JP7500485B2 - 燃焼装置及び燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システム用の燃焼装置に関する。

改質部で原燃料ガスを水蒸気改質して生成された改質燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池部を備えた燃料電池システムに設けられ、当該燃料電池部から排出された燃料オフガスが燃料ガスとして供給されると共に当該燃料ガスを燃焼空間で燃焼させて改質部を加熱する燃焼装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
この種の燃焼装置では、起動運転時において、改質部が水蒸気改質を行えるほど十分には加熱されていない状態であることから、原燃料ガスを比較的多く含む燃料ガスが供給されると共に、その原燃料ガスを多く含む起動運転時燃料ガスが比較的大きな燃焼量で燃焼されることになる。一方、改質部が十分に加熱された状態となる定常運転時において、原燃料ガスよりも燃焼速度が速い改質燃料ガスを比較的多く含む燃料オフガスが燃料ガスとして供給されると共に、その燃料オフガスが比較的小さな燃焼量で燃焼されることなる。即ち、起動運転時と定常運転時とでは、供給される燃料ガスの燃焼速度や燃焼量が比較的大幅に異なることになる。
そして、特許文献１記載の燃料電池システム用の燃焼装置では、定常運転時において燃料オフガスを燃焼させるための定常運転用燃焼器とは別に、起動運転時において原燃料ガスを燃焼させる起動運転用燃焼器を設けることによって、夫々の運転時において適切な燃焼状態を実現している。

特開２０１６－１１９２４２号公報

しかしながら、上述の特許文献１記載の燃料電池システム用の燃焼装置では、定常運転用燃焼器と起動運転用燃焼器とを各別に設ける必要があるため、装置の大型化や高コスト化が問題となる。
よって、定常運転時の燃料オフガスと起動運転時の原燃料ガスとを共通の燃焼部で燃焼させることが望まれるが、燃焼速度や燃焼量が比較的大幅に変化する条件下において共通の燃焼部で安定且つ適切に燃料ガスを燃焼させることは困難であった。
この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、燃料電池システム用の燃焼装置において、燃焼速度及び燃焼量が比較的大幅に変化するという条件下においても、共通の燃焼部において、改質部を効率良く加熱するのに適した火炎を形成しながら安定して燃料ガスを燃焼させることができる技術を提供する点にある。

本発明の第１特徴構成は、原燃料ガスを水蒸気改質して改質燃料ガスを生成する改質部と、当該改質部で生成された改質燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池部と、を備えた燃料電池システムに設けられ、
燃焼空間に燃料ガスを噴出させる燃料ガス噴出孔と、前記燃料ガス噴出孔から噴出される燃料ガスに対して燃焼用空気を供給する空気供給部と、を備えて、定常運転時に前記燃料電池部から排出された燃料オフガスが前記燃料ガスとして供給されると共に当該燃料ガスを前記燃焼空間で燃焼させて前記改質部を加熱する燃焼装置であって、
前記空気供給部として、前記燃料ガス噴出孔の燃料ガス噴出方向における上流側の第１空気供給領域に対して燃焼用空気を供給する第１空気供給部と、前記燃料ガス噴出孔の燃料ガス噴出方向における前記第１空気供給領域よりも下流側の第２空気供給領域に対して燃焼用空気を供給する第２空気供給部と、を備え、
前記燃料ガス噴出孔が設けられた噴出孔配置部との間に隙間を介在させた状態で配置されており、前記燃料ガス噴出孔から噴出された燃料ガスが通過する燃料ガス通過孔が形成された燃料ガス通過壁部を備え、
前記第１空気供給領域が、前記噴出孔配置部と前記燃料ガス通過壁部との間に介在された隙間であり、
前記第２空気供給領域が、前記燃料ガス通過孔の燃料ガス噴出方向における前記燃料ガス通過壁部よりも下流側に設けられている点にある。

また、本発明に係る燃料電池システムの特徴構成は、原燃料ガスを水蒸気改質して改質燃料ガスを生成する改質部と、当該改質部で生成された改質燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池部と、を備えた燃料電池システムであって、
燃焼空間に燃料ガスを噴出させる燃料ガス噴出孔と、前記燃料ガス噴出孔から噴出される燃料ガスに対して燃焼用空気を供給する空気供給部と、を備えて、定常運転時に前記燃料電池部から排出された燃料オフガスが前記燃料ガスとして供給されると共に当該燃料ガスを前記燃焼空間で燃焼させて前記改質部を加熱する燃焼装置として、本発明に係る燃焼装置を備えた点にある。

