燃烧器及燃料电池系统

摘要

本发明提供一种燃料电池用燃烧器，该燃烧器不仅结构简单且易于小型化，而且能够有效地避免燃烧的不稳定化及由此导致的失火。为了实现本发明，在供含氧气体流通的通气通道(21a)内配置局部遮蔽部件(22)。通过局部遮蔽部件(22)部分遮蔽通气通道(21a)，从而使在该通气通道(21a)内流通的含氧气体的一部分流入到内侧的一次燃烧区(28)，使剩余含氧气体通向气体流通方向下游侧的二次燃烧区(29)，并且将多孔陶瓷体(24)保持在二次燃烧区(29)内。多孔陶瓷体(24)为耐热性及通气性优异的陶瓷发泡体，在中心部具有内流道(24a)，在外周侧形成有外流道(24b)。

权利要求

1.一种燃烧器，其中，具备：

通气通道，供含氧气体流通；

限制部件，被配置在所述通气通道内并部分遮蔽通气通道，从而使在该通气通道内流通的含氧气体的一部分流入到所述限制部件的内侧，使剩余含氧气体引导到所述限制部件的周围并通向气体流通方向下游侧；

一次燃烧区，被形成在所述限制部件的内侧，并通过流入到该限制部件的内侧的一部分含氧气体，使从外部向所述限制部件的内侧供给的燃烧燃料燃烧；和二次燃烧区，位于一次燃烧区的气体流通方向下游侧并在所述通气通道内配置有具有耐热性和通气性的多孔陶瓷体，在所述多孔陶瓷体的中心部附近设置有由贯通孔形成的内流道，所述内流道使产生在所述一次燃烧区中的燃烧排气从气体流通方向上游侧向下游侧流通，在所述多孔陶瓷体的周围设置有外流道，所述外流道使引导到所述限制部件的周围并未流入到所述一次燃烧区中的含氧气体从气体流通方向上游侧向下游侧流通，配置在所述二次燃烧区的多孔陶瓷体与气体流通方向上游侧的一次燃烧区相接的同时，与所述多孔陶瓷体的周围的外流道相接，并且通过使在该外流道中流通的含氧气体从所述多孔陶瓷体的周围流入，从而该含氧气体在该多孔陶瓷体内从外周部向内周部扩散移动。

2.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，

二次燃烧区内的外流道为形成在所述多孔陶瓷体的外周面与所述通气通道的内周面之间的间隙。

3.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，

限制部件为锥状部件，所述锥状部件从气体流通方向上游侧至下游侧逐渐扩径，并在中心部的周围设置有导入含氧气体的气体导入口，在中心部连接有导入燃烧燃料的燃料导入管。

4.根据权利要求2所述的燃烧器，其中，

限制部件为锥状部件，所述锥状部件从气体流通方向上游侧至下游侧逐渐扩径，并在中心部的周围设置有导入含氧气体的气体导入口，在中心部连接有导入燃烧燃料的燃料导入管。

5.根据权利要求3所述的燃烧器，其中，

锥状部件兼做将气体流通方向下游侧的多孔陶瓷体向扩径侧支撑的支撑部件。

6.根据权利要求4所述的燃烧器，其中，

锥状部件兼做将气体流通方向下游侧的多孔陶瓷体向扩径侧支撑的支撑部件。

7.根据权利要求3至6中的任一项所述的燃烧器，其中，锥状部件在所述通气通道内与该通气通道的内周面之间隔开间隙配置，在所述锥状部件与所述通气通道的内周面之间形成未流入到所述一次燃烧区中的含氧气体的流道。

8.根据权利要求7所述的燃烧器，其中，

锥状部件兼做将在所述通气通道内流通的含氧气体引导到二次燃烧区内的外流道中的引导部件。

9.一种燃料电池系统，具备：

电池组件，由多个发电要素的集合体组成，设置于各发电要素的一对电极中的一个电极接收富氢发电用燃料，另一个电极接收氧化剂气体，从而进行发电；和权利要求1～8中的任一项所述的燃烧器，用于生成在所述电池组件的加热中所使用的燃烧排气，其中，所述燃烧器将从所述电池组件内的各发电要素的一个电极排出的废气用作所述燃烧燃料。

