるように設定されている、請求項5に記載の燃焼器。
【請求項7】
燃料電池システムに用いられる燃焼器であって、
内部に形成された内部空間で燃料と空気との混合ガスを燃焼させるとともに、内部に冷却用空気を導入するための冷却用空気導入部(41)を有する筐体(21)と、
前記筐体の内部に設けられ、前記混合ガスを吹き出すとともに、吹き出した前記混合ガスが燃焼して生成した燃焼ガスを、前記混合ガスの吹き出し方向に進行させる混合ガス吹出部(33)と、
前記筐体の内部のうち前記混合ガス吹出部よりも前記筐体に近い側に設けられ、前記内部空間を前記混合ガスの燃焼空間(45)と前記冷却用空気が流れる空気通路(46、47)とに仕切り、前記筐体の内壁面のうち、前記混合ガス吹出部からの前記混合ガスの吹き出し方向で、前記混合ガス吹出部の形成範囲(R1)と対向する部位を所定部位(R2)としたときに、前記冷却用空気導入部から導入された前記冷却用空気を前記空気通路に流すことで、前記冷却用空気を前記所定部位に導くガイド部材(43、44)と、を備え、
前記ガイド部材は、前記筐体の内壁面のうち前記所定部位に沿って延びている面に対向する対向部(44)を含み、
前記空気通路を流れる前記冷却用空気の流れ方向での前記対向部の下流端(44b)は、前記所定部位よりも前記流れ方向での下流側に位置する、燃焼器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、燃料電池システムに用いられる燃焼器に関するものである。
続きを表示(約 6,000 文字)【背景技術】
【0002】
燃料電池システムに用いられる従来の燃焼器として、特許文献1に記載の燃焼器がある。この燃焼器では、筐体の内部に、混合ガスを吹き出す混合ガス吹出部が設けられている。また、筐体の内部のうち混合ガス吹出部の近傍に、吹出部から吹き出された混合ガスを着火させる着火部が設けられている。混合ガス吹出部から筐体の内部空間へ混合ガスが吹出される。吹き出された混合ガスが着火部によって着火されて燃焼することで、燃焼ガスが生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2017−183226号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、上記のような燃焼器において、筐体の内壁面のうち混合ガス吹出部からの混合ガスの吹き出し方向で混合ガス吹出部の形成範囲と対向する部位を所定部位とする。このとき、筐体の所定部位は、燃焼ガスの進行方向の先にあるため、燃焼ガスによって、特に加熱される。このため、筐体の所定部位は、異常高温になるという課題が本発明者によって見出された。
【0005】
しかし、特許文献1には、混合ガス吹出部とは別に、筐体の内部空間へ空気を吹き出す空気吹出部を筐体の内部に設けることが記載されているが、筐体の所定部位の異常高温を効果的に抑制するための構成は記載されていない。
【0006】
本発明は上記点に鑑みて、筐体の所定部位の異常高温を効果的に抑制することができる燃焼器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明によれば、
燃料電池システムに用いられる燃焼器は、
内部に形成された内部空間で燃料と空気との混合ガスを燃焼させるとともに、内部に冷却用空気を導入するための冷却用空気導入部(41)を有する筐体(21)と、
筐体の内部に設けられ、混合ガスを吹き出すとともに、吹き出した混合ガスが燃焼して生成した燃焼ガスを、混合ガスの吹き出し方向に進行させる混合ガス吹出部(33)と、
筐体の内部のうち混合ガス吹出部よりも筐体に近い側に設けられ、内部空間を混合ガスの燃焼空間(45)と冷却用空気が流れる空気通路(46、47)とに仕切り、筐体の内壁面のうち、混合ガス吹出部からの混合ガスの吹き出し方向で、混合ガス吹出部の形成範囲(R1)と対向する部位を所定部位(R2)としたときに、冷却用空気導入部から導入された冷却用空気を空気通路に流すことで、冷却用空気を所定部位に導くガイド部材(43、44)と、を備える。
【0008】
これによれば、ガイド部材によって、筐体の内部に導入された冷却用空気を、筐体の内壁面の所定部位に、燃焼器がガイド部材を備えていない場合と比較して効率良く供給できる。よって、筐体の所定部位の異常高温を効果的に抑制することができる。
【0009】
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明において、ガイド部材は、筐体の内壁面のうち所定部位に沿って延びている面に対向する対向部(44)を含む。空気通路を流れる冷却用空気の流れ方向での対向部の下流端(44b)は、所定部位の少なくとも一部よりも流れ方向での上流側に位置する。請求項1に記載の発明において、具体的には、ガイド部材の下流端の位置をこのような位置とすることができる。これによれば、冷却用空気を、空気通路から流出させて、筐体の内壁面の所定部位に供給することができる。