本構成によれば、改質部が水蒸気改質を行えるほど十分には加熱されていない状態である起動運転時においては、原燃料ガスを比較的多く含む起動運転時燃料ガスが燃料ガスとして供給され、その起動運転時燃料ガスが燃料ガス噴出孔から燃焼空間に噴出されて比較的小さな燃焼速度且つ比較的大きな燃焼量で燃焼する。よって、起動運転時に燃料ガス噴出孔上に形成される火炎は、第１空気供給領域からその下流側の第２空気供給領域に亘る比較的大きなものとなる。そして、起動運転時に第１空気供給領域から第２空気供給領域に亘る比較的大きな火炎に対しては、第１空気供給部及び第２空気供給部から比較的多くの燃焼用空気が全体的に供給されるので、起動運転時に供給された起動運転時燃料ガスを安定且つ適切に燃焼させることができる。
一方、改質部が十分に加熱された状態である定常運転時においては、改質燃料ガスを比較的多く含む定常運転時燃料ガスが燃料電池部から燃料オフガスとして供給され、その定常運転時燃料ガスが燃料ガス噴出孔から燃焼空間に噴出されて比較的大きな燃焼速度且つ比較的小さな燃焼量で燃焼する。よって、定常運転時に燃料ガス噴出孔上に形成される火炎は、第１空気供給領域には形成されるがその下流側の第２空気供給領域には形成されない比較的小さなものとなる。そして、定常運転時に第１空気供給領域に形成される比較的小さな火炎に対しては、第１空気供給部から比較的少ない燃焼用空気が集中的に供給されると共に、第２空気供給部から第２空気供給領域に供給された空気流による影響が小さくなるので、定常運転時に供給された定常運転時燃料ガスを安定且つ適切に燃焼させることができる。
更に、第１空気供給領域が、燃料ガス噴出孔が設けられた噴出孔配置部と燃料ガス噴出孔から噴出された燃料ガスが通過する燃料ガス通過孔が形成された燃料ガス通過壁部との間に介在する隙間とされているので、燃料ガス噴出孔から噴出される燃料ガスに対して噴出直後に燃焼用空気を供給して、当該燃料ガスを効率良く燃焼させることができる。
また、第２空気供給領域が、燃料ガス通過孔の燃料ガス噴出方向における燃料ガス通過壁部よりも下流側に設けられており、第１空気供給領域との間に燃料ガス通過壁部が介在することになるので、起動運転時においては、第２空気供給領域に形成される火炎に対して適切に第２空気供給部から燃焼用空気を供給しながら、定常運転時においては、第２空気供給部から第２空気供給領域に供給された空気流による第１空気供給領域に対する影響を、間に介在された燃料ガス通過壁部により抑制することができ、第１空気供給領域への燃焼用空気の供給安定性を確保することができる。
従って、本発明により、燃料電池システム用の燃焼装置において、燃焼速度及び燃焼量が比較的大幅に変化するという条件下においても、共通の燃焼部において、改質部を効率良く加熱するのに適した火炎を形成しながら安定して燃料ガスを燃焼させることができる技術を提供することができる。

本発明の第２特徴構成は、前記燃料ガス噴出孔の開口面積が、前記燃料ガス通過孔の開口面積よりも小さく設定されている点にある。

本構成によれば、燃料ガス噴出孔の開口面積が燃料ガス通過孔の開口面積よりも小さく設定されているので、燃料ガス噴出孔から噴出した燃料ガスを燃料ガス通過壁部に衝突させることなく燃料ガス通過孔に通過させて、安定した火炎を形成することができる。

本発明の第３特徴構成は、前記燃料ガス噴出孔の側方に設けられ、燃焼用空気が供給される燃焼用空気空間と前記燃焼空間とを区画する側壁部を備え、
前記第２空気供給部が、前記側壁部に形成された第２空気供給口で構成されており、当該第２空気供給口が、前記第２空気供給領域に向けて側方から燃焼用空気を噴出させる点にある。