10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃烧器将从所述电池组件内的各发电要素的另一个电极排出的废气用作所述含氧气体。

11.根据权利要求9或10所述的燃料电池系统，其中，具备具有改性部的水蒸气改性器，在所述改性部中，经过加热水而得到的水蒸气与原燃料一同被供给并加热而生成所述发电用燃料，在原燃料和水蒸气的加热中，所述水蒸气改性器使用从所述燃烧器的二次燃烧区排出的燃烧排气。

说明书

燃烧器及燃料电池系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种适于家用燃料电池的结构简单且易于小型化的燃烧器及将该燃烧器用于加热源的燃烧电池系统。

背景技术

[0002] 一般而言，燃料电池系统除作为其主体的电池组件之外，还具备用于生成供给到电池组件中的富氢发电用燃料的改性器、以及用于加热电池组件和改性器的燃烧器等。电池组件为发电要素的集合体，通过向各发电要素的燃料极(阳极)侧供给发电用燃料，并向空气极(阴极)侧供给氧化剂气体，从而进行发电。改性器通过使作为发电用燃料的原燃料例如城市煤气在高温催化剂中与水蒸气进行反应，从而将该城市煤气改性为富氢发电用燃料。

[0003] 另外，燃烧器将从各发电要素的燃料极(阳极)侧排出的未反应的发电用燃料作为燃烧燃料，通过在使该燃烧燃料与从空气极(阴极)侧排出的未反应的氧化剂气体混合并燃烧时生成的燃烧排气，直接或间接加热电池组件和改性器。此外，在本说明书中，不论电池组件的运转中及运转前后，将从该电池组件排出的气体统称为废气，将从各发电要素的燃料极(阳极)侧排出的气体特称为阳极废气，将从各发电要素的空气极(阴极)侧排出的气体特称为阴极废气。

[0004] 但是，在家用燃料电池市场中，要求小型且价格低的燃料电池系统。因此，作为燃料电池系统的结构，要求结构设备的件数少且零件件数少的结构简单的燃料电池系统，从该观点来看，对于作为燃料电池的辅助设备的所述燃烧器，也要求结构简单且易于小型化的燃烧器。

[0005] 但是，在如用于家用燃料电池系统的小型燃烧器中，存在伴随小型化带来的燃烧容积的缩小等而燃烧不稳定化这一本质问题。另外，为了使结构简单化，经常使用如下的简易启动法，但也会增加由此导致的燃烧不稳定化的问题，其中，该简易启动法在启动时不使用燃烧器专用的燃料，而是在启动时也与发电运转中相同地，将从电池组件排出的废气用作燃烧用原料气体。

[0006] 即，对简易启动法进行说明，在点燃前后的启动初期，被送到改性器中的城市煤气等原燃料直接通过改性器，并且通过电池组件的燃料极(阳极)侧后被送到燃烧器中。此时的阳极废气为原燃料。通过点燃从燃烧器开始排出燃烧排气，并该燃烧排气被送到改性器中，从而当改性器的温度开始上升时，改性器中的改性反应开始，在改性开始后，经改性的富氢发电用燃料经由电池组件的燃料极(阳极)侧被送到燃烧器中。此时的阳极废气为发电用燃料。在发电开始后，未反应的发电用燃料从电池组件的燃料极(阳极)侧排出并被送到燃烧器中。此时的阳极废气为未反应的发电用燃料。

[0007] 另一方面，在启动时，从电池组件的空气极(阴极)侧直接排出氧化剂气体(空气)并送到燃烧器中。此时的阴极废气为氧化剂气体(空气)。在发电开始后，排出未反应的氧化剂气体(空气)并送到燃烧器中。此时的阴极废气为未反应的氧化剂气体(空气)。

[0008] 对不仅在发电运转中而且在启动时，也将从电池组件排出的废气用作燃烧器的燃烧用原料气体的简易启动法来说，由于在该启动时燃烧用原料气体特别是燃烧燃料的流量变动较大，因此存在燃烧器中的燃烧不稳定且易于发生失火这一本质问题。此外，为了削减燃料成本，虽然在燃烧器的点燃升温之后，被称为缩小燃料流量的热机备用的待机模式持续至发电运转开始，但在该期间，燃烧器中的燃烧为混合气的空气比高的高空气比的稀薄燃烧。虽然燃烧流量变动较大也会引起燃烧不稳定化而易于发生失火，但在稀薄燃烧中，燃烧进一步不稳定，因此更易于发生失火。在待机模式中，为了防备不知何时开始的发电，失火是必须避免的重要问题。