【0010】
請求項3に記載の発明によれば、請求項2に記載の発明において、対向部は、対向部との間に空気通路を形成する筐体の内壁面に沿って延びている。これによれば、冷却用空気の流れを、筐体の内壁面に沿う流れに整流することができる。よって、空気通路から流出した冷却用空気を、筐体の内壁面に沿わせながら所定部位に導くことができる。
【0011】
請求項4に記載の発明によれば、請求項2に記載の発明において、対向部のうち流れ方向での下流側の部分(44c)では、流れ方向の下流側に進むにつれて、対向部とともに空気通路を形成する筐体の内壁面との距離が短くなっている。これによれば、空気通路から流出する冷却用空気の流速を増大させることができる。このため、所定部位の冷却機能を向上でき、筐体の壁の保護機能を向上させることができる。また、冷却用空気が空気通路を流れるときに、冷却用空気が対向部のうち下流側の部分に沿って流れることで、空気通路から流出した冷却用空気の空気流れは、筐体の内壁面に沿いやすくなる。これにより、冷却用空気によって冷却される筐体の内壁面の冷却範囲を長くすることができる。
【0012】
請求項5に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明において、
筐体は、筒状の筐体筒状部(24)を有し、
混合ガス吹出部は、筐体筒状部の中心側に配置され、筐体筒状部の内壁面に向けて放射状に混合ガスを吹き出し、
所定部位は、筐体筒状部の内壁面のうち混合ガス吹出部からの混合ガスの吹き出し方向で、混合ガス吹出部の形成範囲と対向する部位であり、
ガイド部材は、筐体筒状部の内壁面と対向するように、筐体筒状部の内側に配置された筒状のガイド筒状部(44)を含み、
空気通路は、筐体筒状部の周方向全域にわたって、筐体筒状部の内壁面とガイド筒状部の外壁面との間に形成された筒側空気通路(47)を含み、
筒側空気通路を流れる冷却用空気の流れ方向でのガイド筒状部の下流端(44b)は、所定部位の少なくとも一部よりも流れ方向での上流側に位置する。
【0013】
請求項1に記載の発明において、具体的には、請求項5に記載の発明の構成を採用することができる。
【0014】
請求項6に記載の発明によれば、請求項5に記載の発明において、
冷却用空気導入部は、筐体筒状部に対して偏心して配置されており、
空気通路は、空気通路のうち冷却用空気の流れ方向での途中の位置に、通路幅が縮小された通路幅縮小部(52)を有し、
通路幅縮小部は、筐体筒状部の内壁面の周方向に沿って環状に連なっており、冷却用空気導入部から導入された冷却用空気を筒側空気通路の周方向全域に分配し、
通路幅は、通路幅縮小部の周方向全域で、通路幅縮小部を流れることによって生じる圧力損失が、冷却用空気導入部から通路幅縮小部までの通路長さによる圧力損失の最大値よりも大きくなるように設定されている。
【0015】
通路幅縮小部が形成されていない場合、冷却用空気導入部が筐体筒状部に対して偏心して配置されているとき、筒側空気通路の周方向において、筒側空気通路を流れる冷却用空気の流れに偏りが生じる。これは、冷却用空気導入部が筐体筒状部に対して偏心して配置されているとき、冷却用空気導入部から筒側空気通路までの距離は、筒側空気通路の周方向で異なり、冷却用空気導入部からの距離が長いほど、空気流れに生じる圧力損失が大きくなるからである。
【0016】
これに対して、請求項6に記載の発明によれば、通路幅縮小部の通路幅は、通路幅縮小部の周方向全域で、通路幅縮小部を流れることによって生じる圧力損失が、冷却用空気導入部から通路幅縮小部までの通路長さによる圧力損失の最大値よりも大きくなるように設定されている。このため、冷却用空気導入部から通路幅縮小部の周方向全域に冷却用空気が分配されるときの、冷却用空気導入部から通路幅縮小部までの通路長さの違いによる分配への影響を小さくできる。これにより、冷却用空気導入部が筐体筒状部に対して偏心して配置されていても、筒側空気通路を流れる冷却用空気の流れに、筒側空気通路の周方向での偏りが生じることを抑制することができる。
【0017】
請求項7に記載の発明によれば、燃料電池システムに用いられる燃焼器は、
内部に形成された内部空間で燃料と空気との混合ガスを燃焼させるとともに、内部に冷却用空気を導入するための冷却用空気導入部(41)を有する筐体(21)と、
筐体の内部に設けられ、混合ガスを吹き出すとともに、吹き出した混合ガスが燃焼して生成した燃焼ガスを、混合ガスの吹き出し方向に進行させる混合ガス吹出部(33)と、
筐体の内部のうち混合ガス吹出部よりも筐体に近い側に設けられ、内部空間を混合ガスの燃焼空間(45)と冷却用空気が流れる空気通路(46、47)とに仕切り、筐体の内壁面のうち、混合ガス吹出部からの混合ガスの吹き出し方向で、混合ガス吹出部の形成範囲(R1)と対向する部位を所定部位(R2)としたときに、冷却用空気導入部から導入された冷却用空気を空気通路に流すことで、冷却用空気を所定部位に導くガイド部材(43、44)と、を備え、
