燃焼装置及びこれを備えたコージェネレーションシステム
【課題】燃料電池を安定的に運転し、その結果発電効率と熱効率とを同時に高め得る、燃料電池を用いた燃焼装置及びこれを備えたコージェネレーションシステムを提供する。
【解決手段】燃料を部分燃焼させて熱分解流体を生成する第一燃焼室２と、この第一燃焼室２内の燃焼により発生した熱分解流体を高温で再燃焼させる第二燃焼室４とを備えた二燃焼室型の燃焼装置において、第一燃焼室２にて発生した熱分解流体は、燃料電池５を介して、第二燃焼室４へ導入されるように構成されていることを特徴とする。
【解決手段】燃料を部分燃焼させて熱分解流体を生成する第一燃焼室２と、この第一燃焼室２内の燃焼により発生した熱分解流体を高温で再燃焼させる第二燃焼室４とを備えた二燃焼室型の燃焼装置において、第一燃焼室２にて発生した熱分解流体は、燃料電池５を介して、第二燃焼室４へ導入されるように構成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスなどを燃料として用いる燃焼装置及びこれを備えたコージェネレーションシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コージェネレーションシステムとは、一次エネルギーから同時に２種類以上の二次エネルギーを発生させるシステムであり、多くは熱と電力を同時に供給する熱電併給システムを指す。その中でも、小型で発電効率が高く、環境負荷も小さい燃料電池を用いたコージェネレーションシステムが近年注目され、開発が活発に行われている（特許文献１等）。特に、都市ガスを燃料とした発電量３キロワット程度の家庭用のコージェネレーションシステムについては、一般家庭への設置を含むフィールド実証試験が実施されており、また市販もされている。
【０００３】
これら都市ガスを燃料とする燃料電池コージェネレーションシステムに対して、燃料の多様化や二酸化炭素の排出量抑制の観点から、バイオマスを燃料として使用する燃料電池コージェネレーションシステムも提案されている（特許文献２等）。
【０００４】
これらのコージェネレーションシステムでは燃料電池用の燃料を一旦冷却して燃料電池発電に供しているが、より効率を上げる手段として、燃焼室に直接燃料電池を配置させたシステムも提案されている（特許文献３〜５等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３４７８８号公報
【特許文献２】特開２００６−１２８００６号公報
【特許文献３】特開平８−４５５２２号公報
【特許文献４】特開平４−２０６３６２号公報
【特許文献５】特開２００４−３１９２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記のシステムでは、一燃焼室型の燃焼装置に燃料電池を直接組み込んでいるため、燃焼温度がコントロールしにくい、不純物が燃料電池に悪影響を与える、などの問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みて、燃料電池を安定的に運転し、その結果発電効率と熱効率とを同時に高め得る、燃料電池を用いた燃焼装置及びこれを備えたコージェネレーションシステムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る燃焼装置は、燃料を部分燃焼させて熱分解流体を生成する第一燃焼室と、この第一燃焼室内の燃焼により発生した熱分解流体を高温で再燃焼させる第二燃焼室とを備えた二燃焼室型の燃焼装置において、前記第一燃焼室にて発生した熱分解流体は、燃料電池を介して、第二燃焼室へ導入されるように構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に記載の燃焼装置は、請求項１に記載の構成において、前記燃料電池は、前記第二燃焼室内に配置されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の燃焼装置は、請求項１に記載の構成において、前記燃料電池は、前記第一燃焼室と第二燃焼室との間に介装されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に記載の燃焼装置は、請求項１ないし３のいずれかに記載の構成において、前記燃料電池の上流側に高温フィルターを設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５に記載の燃焼装置は、請求項４に記載の構成において、前記燃料電池と前記高温フィルターとの間に触媒フィルターを設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６に記載の燃焼装置は、請求項１ないし５のいずれかに記載の構成において、前記燃焼室は、木材などの天然バイオマス、都市ゴミのような廃棄物系バイオマスのみならず石炭などの化石燃料をも単独または任意の割合で混合して燃料として使用できることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７に記載の燃焼装置は、請求項１ないし６のいずれかに記載の構成において、前記第二燃焼室より排出される排ガスを空気などの酸化剤と熱交換を行う機能を有する熱交換器を備えることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項８に記載の燃焼装置は、請求項１ないし７のいずれかに記載の構成において、前記高温型燃料電池からの排ガスをそのまま燃焼させ熱源として使用できる第二燃焼室を備えていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項９に記載の燃焼装置は、請求項２に記載の構成において、前記第二燃焼室は、前記燃料電池の第二燃焼室内への設置ならびにメンテナンスのための取出しが容易に行えるように形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１０に記載のコージェネレーションシステムは、燃料を部分燃焼させて熱分解流体を生成する第一燃焼室と、この第一燃焼室内の燃焼により発生した熱分解流体を高温で再燃焼させる第二燃焼室とを有する二燃焼室型燃焼装置と、前記第一燃焼室内で生成された熱分解流体を燃料とする燃料電池とを備え、前記第一燃焼室にて発生した熱分解流体は、燃料電池を介して、第二燃焼室へ導入されるように前記第一燃焼室、燃料電池及び第二燃焼室が配置構成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１１に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１０に記載の構成において、前記燃料電池は、前記第二燃焼室内に配置されていることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１２に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１０に記載の構成において、前記燃料電池は、前記第一燃焼室と第二燃焼室との間に介装されていることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１３に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１０ないし１２のいずれかに記載の構成において、前記第一燃焼室内で発生した高