[0009] 针对燃烧器的小型化带来的燃烧容积的缩小所伴随的不稳定燃烧的问题，专利文件1中提出了将催化剂陶瓷配置在燃烧部的燃料电池用燃烧器。根据该燃烧器，通过加热至催化剂活性温度以上的催化剂陶瓷使燃料与空气的混合气产生氧化反应，从而使混合气的燃烧稳定。由此，即使不附设燃烧器电路，也能够实现燃烧的稳定化，能够实现燃烧器的小型化。但是，即使是该燃烧器，在混合气的空气比高的稀薄燃烧中也难以进行稳定的燃烧。

[0010] 由此，在家用燃烧电池的领域中，期望开发出一种结构简单且失火危险性小，在稀薄燃烧中也能够实现稳定的燃烧的燃烧器。

[0011] 专利文件1：日本特开2007-322019号公报

发明内容

[0012] 本发明的目的在于提供一种燃烧器及燃料电池系统，该燃烧器不仅结构简单且易于小型化，而且能够有效地避免燃烧的不稳定化及由此导致的失火，该燃料电池系统将该燃烧器用于加热源，并且易于小型化且能够实现可靠运转。

[0013] 为了达到上述目的，本发明的燃烧器具备：通气通道，供含氧气体流通；局部遮蔽部件(即，限制部件，以下相同)，被配置在所述通气通道内并部分遮蔽通气通道(即，限制，以下相同)，从而使在通气通道内流通的含氧气体的一部分流入到所述限制部件的内侧，使剩余含氧气体通向气体流通方向下游侧；一次燃烧区，被形成在局部遮蔽部件的内侧，并通过流入到该局部遮蔽部件的内侧的一部分含氧气体，使从外部供给的燃烧燃料燃烧；和二次燃烧区，位于一次燃烧区的气体流通方向下游侧并在所述通气通道内配置有具有耐热性和通气性的多孔陶瓷体，在所述多孔陶瓷体的中心部附近设置有内流道，所述内流道使产生在所述一次燃烧区中的燃烧排气从气体流通方向上游侧向下游侧流通，在所述多孔陶瓷体的外周部附近设置有外流道，所述外流道使未流入到所述一次燃烧区中的含氧气体从气体流通方向上游侧向下游侧流通。

[0014] 对本发明的燃料电池用燃烧器来说，通过首先向在通气通道内被界定形成为两段的一次燃烧区和二次燃烧区中的、一次燃烧区内供给燃烧燃料和在通气通道内流通的含氧气体的一部分，从而在一次燃烧区内开始进行燃烧。由于该燃烧为限制含氧气体的燃烧，因此成为富燃料的稳定燃烧。

[0015] 伴随一次燃烧区中的燃烧而生成的高温燃烧排气以被配置在下游侧的二次燃烧区内的多孔陶瓷体的、特别是通气阻力小的中心部附近的内流道为中心流通，并通过主要对多孔陶瓷体的从上游侧端面至内流道内表面的部分进行加热而使其赤热。该赤热对上游侧的一次燃烧区发挥稳焰效果。因此，一次燃烧区中的燃烧更稳定。由此，减轻一次燃烧区中的失火的危险性，其结果，即使在二次燃烧区中燃烧也稳定，从而减轻失火的危险性。

[0016] 在二次燃烧区中，燃烧排气以多孔陶瓷体的内流道为中心流通，并且剩余含氧气体以多孔陶瓷体的外周部附近的外流道为中心流通。在外流道内流通的含氧气体在多孔陶瓷体内从外向内扩散移动。由此，强化二次燃烧区中的燃烧。