ガイド部材は、筐体の内壁面のうち所定部位に沿って延びている面に対向する対向部(44)を含み、
空気通路を流れる冷却用空気の流れ方向での対向部の下流端(44b)は、所定部位よりも流れ方向での下流側に位置する。
【0018】
これによれば、ガイド部材によって、所定部位に向かう燃焼ガスの流れを遮ることができる。これにより、所定部位の温度上昇を抑制することができる。よって、筐体の所定部位の異常高温を効果的に抑制することができる。さらに、これによれば、ガイド部材に対して燃焼ガスによって加熱される側の反対側から、ガイド部材のうち燃焼ガスによって加熱される部分を冷却用空気によって冷却することができる。
【0019】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【0020】
第1実施形態の暖機用燃焼器が適用される燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。
第1実施形態の暖機用燃焼器の断面図である。
図2中のIII部の拡大図である。
ガス流れを示す第1実施形態の暖機用燃焼器の断面図である。
第2実施形態の暖機用燃焼器の断面図である。
第3実施形態の暖機用燃焼器の断面図である。
第4実施形態の暖機用燃焼器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【0022】
(第1実施形態)
まず、本発明の燃焼器としての暖機用燃焼器を用いる燃料電池システムについて説明する。図1に示すように、燃料電池システム1は、燃料電池2、改質器3、水蒸発器4、空気予熱器5、オフガス用燃焼器6および暖機用燃焼器7などを備えている。
【0023】
燃料電池2には、都市ガスを水蒸気改質して生成した燃料ガスが供給される。都市ガスは、炭化水素(例えば、メタン)を含む原燃料ガスである。都市ガスは、燃料用ブロア8の駆動により、改質器3に導入される。なお、原燃料ガスとして、都市ガス以外のガスが用いられてもよい。
【0024】
水蒸発器4には、ポンプ9の駆動により水が供給される。水蒸発器4に供給された水は、オフガス用燃焼器6から排出される燃焼ガスの熱により加熱され、水蒸気となる。水蒸気は、都市ガスと混合されて、改質器3に導入される。
【0025】
改質器3は、都市ガスと水蒸気との混合ガスおよび触媒が、オフガス用燃焼器6から排出される燃焼ガスの熱により、水蒸気改質反応が可能な温度に加熱される。そして、都市ガスと水蒸気は、改質器3の有する触媒の存在のもとで反応し、水素と一酸化炭素を含む燃料ガスに改質される。その燃料ガスは、燃料電池2の図示しない燃料極に供給される。
【0026】
燃料電池2には、酸化剤ガスとしての空気(詳細には、空気中の酸素)が供給される。燃料電池2に供給される空気は、空気用ブロア10の駆動により外気から取り込まれる。その空気は、空気予熱器5を流れる際、オフガス用燃焼器6から排出される燃焼ガスの熱により加熱される。空気予熱器5で加熱された空気は、燃料電池2の図示しない空気極に供給される。
【0027】
燃料電池2は、図示しない複数の燃料電池セルの集合体である。燃料電池セルは、例えば、固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:SOFC)であり、電解質を挟んで一方側の面に燃料極(すなわち、アノード)が形成され、他方の面に空気極(すなわち、カソード)が形成された構成となっている。燃料電池2は、燃料極に供給される燃料ガスと、空気極に供給される酸化剤ガスとしての空気(詳細には、空気中の酸素)との電気化学反応により発電する。
【0028】
燃料電池2で消費されなかった酸化剤ガスを含むオフ空気は、オフ空気通路11を経由して、オフガス用燃焼器6に供給される。また、燃料電池2で消費されなかった燃料ガスを含むオフ燃料は、オフ燃料通路12を経由して、オフガス用燃焼器6に供給される。
【0029】
オフガス用燃焼器6は、燃料電池2から供給されるオフ燃料とオフ空気とを高温場で自着火により燃焼させるように構成されている。オフガス用燃焼器6でオフ燃料とオフ空気とが燃焼して生成された燃焼ガスは、改質器3、空気予熱器5および水蒸発器4を流れる。
【0030】
暖機用燃焼器7は、燃料電池システム1の起動時に作動する。暖機用燃焼器7には、都市ガス、燃焼用空気および冷却用空気が供給される。都市ガスは、ガス状の燃焼用燃料である。暖機用燃焼器7は、都市ガスと燃焼用空気との混合ガスを燃焼させて燃焼ガスを生成し、図1中の破線矢印のように、その燃焼ガスの熱により燃料電池2を加熱する。暖機用燃焼器7から流出した燃焼ガスは、オフガス用燃焼器6に供給される。暖機用燃焼器7は、燃料電池システム1の起動時に続く発電時には動作を停止する。
(【0031】以降は省略されています)

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