温ガス及び熱分解流体中の不純物を高温フィルターを用いて除去した後、第二燃焼室へ送出させることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１４に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１０ないし１３のいずれかに記載の構成において、不純物除去後の高温ガス及び熱分解流体を触媒フィルターを用いて改質した後、第二燃焼室へ導入させることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１５に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１０ないし１４のいずれかに記載の構成において、前記燃料電池は、高温型で電解質、アノード及びカソードを有しており、電解質として固体酸化物ないし溶融塩を用いることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１６に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１０ないし１５のいずれかに記載の構成において、前記燃料電池のカソードヘの酸化剤ガスの供給を、燃焼装置排ガスの排出流によって生じる第二燃焼室内負圧によって行うことを特徴とするものである。
【００２４】
請求項１７に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１０ないし１６のいずれかに記載の構成において、前記燃料電池のアノードヘの燃料流体の供給を、第一燃焼室における部分燃焼熱分解によって生じる圧力ならびに燃焼装置排ガスの排出流によって生じる第二燃焼室内負圧によって行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１及び請求項１０に記載の発明によれば、熱分解流体の流路中に熱容量の大きい燃料電池を配置することにより、かかる熱分解流体を燃料電池の燃料として利用可能とすると共に、燃焼温度の急激な変動を抑制して温度制御を容易にし、装置運転の安定化に寄与することができる。
【００２６】
請求項２及び請求項１１に記載の発明によれば、燃料電池の設置スペースを別途設けることなく、装置の小型化に寄与すると共に、燃料電池を作動温度内に保持することができる。
【００２７】
請求項３及び請求項１２に記載の発明によれば、燃焼室内の燃焼状況の変化に依らず、燃料電池の動作環境をより安定して確保することができる。
【００２８】
請求項４，請求項５，請求項１３及び請求項１４に記載の発明によれば、高温フィルターにより燃料電池に悪影響を与える不純物を除去し、安定に燃料電池を運転することができ、また改質触媒フィルターを設置することにより燃料電池の発電効率を向上できる。
【００２９】
請求項６に記載の発明によれば、木材などの天然バイオマス、都市ゴミのような廃棄物系バイオマスのみならず石炭などの化石燃料をも単独または任意の割合で混合して燃料として使用できる燃焼室を備えているため、幅広い種類の燃料に対応することができる。
【００３０】
請求項７に記載の発明によれば、第二燃焼室より燃焼装置外に排出される排ガスを、燃料電池に供給する酸化剤と混合しかつ熱交換を行う機能を有する熱交換器を備えることにより、燃料電池を安定して運転することができる。
【００３１】
請求項８に記載の発明によれば、高温型燃料電池からの排ガスをそのまま第二燃焼室において燃焼させ熱源として使用できることにより、総合効率をさらに向上させることができる。
【００３２】
請求項９に記載の発明によれば、第二燃焼室の形状を燃料電池メンテナンスに最適な形状とすることにより本コージェネレーションシステムのメンテナンスをより容易にする。
【００３３】
請求項１５に記載の発明によれば、高温型の燃料電池を使用することにより、高温ガスを冷却することなく燃料電池の燃料として使用することができる。
【００３４】
請求項１６及び請求項１７に記載の発明によれば、燃料電池のアノード及びカソードヘの燃料供給を燃焼装置内で発生する圧力を利用することにより、吸気ないし送風ファンなどの設置を不要にする。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施の形態１に係るコージェネレーションシステムの構成を説明するためのシステムブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る燃料電池の構成を説明するための模式図である。
【図３】実施の形態１に係るコージェネレーションシステムの別の構成例を説明するための模式図である。
【図４】実施の形態２に係るコージェネレーションシステムの構成を説明するためのシステムブロック図である。
【図５】実施の形態２に係る燃料電池の構成を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
＜実施の形態１＞
以下、本発明に係る燃料電池を用いたコージェネレーションシステムの一実施形態について図１を参照しつつ説明する。ここで、図１は、実施の形態１に係るバイオマス熱分解コージェネレーションシステムを示すシステムブロック図である。
【００３７】
図１に模式的に示すように、本コージェネレーションシステムは、第一燃焼室２、第二燃焼室４、熱交換器６を有するボイラー１、高温型燃料電池５、導入口３、高温フィルター８、触媒フィルター９を備えている。また、第一燃焼室２、第二燃焼室４等は、ケーシング１２内に収容されており、第一燃焼室２、第二燃焼室４の周囲には、ケーシング１２との間に、ボイラー用循環水が導入されている。
【００３８】
第一燃焼室２には、燃料投入口７よりバイオマス等の燃料が投入され、当該燃料の部分燃焼が行われる。その際発生する熱は、バイオマスなどの燃料の熱分解とボイラー加熱とに使用される。この第一燃焼室２はバイオマスなどの燃料の熱分解が主目的であるため、運転中は一般的に約２００〜６００℃程度の温度域で保たれている。この部分燃焼により発生した圧力は、不図示の煙突から排出される排出ガスによるドラフト作用と相俟って、第一燃焼室２での生成物（熱分解流体）を第二燃焼室４へ送入する駆動力の一部となる。
【００３９】
第一燃焼室２でバイオマスなどの燃料を部分燃焼・熱分解させて発生した熱分解ガスならびに熱分解時に揮発したタールを含む熱分解流体燃料は、途中冷却されることなく、第一燃焼室２と第二燃焼室４との間に設けられた導入口３を介して、第二燃焼室４内に設置された高温型燃料電池５のアノード（燃料極）に直接供給される。導入口３には、塩化水素、硫化水素など燃料電池５の動作に悪影響を与える微量不純物を吸収する高温フィルター８が設置されている。また、導入口３には熱分解流体燃料を改質できる触媒フィルター９がさらに設置（本例では、高温フィルター８の下流側に設置）されている。酸化ガスは外部より直接または熱交換器６を経由して予熱混合した後、高温型燃料電池５のカソード（空気極）に導入される。このようにしてアノード側に燃料流体、カソード側に酸化ガスの供給を受けた燃料電池５は発電を行う。また、アノードとカソードとは電解質を含む隔壁（セパレータ）で隔てられており、本実施の形態では、第一燃焼室２で発生する熱分解流体燃料を冷却することなく直接燃料として使用できるように、電解質として固体酸化物を採用している。なお、作動温度は燃料電池の材質にもよるが、８００〜１０００℃である。
【００４０】