本構成によれば、燃料ガス噴出孔の側方に設けられた側壁部に形成された第２空気供給口から第２空気供給領域に向けて側方から燃焼用空気が噴出される。このことで、定常運転時に第１空気供給領域に形成される比較的小さな火炎に対し、第２空気供給口から第２空気供給領域に向けて側方から噴出された空気流による影響を一層小さくして、定常運転時の燃焼安定性を一層向上することができる。

本発明の第４特徴構成は、前記側壁部が、前記燃料ガス噴出孔の燃料ガス噴出方向に対して先広がりの状態で設けられている点にある。

本構成によれば、燃料ガス噴出孔の側方において、燃料ガス噴出孔の燃料ガス噴出方向に対して先広がりの状態で側壁部が設けられているので、燃焼後の排ガスを側壁部に沿ってできるだけ広範囲に拡散させて、燃焼空間の下流側に位置する改質部をできるだけ均一に加熱することができる。更に、側壁部に形成された第２空気供給口からの燃焼用空気噴出方向は、燃料ガス噴出孔の燃料ガス噴出方向に沿った成分を有するものとなるので、燃料ガス噴出孔上に形成される火炎の安定性を向上することができる。

本発明の第５特徴構成は、前記燃料ガス噴出孔が長手方向に沿って複数配置されて帯状に形成された帯状噴出孔配置部を挟む両側方の夫々に平板状に形成された一対の前記側壁部を対向配置してなる溝状燃焼部を備えた点にある。

本構成によれば、帯状燃焼部において、複数の燃料ガス噴出孔を帯状噴出孔配置部に配置することができる上に、その帯状噴出孔配置部を挟む両側方の夫々に一対の側壁部を対向配置して、それら一対の側壁部の夫々に、第１空気供給部を構成する第１空気供給口や第２空気供給部を構成する第２空気供給口を形成することができる。

本発明の第６特徴構成は、前記溝状燃焼部の複数が並列配置されている点にある。

本構成によれば、複数の燃料ガス噴出孔が長手方向に配置された帯状噴出孔配置部を有する溝状燃焼部の複数が並列配置されているので、複数の燃料ガス噴出孔を広範囲且つ均一に配置することができる。よって、下流側に位置する改質部を一層広範囲且つ均一に加熱することができる。

燃料電池システムの概略構成図 燃料電池システムの概略構成図 燃焼装置の斜視図 燃焼装置の平面図 燃焼装置の図４におけるＡ－Ａ断面図 燃焼装置の起動運転時（ａ）及び定常運転時（ｂ）の状態を説明する図

本発明に係る燃焼装置及び燃料電池システムの実施形態について図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態の燃料電池システム１００，１０１は、天然ガス系都市ガスなどの原燃料ガスＧ０を水蒸気改質して水素を富化させた改質燃料ガスＧ１を生成する改質部２と、当該改質部２で生成された改質燃料ガスＧ１と空気Ａ１（酸化剤ガスの一例）との電気化学反応により発電を行う燃料電池部３と、を備えると共に、燃料ガスＧａ，Ｇｂを改質部２が設けられた燃焼空間６０に臨む燃焼部１２で燃焼させて当該改質部２を加熱する燃焼装置１０を備える。尚、この燃焼空間６０には、燃焼部１２において燃料ガスＧａ，Ｇｂを点火する点火プラグや点火ヒーターなどの点火器１３が設けられている。

例えば、図１に示す燃料電池システム１００では、燃焼装置１０の燃焼部１２から上向きに燃焼排ガスＣを吹き出す燃焼空間６０の上方に改質部２が設けられており、その燃焼装置１０の下側に燃料電池部３が配置されている。
一方、図２に示す燃料電池システム１０１では、燃焼装置１０の燃焼部１２から上向きに燃焼排ガスＣを吹き出す燃焼空間６０と改質部２との間に燃料電池部３が配置されており、燃焼装置１０から燃焼空間６０に吹き出された燃焼排ガスＣを改質部２が配置された空間２Ａに導くための排ガス路６１が設けられている。
そして、これら本実施形態の燃料電池システム１００，１０１では、燃焼装置１０の燃焼部１２から燃焼空間６０に吹き出された高温の燃焼排ガスＣにより改質部２を比較的高温に加熱することができる。更に、改質部２を通過した後の燃焼排ガスＣは、その上側に配置された空気加熱部１に供給される。この空気加熱部１では、燃料電池部３に供給される空気Ａ０を燃焼排ガスＣとの熱交換により予熱することができる。