[0017] 如此，在本发明的燃烧器中，通过组合将富燃料区域配置在前段的一次燃烧区中的两段燃烧和配置在后段的二次燃烧区中的多孔陶瓷体的稳焰效果，从而即使在导入到该燃烧器中的混合气的空气比即含氧气体对燃烧燃料的混合比为高空气比，并且二次燃烧区中的燃烧为稀薄燃烧的情况下，也能够在一次燃烧区和二次燃烧区这两燃烧区实现稳定的燃烧，从而减轻失火的危险性。其结果，通过稳定且无失火的稀薄燃烧，能够以少量燃烧燃料生成大量的燃烧排气。

[0018] 另外，通过含氧气体有效地冷却通气通道内表面，防止通气通道内表面的过热。另外，由于在通气通道内界定一次燃烧区的局部遮蔽部件兼做使含氧气体的一部分流入到一次燃烧区中的分流部件，因此结构简单。

[0019] 在本发明的燃烧器中，二次燃烧区内的多孔陶瓷体的耐热性和通气性这两性能优异很重要，从该观点来看，优选如由福士科(FOSECO)制造的铸铁用及非铁用泡沫陶瓷过滤器“SEDEX”等孔径尺寸大的海绵骨状的多孔陶瓷体，从制造方法来看，也优选如所述“SEDEX”等陶瓷发泡体。作为孔径尺寸，以孔径密度表示优选为5～50ppi，更优选为10～30ppi。如果孔径尺寸过小，则通气性变差。相反，如果孔径尺寸过大，则还具有赤热的稳焰效果下降且机械强度也下降的危险性。从确保耐热性和机械强度的观点来看，作为陶瓷的种类，优选氧化锆、碳化硅、堇青石、钛酸铝等。

[0020] 关于该多孔陶瓷体，优选与气体流通方向上游侧的一次燃烧区相接并被配置在所述通气通道内的结构。根据该结构，二次燃烧区内的多孔陶瓷体强烈且稳定地赤热，由此带来的稳焰效果增强，从而使燃烧进一步稳定，并且进一步有效地减轻失火的危险性。

[0021] 关于二次燃烧区内的内流道，优选为形成在多孔陶瓷体的中心部附近的贯通孔。由此，产生在一次燃烧区中的燃烧排气在二次燃烧区内的内流道中顺利地流通，增强二次燃烧区内的多孔陶瓷体的赤热以及由此带来的稳焰效果。

[0022] 关于二次燃烧区内的外流道，优选为形成在多孔陶瓷体的外周面与所述通气通道的内周面之间的间隙。由此，含氧气体在二次燃烧区内的外流道中沿通气通道内表面顺利地流通，提高对通气通道内表面进行冷却的效果。

[0023] 另一方面，关于在通气通道内界定一次燃烧区的局部遮蔽部件，优选为如下的锥状部件：该锥状部件从气体流通方向上游侧至下游侧逐渐扩径，并在中心部的周围设置有导入含氧气体的气体导入口，在中心部连接有导入燃烧燃料的燃料导入管。当使用这种锥状部件时，含氧气体的一部分从中心部周围的气体导入口流入到锥状部件的内侧，并且燃烧燃料从中心部的燃料导入管流入，在该锥状部件的内侧形成两者的滞留，从而形成适于稳定燃烧的混合气环境。

[0024] 锥状部件还能够兼做将气体流通方向下游侧的多孔陶瓷体向扩径侧支撑的支撑部件。通过锥状部件兼做多孔陶瓷体的支撑部件，能够将多孔陶瓷体稳定地保持在与一次燃烧区相接的位置上，而且能够减少零件件数。

[0025] 另外，锥状部件优选为在所述通气通道内与该通气通道的内周面之间隔开间隙配置的结构。根据该结构，锥状部件能够兼做将在通气通道内流通的含氧气体引导到二次燃烧区内的外流道中的引导部件，从而能提高通气通道内表面的冷却效果。

[0026] 另外，本发明的燃料电池系统将本发明的燃烧器用作加热源，具体而言，一种燃料电池系统，具备：电池组件，由多个发电要素的集合体组成，设置于各发电要素的一对电极中的一个电极接收富氢发电用燃料，另一个电极接收氧化剂气体，从而进行发电；和本发明的燃烧器，用于生成在所述电池组件的加热中所使用的燃烧排气，其中，所述燃烧器将从所述电池组件内的各发电要素的一个电极排出的废气用作燃烧燃料。