これは、燃焼により発生する可能性のあるダイオキシン類を分解するに十分な温度である。このようにして使用された燃料ガス及び酸化剤ガスは、燃料電池５よりそれぞれ排出ガスとして排出され、第二燃焼室４内にてそのまま燃焼させて、ボイラーへの熱供給を行う熱源として利用する。
【００４１】
第二燃焼室４で燃焼を終了した排気ガスは、熱交換器６を経由して酸化剤ガスを加熱（予熱）した後、不図示の煙突を介して外気に放出される。この際に発生する負圧は、第一燃焼室２から燃料電池５への燃料流体送入の駆動力の一部となる。
【００４２】
また、燃料電池５には蓄電池１０が接続されており、この蓄電池１０へ余剰電力を供給して充電を行う。
【００４３】
また、本実施形態においては、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物型燃料電池により説明しているが、この代わりに、同様に高温の作動温度（６００〜７００℃）を有する溶融塩型燃料電池を使用することもできる。
【００４４】
次に、本発明に係るコージェネレーションシステムにおける燃料電池の構成について、以下に説明する。
【００４５】
図２に模式的に示すように、本実施の形態に係る燃料電池５は、燃料極としてのアノード５ａと、空気極としてのカソード５ｂと、アノード５ａとカソード５ｂとの間に介装され、両者を仕切る電解質を含んだセパレータ５ｃと、これらを取付支持する方形枠状の支持体５０とにより単位セル５ｕが構成されている。
【００４６】
また、上記支持体５０の対向辺の一対には、略直方体状の一対のスペーサ５２，５２がかかる対向辺に沿って延在するように、支持体５０と一体に突出形成されている。
【００４７】
そして、複数の単位セル５ｕを所定の積層方向（本例では、上下方向）に積層することにより、本実施の形態に係る燃料電池５が形成されている。
【００４８】
なお、本実施の形態における上記燃料電池５は、積層方向に隣接する単位セル５ｕ，５ｕ間において、隣接するスペーサ５２，５２同士が互いに直交するように配置されていると共に、対向する電極同士が互いに同極性となるように積層されている。
【００４９】
すなわち、本実施の形態に係る燃料電池５では、積層方向に隣接する単位セル５ｕ，５ｕ間の対向電極が同極性となると共に、スペーサ５２，５２により隣接する単位セル５ｕ，５ｕ間に隙間（流路）が形成されており、この隙間により互いに直交する流路が積層方向に沿って交互に形成されている。
【００５０】
これにより、熱分解流体の流路と予熱空気の流路とを確実に分離して、対向するアノード５ａ間に熱分解流体Ｐａを供給すると共に、対向するカソード５ｂ間に空気流（酸化剤ガス）Ｐｂを供給して、燃料極５ａ及び空気極５ｂへの各流体Ｐａ，Ｐｂの供給効率を向上させることができる。
【００５１】
併せて、燃料極５ａ及び空気極５ｂへの流路を互いに直交するように形成することにより、図１に例示したような、いわゆるダウンドラフト方式により第二燃焼室４の上方から熱分解流体Ｐａが供給され、第二燃焼室４の側方から空気流Ｐｂが供給される燃焼室構成を有するコージェネレーションシステムにおいて、熱分解流体Ｐａと予熱空気Ｐｂとを対応する各電極５ａ，５ｂに容易に導くことができ、燃料電池５の第二燃焼室４内への配置収容を容易に実現することができる。
【００５２】
なお、本実施の形態では、第二燃焼室４を第一燃焼室２の下方に配置したダウンドラフト方式の燃焼装置の構成を例示したが、本発明が適用可能な燃焼装置は、このような構成に限定されるものではなく、例えば、図３に模式的に示すように、略中空直方体状の横長の燃焼室に隔壁Ｗを設けて、この隔壁Ｗの略中央部に貫通穴を形成することにより、第一燃焼室２の後方に第二燃焼室４を区画形成し、かかる第二燃焼室４内に燃料電池５を配設するように構成してもよい。
【００５３】
＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係るコージェネレーションシステムの構成について、図４及び図５を参照して説明する。ここで、図４は、実施の形態２に係るバイオマス熱分解コージェネレーションシステムを示すシステムブロック図であり、図５は、実施の形態２に係る燃料電池の構成を説明するための模式図である。
【００５４】
本実施の形態に係るコージェネレーションシステムは、燃料電池５を、第一燃焼室２と第二燃焼室４との間に配置したものであり、先の実施の形態と同様な機能を有する部材には、同様な符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
図４に模式的に示すように、本実施の形態に係るコージェネレーションシステムでは、第一燃焼室２と第二燃焼室４との間に燃料電池５が介装されており、第一燃焼室２と第二燃焼室４とは、燃料電池５を介して互いに接続されている。
【００５６】
本実施の形態に係る燃料電池５は、図５に模式的に示すように、単位セル５ｕの支持体５０の周辺部に方形の切り欠き（スリット）を設け、さらに、隣接する単位セル５ｕ，５ｕ間に、熱分解流体及び空気の流路を形成するためのスリット板５０Ｓ，５０Ａ，５０Ｂを順次介装した構成となっている。
【００５７】
具体的には、最上流側（本例では、図中、最上部）に、導入スリット板５０Ｓを設け、その下流側（図中、下側）に、順次、燃料スリット板５０Ａ、単位セル５ｕ、空気スリット板５０Ｂ、単位セル５ｕを設け、以下同様な組合せのセット（燃料スリット板５０Ａ、単位セル５ｕ、空気スリット板５０Ｂ、単位セル５ｕ）を繰り返して積層することにより、燃料電池５が形成されている。
【００５８】
上記導入スリット板５０Ｓは、その周辺部に略方形の２つの燃料口５０ａ，５０ａ及び２つの空気口５０ｂ，５０ｂを有しており、一対の燃料口５０ａ，５０ａ及び一対の空気口５０ｂ，５０ｂは、それぞれ導入スリット板５０Ｓの対向する辺に形成されている。
【００５９】
上記燃料スリット板５０Ａは、同様な空気口５０ｂ，５０ｂを有していると共に、一対の空気口５０ｂ，５０ｂの間には、燃料供給口５３Ａが開口形成されている。
【００６０】
上記空気スリット板５０Ｂは、同様な燃料口５０ａ，５０ａを有していると共に、一対の燃料口５０ａ，５０ａの間には、空気供給口５３Ｂが開口形成されている。
【００６１】
上記単位セル５ｕは、先の実施の形態と同様なセル構成に加えて、支持体５０の周辺に、上記一対の燃料口５０ａ，５０ａ及び一対の空気口５０ｂ，５０ｂが形成されている。
【００６２】
このように構成した燃料電池５では、同方向から供給された燃料流Ｐａ及び空気流Ｐｂは、最上流側に配置された導入スリット板５０Ｓの対応する燃料口５０ａ，５０ａ及び空気口５０ｂ，５０ｂを通過することによりそれぞれ集束され、下流側の燃料スリット板５０Ａに導かれる。ここで、空気流Ｐｂは、導入スリット板５０Ｓの空気口５０ｂ，５０ｂと対応する位置に形成された燃料スリット板５０Ａの空気口５０ｂ，５０ｂを通過する。一方、燃料流Ｐａは、導入スリット板５０Ｓの燃料口５０ａ，５０ａに対応する位置まで開口形成された燃料スリット板５０Ａの燃料供給口５３Ａにより、下流側に設けられた単位セル５ｕの燃料口５０ａ，５０ａ及び燃料極（アノード）５ａに分散される。つまり、燃料スリット板５０Ａの燃料供給口５３Ａにより、単位セル５ｕの燃料極５ａに燃料流Ｐａが供給されることとなる。
【００６３】