燃料電池システム１００，１０１では、改質部２が水蒸気改質を行えるほど十分には加熱されていない状態である起動運転時と、改質部２が十分に加熱された状態である定常運転時とでは、燃焼速度や燃焼量が異なる燃料ガスＧａ，Ｇｂが燃焼装置１０に供給される。以下、その詳細について説明を加える。

改質部２が水蒸気改質を行えるほど十分には加熱されていない状態である起動運転時においては、改質部２及び燃料電池部３の燃料極を通過した原燃料ガスＧ０が、起動運転時燃料ガスＧａとして、燃焼装置１０の燃料導入管１５に供給される。同時に、空気加熱部１及び燃料電池部３の空気極を通過した空気Ａ０が、起動運転時燃焼用空気Ａａとして、燃焼装置１０の空気導入管１６に供給される。そして、燃焼装置１０では、燃料導入管１５から供給された起動運転時燃料ガスＧａが、空気導入管１６から供給された起動運転時燃焼用空気Ａａを利用して比較的大きな燃焼量で燃焼されることになる。

一方、改質部２が十分に加熱された状態である定常運転時では、改質部２で生成された改質燃料ガスＧ１が、燃料電池部３の燃料極（図示省略）に供給される。同時に、空気加熱部１で予熱された空気Ａ１が、燃料電池部３の空気極（図示省略）に供給されて、燃料電池部３にて電気化学反応による発電が行われる。その際、燃料電池部３の燃料極からは、改質燃料ガスＧ１や一酸化炭素を多く含むことで上記起動運転時燃料ガスＧａ（原燃料ガスＧ０）よりも燃焼速度が速い燃料オフガスＧ２が排出される。同時に、燃料電池部３の空気極からは、酸素濃度が低下した空気オフガスＡ２が排出される。
即ち、定常運転時では、燃料電池部３の燃料極から排出されて上記起動運転時燃料ガスＧａ（原燃料ガスＧ０）よりも燃焼速度が速い燃料オフガスＧ２が、定常運転時燃料ガスＧｂとして、燃焼装置１０の燃料導入管１５供給される。同時に、燃料電池部３の空気極から排出されて酸素濃度が低下した空気オフガスＡ２が、定常運転時燃焼用空気Ａｂとして、燃焼装置１０の空気導入管１６に供給される。そして、燃焼装置１０では、燃料導入管１５から供給された比較的燃焼速度が速い定常運転時燃料ガスＧｂが、空気導入管１６から供給された定常運転時燃焼用空気Ａｂを利用して比較的小さな燃焼量で燃焼されることになる。

そして、本実施形態の燃料電池システム１００，１０１に設けられた燃焼装置１０は、燃焼速度及び燃焼量が比較的大幅に変化するという条件下においても、共通の燃焼部１２において、改質部２を効率良く加熱するのに適した火炎を形成しながら安定して燃料ガスＧａ，Ｇｂを燃焼させることができるものとして構成されている。

以下、燃焼装置１０の実施形態について、図３～図６に基づいて説明する。
本実施形態の燃焼装置１０は、図３～図６に示すように、燃焼空間６０に臨む燃焼部１２に対して燃料ガスＧを噴出させる燃料ガス噴出孔４１と、燃料ガス噴出孔４１から噴出される燃料ガスＧに対して燃焼用空気Ａを供給する空気供給部４９，５４と、を備えている。

燃焼装置１０は箱状の筐体１１の上面開口部を燃焼面部材５０で覆う形態を有しており、燃料導入管１５及び空気導入管１６から筐体１１の内部に導入された燃料ガスＧ及び燃焼用空気Ａを、燃焼面部材５０に設けられた燃料ガス噴出孔４１や空気供給部４９，５４から燃焼部１２に吹き出して燃焼させるものとして構成されている。