[0027] 在本发明的燃料电池系统中，使用本发明的燃烧器以作为改性器的加热源或者电池组件和改性器的加热源。具体而言，供给到电池组件内的另一个电极中的氧化剂气体通过与从燃烧器排出的高温燃烧排气进行热交换而事先被加热，从而从内部加热电池组件。另外，通过从燃烧器发出的辐射热，从外部加热电池组件。改性器的加热能够通过与从燃烧器排出的高温燃烧排气的热交换来实现。

[0028] 作为在燃烧器中的燃烧中所使用的燃烧燃料，使用从电池组件内的各发电要素的一个电极排出的废气。优选地，作为在燃烧燃料的燃烧中所使用的含氧气体，使用从电池组件内的各发电要素的另一个电极排出的废气。

[0029] 本发明的燃烧器通过组合将富燃料区域配置在前段的一次燃烧区中的两段燃烧和配置在后段的二次燃烧区中的多孔陶瓷体的稳焰效果，从而即使二次燃烧区为稀薄燃烧也能够实现稳定的燃烧，减轻失火的危险性。因此，即使在简易启动时，也能够实现稳定的燃烧和由此带来的燃料电池可靠的启动，从而实现由采用简易启动带来的经济性的提高，其中，该简易启动为不仅在发电运转中而且在启动时，将从电池组件排出的废气用作燃烧器的燃烧用原料气体的启动。另外，由于通过含氧气体冷却通气通道内表面，防止通气通道内表面的过热，因此不需要通气通道内表面的过热对策，并且由于在通气通道内界定一次燃烧区的局部遮蔽部件兼做使含氧气体的一部分流入到一次燃烧区的分流部件，因此结构简单。

[0030] 由于本发明的燃料电池系统将结构简单且经济性优异，而且能够稳定燃烧的燃烧器用作加热源，从而小型且经济性优异，而且运转动作的可靠性优异，因此特别适于例如家用小型燃料电池等。

附图说明

[0031] 图1是表示本发明的一实施方式的燃料电池系统及用于该系统的燃烧器的结构示意图。

具体实施方式

[0032] 下面，根据附图对本发明的实施方式进行说明。本实施方式的燃烧器用于燃料电池系统中的各种加热。如图1所示，燃料电池系统具备：电池组件10，用于形成该燃料电池系统的主体；和燃烧器20，通过使来自电池组件10的排出气体燃烧来进行各种加热。在此，燃烧器20的加热对象为水蒸气改性器30和氧化性气体预热器40。

[0033] 电池组件10通过组合多个被称为单电池、单电池单元等的发电要素而组成。作为燃料电池的最小结构单位的发电要素具有燃料极(阳极)和空气极(阴极)这一对电极，一对电极中的空气极(阳极)侧接收发电用燃料，空气极(阴极)侧接收作为氧化剂气体的空气，从而进行发电。

[0034] 作为发电用燃料的原燃料的城市煤气被送到水蒸气改性器30中，并在该水蒸气改性器30中与水蒸气混合并被加热而改性为富氢发电用燃料。由水蒸气改性器30生成的发电用燃料被供给到电池组件10内的多个发电要素的燃料极(阳极)侧。作为氧化剂气体的空气被供给到由换热器组成的氧化剂气体预热器40中，并在该氧化剂气体预热器40中事先被加热后被供给到电池组件10内的多个发电要素的空气极(阴极)侧。如前所述，水蒸气改性器30和氧化剂气体预热器40的加热源为所述燃烧器20。

[0035] 如图1详细所示，所述燃烧器20具备：铅直的圆管21；圆形的局部遮蔽部件22，在圆管21内以同心圆状配置；铅直的燃料供给管23，从下方以同心圆状被连接于局部遮蔽部件22的中心部；和扁平圆柱状的多孔陶瓷体24，位于局部遮蔽部件22的上方并被配置在圆管
21内。

[0036] 在圆管21的内部形成有用于使导入到下端部内的作为含氧气体的空气从下到上流通的铅直的通气通道21a。圆管21的上端作为燃烧排气排出口21d而开放。另一方面，圆管21的下端被闭塞，在该圆管21的下端附近，从侧方连接有水平的空气供给管25，并且从侧方插入有由水平棒状的火花塞组成的点火装置27。点火装置27从圆管21外贯通圆管21并被插入到燃料供给管23内，从而使前端的点燃部面对燃烧供给管23的上端部内。