単位セル５ｕの燃料口５０ａ，５０ａを通過した燃料流Ｐａは、単位セル５ｕの燃料口５０ａ，５０ａと対応する位置に形成された空気スリット板５０Ｂの燃料口５０ａ，５０ａを通過する。一方、空気流Ｐｂは、単位セル５ｕの空気口５０ｂ，５０ｂに対応する位置まで開口形成された空気スリット板５０Ｂの空気供給口５３Ｂにより、下流側に設けられた単位セル５ｕの空気口５０ｂ，５０ｂ及び空気極（カソード）５ｂに分散される。つまり、空気スリット板５０Ｂの空気供給口５３Ｂにより、単位セル５ｕの空気極５ｂに空気流Ｐｂが供給されることとなる。以下、同様な作用により、積層された単位セル５ｕ，５ｕ間の各燃料極５ａ及び空気極５ｂに、対応する燃料流Ｐａ及び空気流Ｐｂが供給される。
【００６４】
すなわち、本実施の形態に係る燃料電池５では、同方向から供給される熱分解流体Ｐａ及び予熱空気Ｐｂの流れが、隣接する単位セル５ｕ，５ｕ間に介装されたスリット板５０Ａ，５０Ｂにより、順次、集束・分散され、対応する燃料極５ａ及び空気極５ｂに選択的に適切に供給されることとなる。これにより、図４に例示したような、第一燃焼室２、燃料電池５、第二燃焼室４が直列に配置された構成に好適に適用することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態においても、先の実施の形態と同様に、燃料電池５の上流側（図４において、上側）に高温フィルター８や触媒フィルター９を設けてもよいし、空気流等を予熱する熱交換器６を設けてもよい。
【００６６】
このように構成した本実施の形態に係るコージェネレーションシステムでは、先の実施の形態に比し、燃料電池５の収容スペースを別途設ける必要が生じるが、燃料電池５の動作環境を燃焼室内の燃焼環境と隔離して、燃焼室内の燃焼状況の変化に依らず、燃料電池５の動作環境をより安定して確保することができる。
【００６７】
以上説明したように、本発明によれば、第一燃焼室２でバイオマスなどの燃料を部分燃焼熱分解して得られた熱分解流体燃料を直接燃料電池に供給し、かつ第一燃焼室２における部分燃焼、燃料電池５の作動時に排出される排熱ならびに燃料電池５の排ガスの燃焼熱をボイラーの熱源として使用するため、燃料利用効率を向上させることができる。
【００６８】
なお、上述した各実施形態は、あくまで例示であり、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、導入口３に高温フィルター８ならびに触媒フィルター９の両方を備えているが、燃料の種類によってどちらか一方のフィルターだけを設置してもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１：二燃焼室型ボイラー、２：第一燃焼室、３：導入口、４：第二燃焼室、５：燃料電池、５ａ：アノード（燃料極）、５ｂ：カソード（空気極）、５ｃ：セパレータ、５ｕ：単位セル、６：熱交換器、７：燃料投入口、８：高温フィルター、９：触媒フィルター、１０：蓄電池、１２：ケーシング、５０：支持体、５０Ｓ，５０Ａ，５０Ｂ：スリット板、５０ａ：燃料口、５０ｂ：空気口、５２：スペーサ、５３Ａ：燃料供給口、５３Ｂ：空気供給口、Ｐａ：熱分解流体（燃料流）、Ｐｂ：予熱空気（酸化ガス）、Ｗ：隔壁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスなどを燃料として用いる燃焼装置及びこれを備えたコージェネレーションシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コージェネレーションシステムとは、一次エネルギーから同時に２種類以上の二次エネルギーを発生させるシステムであり、多くは熱と電力を同時に供給する熱電併給システムを指す。その中でも、小型で発電効率が高く、環境負荷も小さい燃料電池を用いたコージェネレーションシステムが近年注目され、開発が活発に行われている（特許文献１等）。特に、都市ガスを燃料とした発電量３キロワット程度の家庭用のコージェネレーションシステムについては、一般家庭への設置を含むフィールド実証試験が実施されており、また市販もされている。
【０００３】
これら都市ガスを燃料とする燃料電池コージェネレーションシステムに対して、燃料の多様化や二酸化炭素の排出量抑制の観点から、バイオマスを燃料として使用する燃料電池コージェネレーションシステムも提案されている（特許文献２等）。
【０００４】
これらのコージェネレーションシステムでは燃料電池用の燃料を一旦冷却して燃料電池発電に供しているが、より効率を上げる手段として、燃焼室に直接燃料電池を配置させたシステムも提案されている（特許文献３〜５等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３４７８８号公報
【特許文献２】特開２００６−１２８００６号公報
【特許文献３】特開平８−４５５２２号公報
【特許文献４】特開平４−２０６３６２号公報
【特許文献５】特開２００４−３１９２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記のシステムでは、一燃焼室型の燃焼装置に燃料電池を直接組み込んでいるため、燃焼温度がコントロールしにくい、不純物が燃料電池に悪影響を与える、などの問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みて、燃料電池を安定的に運転し、その結果発電効率と熱効率とを同時に高め得る、燃料電池を用いた燃焼装置及びこれを備えたコージェネレーションシステムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る燃焼装置は、燃料を部分燃焼させて熱分解流体を生成する第一燃焼室と、この第一燃焼室内の燃焼により発生した熱分解流体を高温で再燃焼させる第二燃焼室とを備えた二燃焼室型の燃焼装置において、前記第一燃焼室にて発生した熱分解流体は、燃料電池を介して、第二燃焼室へ導入されるように構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に記載の燃焼装置は、請求項１に記載の構成において、前記燃料電池は、前記第二燃焼室内に配置されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の燃焼装置は、請求項１に記載の構成において、前記燃料電池は、前記第一燃焼室と第二燃焼室との間に介装されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に記載の燃焼装置は、請求項１ないし３のいずれかに記載の構成において、前記燃料電池の上流側に高温フィルターを設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５に記載の燃焼装置は、請求項４に記載の構成において、前記燃料電池と前記高温フィルターとの間に触媒フィルターを設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６に記載の燃焼装置は、請求項１ないし５のいずれかに記載の構成において、前記燃焼室は、木材などの天然バイオマス、都市ゴミのような廃棄物系バイオマスのみならず石炭などの化石燃料をも単独または任意の割合で混合して燃料として使用できることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７に記載の燃焼装置は、請求項１ないし６のいずれかに記載の構成において、前記第二燃焼室より排出される排ガスを空気などの酸化剤と熱交換を行う機能を有する熱交換器を備えることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項８に記載の燃焼装置は、請求項１ないし７のいずれかに記載の構成において、前記高温型燃料電