燃焼部１２は、夫々が溝状に形成された２つの溝状燃焼部１２Ａを並列配置して構成されている。夫々の溝状燃焼部１２Ａの中央底部には、水平方向に延びる帯状に形成された帯状噴出孔配置部４０ａが配置されており、その帯状噴出孔配置部４０ａには、複数の燃料ガス噴出孔４１が帯状噴出孔配置部４０ａの長手方向に沿って列状に配置されている。即ち、複数の燃料ガス噴出孔４１が長手方向に配置された帯状噴出孔配置部４０ａを有する溝状燃焼部１２Ａの複数が並列配置されているので、複数の燃料ガス噴出孔４１が広範囲且つ均一に配置されることになる。よって、燃焼排ガスＣの流れに沿って燃焼空間６０の下流側に位置する改質部２（図１及び図２を参照）を一層広範囲且つ均一に加熱することができる。

図５及び図６に示すように、溝状燃焼部１２Ａの中央部には管状の燃料ガス噴出管部４０が設けられており、その燃焼空間６０側の面が帯状噴出孔配置部４０ａとされている。燃料ガス噴出管部４０の内部には、他の空間とは区画された状態で燃料ガス空間４５が形成されており、燃料導入管１５（図３及び図４参照）に供給された燃料ガスＧａ，Ｇｂが、燃料ガス空間４５に導入される。
そして、図６に示すように、燃料ガス空間４５に導入された燃料ガスＧａ，Ｇｂが、燃料ガス噴出管部４０の帯状噴出孔配置部４０ａに形成された燃料ガス噴出孔４１から燃焼空間６０に向かう上向きの燃料ガス噴出方向ＧＤに沿って噴出される。
尚、夫々の帯状噴出孔配置部４０ａには、両側方からの燃焼用空気Ａａ，Ａｂの供給を良好に受けながらできるだけ均等に燃料ガスＧａ，Ｇｂを噴出させるために、燃料ガス噴出孔４１が一列で配置されているが、燃料ガス噴出孔４１の列数については適宜変更可能である。

噴出孔配置部４０ａと平行に延びる帯状に形成された帯状燃料ガス通過壁部４７ａが、燃料ガス噴出孔４１が設けられた噴出孔配置部４０ａとの間に隙間４９を介在させた状態で配置されている。更に、この帯状燃料ガス通過壁部４７ａには、燃料ガス噴出孔４１から噴出された燃料ガスＧａ，Ｇｂが通過する複数の燃料ガス通過孔４８が、燃料ガス噴出孔４１と同様に列状に配置されている。
更に、燃料ガス噴出孔４１の口径（開口面積）が、燃料ガス通過孔４８の口径（開口面積）よりも小さく設定されているので、燃料ガス噴出孔４１から噴出した燃料ガスＧａ，Ｇｂの略全部が、帯状燃料ガス通過壁部４７ａに衝突することなく燃料ガス通過孔４８を通過することになって、安定した火炎が形成される。

尚、本実施形態では、帯状噴出孔配置部４０ａ及び帯状燃料ガス通過壁部４７ａにおいて、複数の燃料ガス噴出孔４１及び燃料ガス通過孔４８を一列で配置したが、例えば、これら複数の燃料ガス噴出孔４１及び燃料ガス通過孔４８を、できるだけ多く配置するべく千鳥配列状等に配置しても構わない。

帯状噴出孔配置部４０ａ及び帯状燃料ガス通過壁部４７ａを挟む両側方の夫々には、平板状に形成された一対の側壁部５０ａが対向配置されており、図５及び図６に示すように、これら一対の側壁部５０ａは、燃料ガス噴出孔４１からの燃料ガス噴出方向ＧＤに対して先広がりの状態で設けられている。即ち、燃焼面部材５０は、金属板を折り曲げて製作されており、当該金属板をＶ字状に折り曲げる形態で一対の側壁部５０ａが形成されており、その谷部を上方に突出するように折り曲げる形態で先端が帯状燃料ガス通過壁部４７ａとなる燃料ガス通過部４７が形成されている。