[0037] 在局部遮蔽部件22的下端中心部具有与燃料供给管23内连通的燃料供给口22b。该局部遮蔽部件22为随着从所述燃料供给口22b朝向上方而外径逐渐扩大的锥状部件，在所述通气通道21a的内部使大径侧朝上，并且在该局部遮蔽部件22与通气通道21a的内周面
21b之间残留并配置有圆环状的间隙21c。在所述局部遮蔽部件22中沿圆周方向等间隔地设置有多个圆形开口部以作为气体导入口22a。并且，在由该锥状部件组成的局部遮蔽部件22的内侧界定形成有一次燃烧区28，圆管21内(通气通道21a)的比一次燃烧区28更靠上方为二次燃烧区29。

[0038] 如前所述，多孔陶瓷体24为扁平圆柱状，以同心圆状载置并固定在兼做该多孔陶瓷体24的支撑部件的锥状部件22上。为了稳定的载置及支撑，多孔陶瓷体24的外径被设定为与锥状部件22的外径相比稍小。由此，在多孔陶瓷体24的周围，形成有位于该多孔陶瓷体24与通气通道21a的内周面之间的环状的间隙，该环状的间隙为多孔陶瓷体24的外流道
24b。另一方面，在多孔陶瓷体24的中心部，沿中心线以同心圆状形成有作为内流道24a的贯通孔。

[0039] 并且，多孔陶瓷体24的通气方向上游侧的端面即底面为用于界定一次燃烧区28和二次燃烧区29的边界面，比该底面更靠下方即上游侧的锥状部件22内为一次燃烧区28，比该底面更靠上方即下游侧的通气通道21a内为二次燃烧区29。在此，一次燃烧区28为如下的点火区域：通过使从燃料供给管23供给到局部遮蔽部件22内的燃烧燃料和供给到圆管21内(通气通道21a)的含氧气体中的、通过局部遮蔽部件22的一部分含氧气体混合而进行富燃料燃烧。另外，二次燃烧区29为如下的区域：通过使未通过局部遮蔽部件22的剩余含氧气体与产生在一次燃烧区28中的燃烧排气混合而进行火力强的真正燃烧。

[0040] 在此，作为多孔陶瓷体24，使用前述的由福士科(FOSECO)制造的铸铁用及非铁用泡沫陶瓷过滤器“SEDEX”，该泡沫陶瓷过滤器为了在铸铁用及非铁用横浇口中进行熔融金属的过滤、整流、静流化等而使用。该泡沫陶瓷过滤器的微孔尺寸与通常的多孔陶瓷相比较大，以微孔密度表示为10～30ppi。在此，多孔陶瓷体24的尺寸被设定为，相对于通气通道21a的内径(30mm)，外径为25mm，内径(内流道24a的直径)为5mm，由此，外流道24b的宽度被确保为2.5mm。

[0041] 为了导入作为发电用燃料的原燃料的城市煤气的同时导入水，并对这些城市煤气和水进行加热，作为燃烧器20的加热对象的水蒸气改性器30使从燃烧器20排出的高温燃烧排气流通。具体而言，通过从燃烧器20排出的高温燃烧排气，对水进行加热而使其蒸发，并且对该水蒸气进行加热。通过使导入后的城市煤气与经加热的水蒸气混合并加热，将该城市煤气水蒸气改性为发电用燃料并送到电池组件10中。

[0042] 作为燃烧器20的另一加热对象的氧化剂气体预热器40也为换热器，其使通过水蒸气改性器30后的燃烧排气作为加热介质流通。并且，通过使作为氧化剂气体被供给到电池组件10的空气极(阴极)侧的空气与该燃烧排气进行热交换，从而将其加热至预热温度。经预热的空气被供给到电池组件10的空气极(阴极)侧。通过氧化剂气体预热器40的燃烧排气经未图示的气体处理催化剂而排出到大气中。