池からの排ガスをそのまま燃焼させ熱源として使用できる第二燃焼室を備えていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項９に記載の燃焼装置は、請求項２に記載の構成において、前記第二燃焼室は、前記燃料電池の第二燃焼室内への設置ならびにメンテナンスのための取出しが容易に行えるように形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１０に記載のコージェネレーションシステムは、燃料を部分燃焼させて熱分解流体を生成する第一燃焼室と、この第一燃焼室内の燃焼により発生した熱分解流体を高温で再燃焼させる第二燃焼室とを有する二燃焼室型燃焼装置と、前記第一燃焼室内で生成された熱分解流体を燃料とする燃料電池とを備え、前記第一燃焼室にて発生した熱分解流体は、燃料電池を介して、第二燃焼室へ導入されるように前記第一燃焼室、燃料電池及び第二燃焼室が配置構成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１１に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１０に記載の構成において、前記燃料電池は、前記第二燃焼室内に配置されていることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１２に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１０に記載の構成において、前記燃料電池は、前記第一燃焼室と第二燃焼室との間に介装されていることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１３に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１０ないし１２のいずれかに記載の構成において、前記第一燃焼室内で発生した高温ガス及び熱分解流体中の不純物を高温フィルターを用いて除去した後、第二燃焼室へ送出させることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１４に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１０ないし１３のいずれかに記載の構成において、不純物除去後の高温ガス及び熱分解流体を触媒フィルターを用いて改質した後、第二燃焼室へ導入させることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１５に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１０ないし１４のいずれかに記載の構成において、前記燃料電池は、高温型で電解質、アノード及びカソードを有しており、電解質として固体酸化物ないし溶融塩を用いることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１６に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１０ないし１５のいずれかに記載の構成において、前記燃料電池のカソードヘの酸化剤ガスの供給を、燃焼装置排ガスの排出流によって生じる第二燃焼室内負圧によって行うことを特徴とするものである。
【００２４】
請求項１７に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１０ないし１６のいずれかに記載の構成において、前記燃料電池のアノードヘの燃料流体の供給を、第一燃焼室における部分燃焼熱分解によって生じる圧力ならびに燃焼装置排ガスの排出流によって生じる第二燃焼室内負圧によって行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１及び請求項１０に記載の発明によれば、熱分解流体の流路中に熱容量の大きい燃料電池を配置することにより、かかる熱分解流体を燃料電池の燃料として利用可能とすると共に、燃焼温度の急激な変動を抑制して温度制御を容易にし、装置運転の安定化に寄与することができる。
【００２６】
請求項２及び請求項１１に記載の発明によれば、燃料電池の設置スペースを別途設けることなく、装置の小型化に寄与すると共に、燃料電池を作動温度内に保持することができる。
【００２７】
請求項３及び請求項１２に記載の発明によれば、燃焼室内の燃焼状況の変化に依らず、燃料電池の動作環境をより安定して確保することができる。
【００２８】
請求項４，請求項５，請求項１３及び請求項１４に記載の発明によれば、高温フィルターにより燃料電池に悪影響を与える不純物を除去し、安定に燃料電池を運転することができ、また改質触媒フィルターを設置することにより燃料電池の発電効率を向上できる。
【００２９】
請求項６に記載の発明によれば、木材などの天然バイオマス、都市ゴミのような廃棄物系バイオマスのみならず石炭などの化石燃料をも単独または任意の割合で混合して燃料として使用できる燃焼室を備えているため、幅広い種類の燃料に対応することができる。
【００３０】
請求項７に記載の発明によれば、第二燃焼室より燃焼装置外に排出される排ガスを、燃料電池に供給する酸化剤と混合しかつ熱交換を行う機能を有する熱交換器を備えることにより、燃料電池を安定して運転することができる。
【００３１】
請求項８に記載の発明によれば、高温型燃料電池からの排ガスをそのまま第二燃焼室において燃焼させ熱源として使用できることにより、総合効率をさらに向上させることができる。
【００３２】
請求項９に記載の発明によれば、第二燃焼室の形状を燃料電池メンテナンスに最適な形状とすることにより本コージェネレーションシステムのメンテナンスをより容易にする。
【００３３】
請求項１５に記載の発明によれば、高温型の燃料電池を使用することにより、高温ガスを冷却することなく燃料電池の燃料として使用することができる。
【００３４】
請求項１６及び請求項１７に記載の発明によれば、燃料電池のアノード及びカソードヘの燃料供給を燃焼装置内で発生する圧力を利用することにより、吸気ないし送風ファンなどの設置を不要にする。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施の形態１に係るコージェネレーションシステムの構成を説明するためのシステムブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る燃料電池の構成を説明するための模式図である。
【図３】実施の形態１に係るコージェネレーションシステムの別の構成例を説明するための模式図である。
【図４】実施の形態２に係るコージェネレーションシステムの構成を説明するためのシステムブロック図である。
【図５】実施の形態２に係る燃料電池の構成を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
＜実施の形態１＞
以下、本発明に係る燃料電池を用いたコージェネレーションシステムの一実施形態について図１を参照しつつ説明する。ここで、図１は、実施の形態１に係るバイオマス熱分解コージェネレーションシステムを示すシステムブロック図である。
【００３７】
図１に模式的に示すように、本コージェネレーションシステムは、第一燃焼室２、第二燃焼室４、熱交換器６を有するボイラー１、高温型燃料電池５、導入口３、高温フィルター８、触媒フィルター９を備えている。また、第一燃焼室２、第二燃焼室４等は、ケーシング１２内に収容されており、第一燃焼室２、第二燃焼室４の周囲には、ケーシング１２との間に、ボイラー用循環水が導入されている。