図３～図６に示すように、帯状噴出孔配置部４０ａを挟む両側方の夫々に配置された側壁部５０ａ及び燃料ガス通過部４７は、筐体１１と燃焼面部材５０とで規定された燃焼用空気空間５１と燃焼空間６０とを区画するものとして配置されている。
そして、燃料ガス噴出管部４０と燃料ガス通過部４７との間には、燃料ガス噴出孔４１から噴出される燃料ガスＧａ，Ｇｂに対して燃焼用空気Ａａ，Ａｂを供給する第１空気供給部として、燃焼用空気空間５１から燃焼用空気Ａａ，Ａｂが流入する隙間４９が形成されている。
更に、側壁部５０ａには、燃料ガス噴出孔４１から噴出される燃料ガスＧａ，Ｇｂに対して燃焼用空気Ａａ，Ａｂを供給する第２空気供給部として、燃焼用空気空間３１から燃焼空間６０に燃焼用空気Ａａ，Ａｂを噴出させる複数の空気供給口５４が、溝状燃焼部１２Ａの長手方向に沿って列状に形成されている。
また、図５に示すように、筐体１１内において、燃焼用空気空間５１とその下方にある下方空間１７とが、整流板１８により区画されており、その整流板１８には、複数の連通口１９が形成されており、空気導入管１６に供給された燃焼用空気Ａａ，Ａｂが、下方空間１７及び連通口１９を通流して整流された上で、燃焼用空気空間５１に導入される。

即ち、図６に示すように、燃焼用空気空間５１に導入された燃焼用空気Ａａ，Ａｂが、燃料ガス噴出管部４０と燃料ガス通過部４７との間の隙間４９に側方から供給されると共に、側壁部５０ａに形成された夫々の空気供給口５４から燃料ガス噴出方向ＧＤに対して側方から噴出される。そして、その燃焼用空気Ａａ，Ａｂが、燃料ガス噴出孔４１からの燃料ガス噴出方向ＧＤにおける上記隙間４９に相当する第１空気供給領域Ｒ１及び燃料ガス通過孔４８よりも下流側の第２空気供給領域Ｒ２に対して側方から供給されて、燃料ガスＧａ，Ｇｂの燃焼に利用されることになる。ここで、側壁部５０ａが、燃料ガス噴出孔４１からの燃料ガス噴出方向ＧＤに対して先広がりの状態で設けられているので、燃焼後の燃焼排ガスが側壁部５０ａに沿ってできるだけ広範囲に拡散して、燃焼排ガスＣの流れに沿って燃焼空間６０の下流側に位置する改質部２（図１及び図２を参照）ができるだけ均一に加熱される。更に、側壁部５０ａに形成された夫々の空気供給口５４からの燃焼用空気Ａａ，Ａｂの噴出方向は、燃料ガス噴出孔４１からの燃料ガス噴出方向ＧＤに沿った成分を有するものとなるので、燃料ガス噴出孔４１上に形成される火炎Ｆａ，Ｆｂの安定性が向上される。

第１空気供給部としての隙間４９は、図６に示すように、燃料ガス噴出孔４１からの燃料ガス噴出方向ＧＤにおける燃料ガス通過孔４８までの第１空気供給領域Ｒ１に対して、第２空気供給領域Ｒ２を通らずに燃焼用空気Ａａ，Ａｂを供給するものとして、燃料ガス噴出管部４０と燃料ガス通過部４７との間に設けられている。尚、この第１空気供給領域Ｒ１は、燃料ガス噴出孔４１から噴出された燃料ガスＧａ，Ｇｂが燃焼して形成される火炎Ｆａ，Ｆｂの形成領域の基端側の領域とされている。
即ち、第１空気供給領域Ｒ１が、燃料ガス噴出孔４１が設けられた噴出孔配置部４０ａと燃料ガス噴出孔４１から噴出された燃料ガスＧａ，Ｇｂが通過する燃料ガス通過孔４８が形成された帯状燃料ガス通過壁部４７ａとの間に介在する隙間４９とされているので、燃料ガス噴出孔４１から噴出される燃料ガスＧａ，Ｇｂに対して噴出直後に燃焼用空気Ａａ，Ａｂが供給されて、当該燃料ガスＧａ，Ｇｂが効率良く燃焼される。

一方、第２空気供給部としての空気供給口５４は、図６に示すように、燃料ガス通過孔４８が形成された帯状燃料ガス通過壁部４７ａよりも上方（燃料ガス噴出孔４１からの燃料ガス噴出方向ＧＤにおける帯状燃料ガス通過壁部４７ａよりも下流側）の第２空気供給領域Ｒ２に対して、第１空気供給領域Ｒ１を通らずに燃焼用空気Ａａ，Ａｂを供給するものとして、側壁部５０ａに配置されている。尚、この第２空気供給領域Ｒ２は、詳細については後述するが、起動運転時に形成される比較的大きな火炎Ｆａの形成領域の先端側の領域であって、定常運転時に形成される比較的小さな火炎Ｆｂの形成領域には略含まれていない領域とされている。