[0043] 接着，以用于燃料电池系统的燃烧器20的动作和功能为中心，对该燃料电池系统的动作和功能进行说明。

[0044] 在启动时和运转时，作为发电用燃料的原燃料的城市煤气被供给到水蒸气改性器30中，作为氧化剂气体的空气被供给到氧化剂气体预热器40中。

[0045] 在启动时，首先增加城市煤气的流量和空气的流量。供给到水蒸气改性器30中的城市煤气直接通过该改性器30流入到电池组件10的燃料极(阳极)侧，进而直接通过电池组件10的燃料极(阳极)侧后成为阳极废气，该阳极废气作为燃烧燃料流入到燃烧器20的燃料供给管23内。另外，供给到氧化剂气体预热器40中的空气直接通过该预热器40流入到电池组件10的空气极(阴极)侧，进而直接通过电池组件10的空气极(阴极)侧后成为阴极废气，该阴极废气作为含氧气体流入到燃烧器20的空气供给管25内。

[0046] 由此，在燃烧器20中，城市煤气流入到燃料供给管23内，空气流入到空气供给管25内。流入到燃料供给管23内的城市煤气在管内上升，并从中心部的燃料供给口22b流入到局部遮蔽部件22内。另外，流入到空气供给管25内的空气在该管内通过并从下端部流入到圆管21内的通气通道21a中。并且，流入到通气通道21a中的空气在该通气通道21a内上升的中途，一部分空气从局部遮蔽部件22的气体导入口22a流入到局部遮蔽部件22内的一次燃烧区28中，剩余空气沿局部遮蔽部件22的外周面上升，从下侧流入到外流道24b中，该外流道24b形成在二次燃烧区29内的多孔陶瓷体24的周围。

[0047] 在该状态下，使插入到燃料供给管23的上端部内的点火装置27工作。由此，开始一次燃烧区28内的燃烧。其燃烧排气流入到下游侧的二次燃烧区29内，并且主要在二次燃烧区29内的多孔陶瓷体24的内流道24内从下到上流通。由此，主要使多孔陶瓷体24的从下表面至内流道24的下部内表面的部分赤热。

[0048] 在二次燃烧区29中，流入到形成在多孔陶瓷体24的周围的外流道24b中的空气在该外流道24a上升的过程中从周围流入到多孔陶瓷体24内。由此，因多孔陶瓷体24及其上方中的燃烧活跃而火力得到强化，燃烧排气温度提高的同时燃烧排气量增加，从而在高温下大量的燃烧排气从二次燃烧区29上端的燃烧排气排出口21d排出到二次燃烧区29外。另外，多孔陶瓷体24的赤热发展。

[0049] 生成在二次燃烧区29中的高温且大量的燃烧排气作为加热介质被送到水蒸气改性器30中，并从内部加热该水蒸气改性器30之后，流入到氧化剂气体预热器40中。通过流入到氧化剂气体预热器40中的高温且大量的燃烧排气对待供给到电池组件10的空气极(阴极)侧的空气进行预热，从而提高电池组件10的温度。

[0050] 另一方面，在水蒸气改性器30中，由于该水蒸气改性器30被高温且大量的燃烧排气加热，因此该水蒸气改性器30升温。当该水蒸气改性器30达到改性温度或该改性温度附近时，水开始被供给到该水蒸气改性器30内，通过该水蒸发而生成水蒸气，并且该水蒸气被加热而升温。由此，通过城市煤气与高温的水蒸气混合并在催化剂中被加热，从而被水蒸气改性为发电用燃料。其结果，通过流入到电池组件10的燃料极(阳极)侧的城市煤气(原燃料)切换为发电用燃料，流入到燃烧器20中的燃烧燃料也由城市煤气(原燃料)切换为发电用燃料，以继续燃烧器20中的燃烧。

[0051] 当由加热空气带来的电池组件10的升温推进时，主要缩小城市煤气的流量，进入被称为热机备用的待机期间。虽然二次燃烧区29中的燃烧为高空气比的稀薄燃烧，但局部遮蔽部件22内的一次燃烧区28中的燃烧则因限制了空气，因此成为低空气比的富燃料燃烧，实现燃烧的稳定化。另外，由于与一次燃烧区28相接且被配置在二次燃烧区29内的多孔陶瓷体24赤热，因此降低一次燃烧区28中的失火的危险性。