【００３８】
第一燃焼室２には、燃料投入口７よりバイオマス等の燃料が投入され、当該燃料の部分燃焼が行われる。その際発生する熱は、バイオマスなどの燃料の熱分解とボイラー加熱とに使用される。この第一燃焼室２はバイオマスなどの燃料の熱分解が主目的であるため、運転中は一般的に約２００〜６００℃程度の温度域で保たれている。この部分燃焼により発生した圧力は、不図示の煙突から排出される排出ガスによるドラフト作用と相俟って、第一燃焼室２での生成物（熱分解流体）を第二燃焼室４へ送入する駆動力の一部となる。
【００３９】
第一燃焼室２でバイオマスなどの燃料を部分燃焼・熱分解させて発生した熱分解ガスならびに熱分解時に揮発したタールを含む熱分解流体燃料は、途中冷却されることなく、第一燃焼室２と第二燃焼室４との間に設けられた導入口３を介して、第二燃焼室４内に設置された高温型燃料電池５のアノード（燃料極）に直接供給される。導入口３には、塩化水素、硫化水素など燃料電池５の動作に悪影響を与える微量不純物を吸収する高温フィルター８が設置されている。また、導入口３には熱分解流体燃料を改質できる触媒フィルター９がさらに設置（本例では、高温フィルター８の下流側に設置）されている。酸化ガスは外部より直接または熱交換器６を経由して予熱混合した後、高温型燃料電池５のカソード（空気極）に導入される。このようにしてアノード側に燃料流体、カソード側に酸化ガスの供給を受けた燃料電池５は発電を行う。また、アノードとカソードとは電解質を含む隔壁（セパレータ）で隔てられており、本実施の形態では、第一燃焼室２で発生する熱分解流体燃料を冷却することなく直接燃料として使用できるように、電解質として固体酸化物を採用している。なお、作動温度は燃料電池の材質にもよるが、８００〜１０００℃である。
【００４０】
これは、燃焼により発生する可能性のあるダイオキシン類を分解するに十分な温度である。このようにして使用された燃料ガス及び酸化剤ガスは、燃料電池５よりそれぞれ排出ガスとして排出され、第二燃焼室４内にてそのまま燃焼させて、ボイラーへの熱供給を行う熱源として利用する。
【００４１】
第二燃焼室４で燃焼を終了した排気ガスは、熱交換器６を経由して酸化剤ガスを加熱（予熱）した後、不図示の煙突を介して外気に放出される。この際に発生する負圧は、第一燃焼室２から燃料電池５への燃料流体送入の駆動力の一部となる。
【００４２】
また、燃料電池５には蓄電池１０が接続されており、この蓄電池１０へ余剰電力を供給して充電を行う。
【００４３】
また、本実施形態においては、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物型燃料電池により説明しているが、この代わりに、同様に高温の作動温度（６００〜７００℃）を有する溶融塩型燃料電池を使用することもできる。
【００４４】
次に、本発明に係るコージェネレーションシステムにおける燃料電池の構成について、以下に説明する。
【００４５】
図２に模式的に示すように、本実施の形態に係る燃料電池５は、燃料極としてのアノード５ａと、空気極としてのカソード５ｂと、アノード５ａとカソード５ｂとの間に介装され、両者を仕切る電解質を含んだセパレータ５ｃと、これらを取付支持する方形枠状の支持体５０とにより単位セル５ｕが構成されている。
【００４６】
また、上記支持体５０の対向辺の一対には、略直方体状の一対のスペーサ５２，５２がかかる対向辺に沿って延在するように、支持体５０と一体に突出形成されている。
【００４７】
そして、複数の単位セル５ｕを所定の積層方向（本例では、上下方向）に積層することにより、本実施の形態に係る燃料電池５が形成されている。
【００４８】
なお、本実施の形態における上記燃料電池５は、積層方向に隣接する単位セル５ｕ，５ｕ間において、隣接するスペーサ５２，５２同士が互いに直交するように配置されていると共に、対向する電極同士が互いに同極性となるように積層されている。
【００４９】
すなわち、本実施の形態に係る燃料電池５では、積層方向に隣接する単位セル５ｕ，５ｕ間の対向電極が同極性となると共に、スペーサ５２，５２により隣接する単位セル５ｕ，５ｕ間に隙間（流路）が形成されており、この隙間により互いに直交する流路が積層方向に沿って交互に形成されている。
【００５０】
これにより、熱分解流体の流路と予熱空気の流路とを確実に分離して、対向するアノード５ａ間に熱分解流体Ｐａを供給すると共に、対向するカソード５ｂ間に空気流（酸化剤ガス）Ｐｂを供給して、燃料極５ａ及び空気極５ｂへの各流体Ｐａ，Ｐｂの供給効率を向上させることができる。
【００５１】
併せて、燃料極５ａ及び空気極５ｂへの流路を互いに直交するように形成することにより、図１に例示したような、いわゆるダウンドラフト方式により第二燃焼室４の上方から熱分解流体Ｐａが供給され、第二燃焼室４の側方から空気流Ｐｂが供給される燃焼室構成を有するコージェネレーションシステムにおいて、熱分解流体Ｐａと予熱空気Ｐｂとを対応する各電極５ａ，５ｂに容易に導くことができ、燃料電池５の第二燃焼室４内への配置収容を容易に実現することができる。
【００５２】
なお、本実施の形態では、第二燃焼室４を第一燃焼室２の下方に配置したダウンドラフト方式の燃焼装置の構成を例示したが、本発明が適用可能な燃焼装置は、このような構成に限定されるものではなく、例えば、図３に模式的に示すように、略中空直方体状の横長の燃焼室に隔壁Ｗを設けて、この隔壁Ｗの略中央部に貫通穴を形成することにより、第一燃焼室２の後方に第二燃焼室４を区画形成し、かかる第二燃焼室４内に燃料電池５を配設するように構成してもよい。
【００５３】
＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係るコージェネレーションシステムの構成について、図４及び図５を参照して説明する。ここで、図４は、実施の形態２に係るバイオマス熱分解コージェネレーションシステムを示すシステムブロック図であり、図５は、実施の形態２に係る燃料電池の構成を説明するための模式図である。
【００５４】
本実施の形態に係るコージェネレーションシステムは、燃料電池５を、第一燃焼室２と第二燃焼室４との間に配置したものであり、先の実施の形態と同様な機能を有する部材には、同様な符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
図４に模式的に示すように、本実施の形態に係るコージェネレーションシステムでは、第一燃焼室２と第二燃焼室４との間に燃料電池５が介装されており、第一燃焼室２と第二燃焼室４とは、燃料電池５を介して互いに接続されている。
【００５６】
本実施の形態に係る燃料電池５は、図５に模式的に示すように、単位セル５ｕの支持体５０の周辺部に方形の切り欠き（スリット）を設け、さらに、隣接する単位セル５ｕ，５ｕ間に、熱分解流体及び空気の流路を形成するためのスリット板５０Ｓ，５０Ａ，５０Ｂを順次介装した構成となっている。
【００５７】
具体的には、最上流側（本例では、図中、最上部）に、導入スリット板５０Ｓを設け、その下流側（図中、下側）に、順次、燃料スリット板５０Ａ、単位セル５ｕ、空気スリット板５０Ｂ、単位セル５ｕを設け、以下同様な組合せのセット（燃料スリット板５０Ａ、単位セル５ｕ、空気スリット板５０Ｂ、単位セル５ｕ）を繰り返して積層することにより、燃料電池５が形成されている。
【００５８】