上記のような構成を採用することにより、起動運転時及び定常運転時の夫々において、改質部２を効率良く加熱するのに適した火炎Ｆａ，Ｆｂを形成しながら安定して燃料ガスＧａ，Ｇｂを燃焼させることができる。
即ち、図６（ａ）に示すように、改質部２が水蒸気改質を行えるほど十分には加熱されていない状態である起動運転時においては、上述のように、原燃料ガスＧ０を比較的多く含む起動運転時燃料ガスＧａが燃料ガス噴出孔４１から燃料ガス通過孔４８を通過して燃焼空間６０に噴出されて、比較的小さな燃焼速度且つ比較的大きな燃焼量で燃焼する。すると、この起動運転時に燃料ガス通過孔４８上に形成される火炎Ｆａは、燃料ガス通過孔４８からその上方の第２空気供給領域Ｒ２に亘る比較的大きなものとなる。そして、この起動運転時の比較的大きな火炎Ｆａに対しては、隙間４９及び空気供給口５４の両方から、比較的多くの起動運転時燃焼用空気Ａａが全体的に供給されるので、起動運転時に供給された起動運転時燃料ガスＧａが安定且つ適切に燃焼されることになる。
特に、第２空気供給領域Ｒ２が、帯状燃料ガス通過壁部４７ａよりも上方に設けられており、第１空気供給領域Ｒ１との間に帯状燃料ガス通過壁部４７ａが介在することになるので、起動運転時においては、第２空気供給領域Ｒ２に形成される火炎Ｆａに対して適切に空気供給口５４から起動運転時燃焼用空気Ａａが供給されることになる。

一方、図６（ｂ）に示すように、改質部２が十分に加熱された状態である定常運転時においては、上述のように、改質燃料ガスＧ１を比較的多く含む定常運転時燃料ガスＧｂが燃料ガス噴出孔４１から燃料ガス通過孔４８を通過して燃焼空間６０に噴出されて、比較的大きな燃焼速度且つ比較的小さな燃焼量で燃焼する。よって、この定常運転時に燃料ガス通過孔４８上に形成される火炎Ｆｂは、上方の第２空気供給領域Ｒ２には形成されない比較的小さなものとなる。そして、この定常運転時の比較的小さな火炎Ｆｂに対しては、隙間４９から比較的少ない定常運転時燃焼用空気Ａｂが集中的に供給されると共に、空気供給口５４から第２空気供給領域Ｒ２に供給された定常運転時燃焼用空気Ａｂの流れＡＦ２による影響が小さくなるので、定常運転時に供給された定常運転時燃料ガスＧｂが安定且つ適切に燃焼されることになる。
特に、定常運転時においては、空気供給口５４から第２空気供給領域Ｒ２に供給された空気Ａの流れＡＦ２による第１空気供給領域Ｒ１に対する影響が、間に介在された帯状燃料ガス通過壁部４７ａにより抑制されているので、第１空気供給領域Ｒ１への定常運転時燃焼用空気Ａｂの供給安定性が確保されている。

〔別実施形態〕
本発明の他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用することに限らず、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記実施形態では、燃料ガス噴出孔４１が長手方向に沿って複数配置されて帯状に形成された帯状噴出孔配置部４０ａを挟む両側方の夫々に平板状に形成された一対の側壁部５０ａを対向配置し、それら一対の側壁部５０ａの夫々に空気供給部としての空気供給口５４を配置したが、側壁部の構成やその側壁部における空気供給口の配置状態等については適宜変更可能である。

（２）上記実施形態では、２つの溝状燃焼部１２Ａを並列配置して、燃焼装置１０の燃焼部１２を構成したが、溝状燃焼部１２Ａの配置数や配置状態等については適宜変更可能である。また、溝状燃焼部１２Ａとするのではなく、平面状の燃焼部としても構わない。