[0052] 当开始发电时，主要增加城市煤气的流量。在由电池组件10开始发电时，从电池组件10的燃料极(阳极)侧排出的阳极废气由发电用燃料切换为未燃发电用燃料，其阳极废气作为燃烧燃料被送到燃烧器20中。另外，从电池组件10的空气极(阴极)侧排出的阴极废气由发电用氧化剂气体(空气)切换为未燃氧化剂气体(空气)，其阴极废气作为含氧气体被送到燃烧器20中。

[0053] 由此，在发电运转中也继续进行燃烧器20中的燃烧。在该燃烧中，也通过富燃料的一次燃烧区28被配置在二次燃烧区29的上游侧的两段燃烧和由在二次燃烧区29内被配置为与一次燃烧区28相接的多孔陶瓷体24的赤热带来的稳焰效果，在一次燃烧区28中实现稳定的燃烧，并且通过一次燃烧区28中的稳定的燃烧，在二次燃烧区29中实现稳定的燃烧，由此从整体上持续稳定的燃烧持续。因此，在发电运转中，高温且大量的燃烧排气也作为加热介质被供给到水蒸气改性器30中，从而有助于水蒸气改性器30中的改性反应及由该改性反应带来的发电用燃料的生成。

[0054] 同样，高温且大量的燃烧排气也被送到氧化剂气体预热器40中。但是，由于电池组件10在发电运转中发热，因此与启动时相比，由燃烧排气进行的氧化剂气体预热的有益性较低。

[0055] 如此，在本实施方式的燃烧器20中，执行简易启动模式，该模式不仅在发电运转中，而且在启动时，也将从电池组件排出的废气用作燃烧器20的燃烧用原料气体。在简易启动模式下，燃烧燃料的流量变动较大。另外，通过缩小燃烧燃料的流量而成为稀薄燃烧。

[0056] 但是，在该燃烧器20中，通过组合将富燃料的区域配置在前段的一次燃烧区28中的两段燃烧和配置在后段的二次燃烧区29中的多孔陶瓷体24的稳焰效果，从而即使二次燃烧区29为稀薄燃烧也能够实现稳定的燃烧，并减轻失火的危险性。由此，在简易启动模式下，也能够实现稳定的燃烧，并且提高由该燃烧带来的燃料电池的启动可靠性，提高由采用简易启动模式带来的经济性。

[0057] 而且，由于通过含氧气体冷却通气通道21a的内表面，防止该通气通道21a的内周面21b的过热，因此不需要内周面21b的过热对策。此外，用于在通气通道21a内界定一次燃烧区28的局部遮蔽部件22兼做使含氧气体的一部分流入到一次燃烧区28中的分流部件。因此，结构简单。

[0058] 另外，由于本实施方式的燃料电池系统的结构简单且经济性优异，并且将能够稳定燃烧的燃烧器20用作电池组件10和水蒸气改性器30的加热源，因此小型且经济性更加优异，而且运转动作的可靠性优异，从而特别适于例如家用小型燃料电池等。

[0059] 此外，在上述实施方式中，使用简易启动法作为启动法，在该情况下本发明特别有效，但即使在使用如下的启动法的情况下，本发明也发挥燃烧稳定化效果并且有效，该启动方法在启动时，将通过不经由电池组件10的路径而供给到燃烧器20中的城市煤气等发电用燃料作为燃烧器20的燃烧燃料使用。

[0060] 附图标记说明

[0061] 10   电池组件

[0062] 20   燃烧器

[0063] 21   圆管

[0064] 21a  通气通道

[0065] 21b  内周面

[0066] 21c  间隙

[0067] 21d  燃烧排气排出口

[0068] 22   局部遮蔽部件

[0069] 22a  气体导入口

[0070] 22b  燃料供给口

[0071] 23   燃料供给管

[0072] 24   多孔陶瓷体

[0073] 24a  内流道

[0074] 24b  外流道

[0075] 25   空气供给管

[0076] 27   点火装置

[0077] 28   一次燃烧区

[0078] 29   二次燃烧区

[0079] 30   水蒸气改性器

[0080] 40   氧化剂气体预热器