上記導入スリット板５０Ｓは、その周辺部に略方形の２つの燃料口５０ａ，５０ａ及び２つの空気口５０ｂ，５０ｂを有しており、一対の燃料口５０ａ，５０ａ及び一対の空気口５０ｂ，５０ｂは、それぞれ導入スリット板５０Ｓの対向する辺に形成されている。
【００５９】
上記燃料スリット板５０Ａは、同様な空気口５０ｂ，５０ｂを有していると共に、一対の空気口５０ｂ，５０ｂの間には、燃料供給口５３Ａが開口形成されている。
【００６０】
上記空気スリット板５０Ｂは、同様な燃料口５０ａ，５０ａを有していると共に、一対の燃料口５０ａ，５０ａの間には、空気供給口５３Ｂが開口形成されている。
【００６１】
上記単位セル５ｕは、先の実施の形態と同様なセル構成に加えて、支持体５０の周辺に、上記一対の燃料口５０ａ，５０ａ及び一対の空気口５０ｂ，５０ｂが形成されている。
【００６２】
このように構成した燃料電池５では、同方向から供給された燃料流Ｐａ及び空気流Ｐｂは、最上流側に配置された導入スリット板５０Ｓの対応する燃料口５０ａ，５０ａ及び空気口５０ｂ，５０ｂを通過することによりそれぞれ集束され、下流側の燃料スリット板５０Ａに導かれる。ここで、空気流Ｐｂは、導入スリット板５０Ｓの空気口５０ｂ，５０ｂと対応する位置に形成された燃料スリット板５０Ａの空気口５０ｂ，５０ｂを通過する。一方、燃料流Ｐａは、導入スリット板５０Ｓの燃料口５０ａ，５０ａに対応する位置まで開口形成された燃料スリット板５０Ａの燃料供給口５３Ａにより、下流側に設けられた単位セル５ｕの燃料口５０ａ，５０ａ及び燃料極（アノード）５ａに分散される。つまり、燃料スリット板５０Ａの燃料供給口５３Ａにより、単位セル５ｕの燃料極５ａに燃料流Ｐａが供給されることとなる。
【００６３】
単位セル５ｕの燃料口５０ａ，５０ａを通過した燃料流Ｐａは、単位セル５ｕの燃料口５０ａ，５０ａと対応する位置に形成された空気スリット板５０Ｂの燃料口５０ａ，５０ａを通過する。一方、空気流Ｐｂは、単位セル５ｕの空気口５０ｂ，５０ｂに対応する位置まで開口形成された空気スリット板５０Ｂの空気供給口５３Ｂにより、下流側に設けられた単位セル５ｕの空気口５０ｂ，５０ｂ及び空気極（カソード）５ｂに分散される。つまり、空気スリット板５０Ｂの空気供給口５３Ｂにより、単位セル５ｕの空気極５ｂに空気流Ｐｂが供給されることとなる。以下、同様な作用により、積層された単位セル５ｕ，５ｕ間の各燃料極５ａ及び空気極５ｂに、対応する燃料流Ｐａ及び空気流Ｐｂが供給される。
【００６４】
すなわち、本実施の形態に係る燃料電池５では、同方向から供給される熱分解流体Ｐａ及び予熱空気Ｐｂの流れが、隣接する単位セル５ｕ，５ｕ間に介装されたスリット板５０Ａ，５０Ｂにより、順次、集束・分散され、対応する燃料極５ａ及び空気極５ｂに選択的に適切に供給されることとなる。これにより、図４に例示したような、第一燃焼室２、燃料電池５、第二燃焼室４が直列に配置された構成に好適に適用することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態においても、先の実施の形態と同様に、燃料電池５の上流側（図４において、上側）に高温フィルター８や触媒フィルター９を設けてもよいし、空気流等を予熱する熱交換器６を設けてもよい。
【００６６】
このように構成した本実施の形態に係るコージェネレーションシステムでは、先の実施の形態に比し、燃料電池５の収容スペースを別途設ける必要が生じるが、燃料電池５の動作環境を燃焼室内の燃焼環境と隔離して、燃焼室内の燃焼状況の変化に依らず、燃料電池５の動作環境をより安定して確保することができる。
【００６７】
以上説明したように、本発明によれば、第一燃焼室２でバイオマスなどの燃料を部分燃焼熱分解して得られた熱分解流体燃料を直接燃料電池に供給し、かつ第一燃焼室２における部分燃焼、燃料電池５の作動時に排出される排熱ならびに燃料電池５の排ガスの燃焼熱をボイラーの熱源として使用するため、燃料利用効率を向上させることができる。
【００６８】
なお、上述した各実施形態は、あくまで例示であり、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、導入口３に高温フィルター８ならびに触媒フィルター９の両方を備えているが、燃料の種類によってどちらか一方のフィルターだけを設置してもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１：二燃焼室型ボイラー、２：第一燃焼室、３：導入口、４：第二燃焼室、５：燃料電池、５ａ：アノード（燃料極）、５ｂ：カソード（空気極）、５ｃ：セパレータ、５ｕ：単位セル、６：熱交換器、７：燃料投入口、８：高温フィルター、９：触媒フィルター、１０：蓄電池、１２：ケーシング、５０：支持体、５０Ｓ，５０Ａ，５０Ｂ：スリット板、５０ａ：燃料口、５０ｂ：空気口、５２：スペーサ、５３Ａ：燃料供給口、５３Ｂ：空気供給口、Ｐａ：熱分解流体（燃料流）、Ｐｂ：予熱空気（酸化ガス）、Ｗ：隔壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を部分燃焼させて熱分解流体を生成する第一燃焼室と、この第一燃焼室内の燃焼により発生した熱分解流体を高温で再燃焼させる第二燃焼室とを備えた二燃焼室型の燃焼装置において、
前記第一燃焼室にて発生した熱分解流体は、燃料電池を介して、第二燃焼室へ導入されるように構成されていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
前記燃料電池は、前記第二燃焼室内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記燃料電池は、前記第一燃焼室と第二燃焼室との間に介装されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記燃料電池の上流側に高温フィルターを設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項５】
前記燃料電池と前記高温フィルターとの間に触媒フィルターを設けたことを特徴とする請求項４に記載の燃焼装置。
【請求項６】
前記燃焼室は、木材などの天然バイオマス、都市ゴミのような廃棄物系バイオマスのみならず石炭などの化石燃料をも単独または任意の割合で混合して燃料として使用できることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項７】
前記第二燃焼室より排出される排ガスを空気などの酸化剤と混合しかつ熱交換を行う機能を有する熱交換器を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項８】
前記高温型燃料電池からの排ガスをそのまま燃焼させボイラーの熱源として使用できる第二燃焼室を備えていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項９】
前記第二燃焼室は、前記燃料電池の第二燃焼室内への設置ならびにメンテナンスのための取出しが容易に行えるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃焼装置。
【請求項１０】
燃料を部分燃焼させて熱分解流体を生成する第一燃焼室と、この第一燃焼室内の燃焼により発生した熱分解流体を高温で再燃焼させる第二燃焼室とを有する二燃焼室型燃焼装置と、
前記第一燃焼室内で生成された熱分解流体を燃料とする燃料電池と
を備え、