２ 改質部
３ 燃料電池部
１０ 燃焼装置
１２ 燃焼部
１２Ａ 溝状燃焼部
４０ 燃料ガス噴出管部
４０ａ 帯状噴出孔配置部（噴出孔配置部）
４０ａ 噴出孔配置部
４１ 燃料ガス噴出孔
４７ 燃料ガス通過部
４７ａ 帯状燃料ガス通過壁部（燃料ガス通過壁部）
４８ 燃料ガス通過孔
４９ 隙間（第１空気供給部）
５０ａ 側壁部
５１ 燃焼用空気空間
５４ 空気供給口（第２空気供給部）
６０ 燃焼空間
１００，１０１ 燃料電池システム
Ａ，Ａａ，Ａｂ 燃焼用空気
Ｆａ，Ｆｂ 火炎
Ｇ，Ｇａ，Ｇｂ 燃料ガス
Ｇ０ 原燃料ガス
Ｇ１ 改質燃料ガス
Ｇ２ 燃料オフガス
ＧＤ 燃料ガス噴出方向
Ｒ１ 第１空気供給領域
Ｒ２ 第２空気供給領域

Claims (7)

1. 原燃料ガスを水蒸気改質して改質燃料ガスを生成する改質部と、当該改質部で生成された改質燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池部と、を備えた燃料電池システムに設けられ、
   燃焼空間に燃料ガスを噴出させる燃料ガス噴出孔と、前記燃料ガス噴出孔から噴出される燃料ガスに対して燃焼用空気を供給する空気供給部と、を備えて、定常運転時に前記燃料電池部から排出された燃料オフガスが前記燃料ガスとして供給されると共に当該燃料ガスを前記燃焼空間で燃焼させて前記改質部を加熱する燃焼装置であって、
   前記空気供給部として、前記燃料ガス噴出孔の燃料ガス噴出方向における上流側の第１空気供給領域に対して燃焼用空気を供給する第１空気供給部と、前記燃料ガス噴出孔の燃料ガス噴出方向における前記第１空気供給領域よりも下流側の第２空気供給領域に対して燃焼用空気を供給する第２空気供給部と、を備え、
   前記燃料ガス噴出孔が設けられた噴出孔配置部との間に隙間を介在させた状態で配置されており、前記燃料ガス噴出孔から噴出された燃料ガスが通過する燃料ガス通過孔が形成された燃料ガス通過壁部を備え、
   前記第１空気供給領域が、前記噴出孔配置部と前記燃料ガス通過壁部との間に介在された隙間であり、
   前記第２空気供給領域が、前記燃料ガス通過孔の燃料ガス噴出方向における前記燃料ガス通過壁部よりも下流側に設けられている燃焼装置。
2. 前記燃料ガス噴出孔の開口面積が、前記燃料ガス通過孔の開口面積よりも小さく設定されている請求項１に記載の燃焼装置。
3. 前記燃料ガス噴出孔の側方に設けられ、燃焼用空気が供給される燃焼用空気空間と前記燃焼空間とを区画する側壁部を備え、
   前記第２空気供給部が、前記側壁部に形成された第２空気供給口で構成されており、当該第２空気供給口が、前記第２空気供給領域に向けて側方から燃焼用空気を噴出させる請求項１又は２に記載の燃焼装置。
4. 前記側壁部が、前記燃料ガス噴出孔の燃料ガス噴出方向に対して先広がりの状態で設けられている請求項３記載の燃焼装置。
5. 前記燃料ガス噴出孔が長手方向に沿って複数配置されて帯状に形成された帯状噴出孔配置部を挟む両側方の夫々に平板状に形成された一対の前記側壁部を対向配置してなる溝状燃焼部を備えた請求項３又は４に記載の燃焼装置。
6. 前記溝状燃焼部の複数が並列配置されている請求項５に記載の燃焼装置。
7. 原燃料ガスを水蒸気改質して改質燃料ガスを生成する改質部と、当該改質部で生成された改質燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池部と、を備えた燃料電池システムであって、
   燃焼空間に燃料ガスを噴出させる燃料ガス噴出孔と、前記燃料ガス噴出孔から噴出される燃料ガスに対して燃焼用空気を供給する空気供給部と、を備えて、定常運転時に前記燃料電池部から排出された燃料オフガスが前記燃料ガスとして供給されると共に当該燃料ガスを前記燃焼空間で燃焼させて前記改質部を加熱する燃焼装置として、請求項１～６の何れか１項に記載の燃焼装置を備えた燃料電池システム。

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