前記第一燃焼室にて発生した熱分解流体は、燃料電池を介して、第二燃焼室へ導入されるように前記第一燃焼室、燃料電池及び第二燃焼室が配置構成されていることを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項１１】
前記燃料電池は、前記第二燃焼室内に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１２】
前記燃料電池は、前記第一燃焼室と第二燃焼室との間に介装されていることを特徴とする請求項１０に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１３】
前記第一燃焼室内で発生した高温ガス及び熱分解流体中の不純物を高温フィルターを用いて除去した後、第二燃焼室へ送出させることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１４】
不純物除去後の高温ガス及び熱分解流体を触媒フィルターを用いて改質した後、第二燃焼室へ導入させることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１５】
前記燃料電池は、高温型で電解質、アノード及びカソードを有しており、電解質として固体酸化物ないし溶融塩を用いる請求項１０ないし１４のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１６】
前記燃料電池のカソードヘの酸化剤ガスの供給を、燃焼装置排ガスの排出流によって生じる第二燃焼室内負圧によって行うことを特徴とする請求項１０ないし１５のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１７】
前記燃料電池のアノードヘの燃料流体の供給を、第一燃焼室における部分燃焼熱分解によって生じる圧力ならびに燃焼装置排ガスの排出流によって生じる第二燃焼室内負圧によって行うことを特徴とする請求項１０ないし１６のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１】
燃料を部分燃焼させて熱分解流体を生成する第一燃焼室と、この第一燃焼室内の燃焼により発生した熱分解流体を高温で再燃焼させる第二燃焼室とを備えた二燃焼室型の燃焼装置において、
前記第一燃焼室にて発生した熱分解流体は、燃料電池を介して、第二燃焼室へ導入されるように構成されていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
前記燃料電池は、前記第二燃焼室内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記燃料電池は、前記第一燃焼室と第二燃焼室との間に介装されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記燃料電池の上流側に高温フィルターを設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項５】
前記燃料電池と前記高温フィルターとの間に触媒フィルターを設けたことを特徴とする請求項４に記載の燃焼装置。
【請求項６】
前記燃焼室は、木材などの天然バイオマス、都市ゴミのような廃棄物系バイオマスのみならず石炭などの化石燃料をも単独または任意の割合で混合して燃料として使用できることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項７】
前記第二燃焼室より排出される排ガスを空気などの酸化剤と混合しかつ熱交換を行う機能を有する熱交換器を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項８】
前記高温型燃料電池からの排ガスをそのまま燃焼させボイラーの熱源として使用できる第二燃焼室を備えていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項９】
前記第二燃焼室は、前記燃料電池の第二燃焼室内への設置ならびにメンテナンスのための取出しが容易に行えるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃焼装置。
【請求項１０】
燃料を部分燃焼させて熱分解流体を生成する第一燃焼室と、この第一燃焼室内の燃焼により発生した熱分解流体を高温で再燃焼させる第二燃焼室とを有する二燃焼室型燃焼装置と、
前記第一燃焼室内で生成された熱分解流体を燃料とする燃料電池と
を備え、
前記第一燃焼室にて発生した熱分解流体は、燃料電池を介して、第二燃焼室へ導入されるように前記第一燃焼室、燃料電池及び第二燃焼室が配置構成されていることを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項１１】
前記燃料電池は、前記第二燃焼室内に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１２】
前記燃料電池は、前記第一燃焼室と第二燃焼室との間に介装されていることを特徴とする請求項１０に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１３】
前記第一燃焼室内で発生した高温ガス及び熱分解流体中の不純物を高温フィルターを用いて除去した後、第二燃焼室へ送出させることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１４】
不純物除去後の高温ガス及び熱分解流体を触媒フィルターを用いて改質した後、第二燃焼室へ導入させることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１５】
前記燃料電池は、高温型で電解質、アノード及びカソードを有しており、電解質として固体酸化物ないし溶融塩を用いる請求項１０ないし１４のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１６】
前記燃料電池のカソードヘの酸化剤ガスの供給を、燃焼装置排ガスの排出流によって生じる第二燃焼室内負圧によって行うことを特徴とする請求項１０ないし１５のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１７】
前記燃料電池のアノードヘの燃料流体の供給を、第一燃焼室における部分燃焼熱分解によって生じる圧力ならびに燃焼装置排ガスの排出流によって生じる第二燃焼室内負圧によって行うことを特徴とする請求項１０ないし１６のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−６５７８６（Ｐ２０１１−６５７８６Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１３６４４（Ｐ２００９−２１３６４４）
【出願日】平成２１年９月１５日（２００９．９．１５）
【出願人】（３０８０３４６６０）株式会社アーク (2)
【出願人】（５０９２５８９８０）株式会社山形屋 (1)
【出願人】（５０９２５９４９３）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１５日（２００９．９．１５）
【出願人】（３０８０３４６６０）株式会社アーク (2)
【出願人】（５０９２５８９８０）株式会社山形屋 (1)
【出願人】（５０９２５９４９３）
【Ｆターム（参考）】
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