JP2001182904A - 燃焼装置及び改質器並びに固体高分子型燃料電池発電システム - Google Patents
燃焼装置及び改質器並びに固体高分子型燃料電池発電システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 バーナの燃料消費量を削減でき、省エネルギ
を達成できる燃焼装置及び改質器並びに固体高分子型燃
料電池発電システムを提供する。 【解決手段】 バーナヘッド３０１を囲うバーナケース
３０２と、このバーナケース３０２を囲う外装ケース３
３３とを有し、この外装ケース３３３とバーナケース３
０２間に形成された通路３３５を通じてバーナヘッド３
０２に燃焼用空気を供給する構成としたものである。
を達成できる燃焼装置及び改質器並びに固体高分子型燃
料電池発電システムを提供する。 【解決手段】 バーナヘッド３０１を囲うバーナケース
３０２と、このバーナケース３０２を囲う外装ケース３
３３とを有し、この外装ケース３３３とバーナケース３
０２間に形成された通路３３５を通じてバーナヘッド３
０２に燃焼用空気を供給する構成としたものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、省エネルギータイ
プの燃焼装置及び改質器並びに固体高分子型燃料電池発
電システムに関する。
プの燃焼装置及び改質器並びに固体高分子型燃料電池発
電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、燃焼装置で常時加熱した状態で、
天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタン等の
燃料ガスを化学反応させて水素に改質する改質器と、一
酸化炭素を変成するＣＯ変成器と、一酸化炭素を除去す
るＣＯ除去器と、上記水素によって発電する燃料電池と
を備えた固体高分子型燃料電池発電システムが提案され
ている。
天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタン等の
燃料ガスを化学反応させて水素に改質する改質器と、一
酸化炭素を変成するＣＯ変成器と、一酸化炭素を除去す
るＣＯ除去器と、上記水素によって発電する燃料電池と
を備えた固体高分子型燃料電池発電システムが提案され
ている。
【０００３】上記燃焼装置は、バーナヘッドを囲うバー
ナケースを有し、このバーナケースに燃焼用空気を供給
する管路を接続し、この管路を通じて供給された燃焼用
空気を、上記バーナヘッドに供給して原燃料と混合さ
せ、当該バーナヘッドに形成された炎孔で燃焼させる構
成を採用している。
ナケースを有し、このバーナケースに燃焼用空気を供給
する管路を接続し、この管路を通じて供給された燃焼用
空気を、上記バーナヘッドに供給して原燃料と混合さ
せ、当該バーナヘッドに形成された炎孔で燃焼させる構
成を採用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来構
成では、バーナヘッドでの熱がバーナケースに伝達さ
れ、このバーナケースの外壁が熱くなるという問題があ
る。
成では、バーナヘッドでの熱がバーナケースに伝達さ
れ、このバーナケースの外壁が熱くなるという問題があ
る。
【０００５】このバーナケースの外壁が熱くなれば、そ
の分だけ熱ロスが大きくなるので、バーナの燃料を無駄
に消費するという問題がある。
の分だけ熱ロスが大きくなるので、バーナの燃料を無駄
に消費するという問題がある。
【０００６】そこで、本発明の目的は、上述した従来技
術が有する課題を解消し、バーナの燃料消費量を削減で
き、省エネルギを達成できる燃焼装置及び改質器並びに
固体高分子型燃料電池発電システムを提供することにあ
る。
術が有する課題を解消し、バーナの燃料消費量を削減で
き、省エネルギを達成できる燃焼装置及び改質器並びに
固体高分子型燃料電池発電システムを提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
バーナヘッドを囲うバーナケースと、このバーナケース
を囲う外装ケースとを有し、この外装ケースと前記バー
ナケース間に形成された通路を通じてバーナヘッドに燃
焼用空気を供給する構成とした、ことを特徴とするもの
である。
バーナヘッドを囲うバーナケースと、このバーナケース
を囲う外装ケースとを有し、この外装ケースと前記バー
ナケース間に形成された通路を通じてバーナヘッドに燃
焼用空気を供給する構成とした、ことを特徴とするもの
である。
【０００８】請求項２記載の発明は、バーナヘッドの外
周部を覆い、その下部に燃焼用空気吸込室を形成したバ
ーナケースを備え、このバーナケースの外周部を囲うよ
うに外装ケースを設け、この外装ケースとバーナケース
との間に、その下端が燃焼用空気吸込室に連通する燃焼
用空気通路を形成し、外装ケースの上部に燃焼用空気を
供給する管路を接続し、この管路を通じて供給された空
気を、燃焼用空気通路および燃焼用空気吸込室を通じて
バーナヘッドに供給する構成とした、ことを特徴とする
ものである。
周部を覆い、その下部に燃焼用空気吸込室を形成したバ
ーナケースを備え、このバーナケースの外周部を囲うよ
うに外装ケースを設け、この外装ケースとバーナケース
との間に、その下端が燃焼用空気吸込室に連通する燃焼
用空気通路を形成し、外装ケースの上部に燃焼用空気を
供給する管路を接続し、この管路を通じて供給された空
気を、燃焼用空気通路および燃焼用空気吸込室を通じて
バーナヘッドに供給する構成とした、ことを特徴とする
ものである。
【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載のものにおいて、バーナヘッドが外周壁に炎孔を有
し、その内側には燃焼室を有し、この燃焼室に高カロリ
ーガスを導く第１の導入管と、低カロリーガスを導く第
２の導入管とを備え、前記カロリーの異なるガスを共通
の炎孔を用いて選択的又はプレミックスさせて燃焼可能
に構成されている、ことを特徴とする。
記載のものにおいて、バーナヘッドが外周壁に炎孔を有
し、その内側には燃焼室を有し、この燃焼室に高カロリ
ーガスを導く第１の導入管と、低カロリーガスを導く第
２の導入管とを備え、前記カロリーの異なるガスを共通
の炎孔を用いて選択的又はプレミックスさせて燃焼可能
に構成されている、ことを特徴とする。
【００１０】請求項４記載の発明は、請求項１ないし３
のいずれかに記載のものにおいて、バーナヘッドがバー
ナケース内に同心状に組み込まれ、バーナケースとバー
ナヘッド間に環状の冷却空気用通路が形成されている、
ことを特徴とする。
のいずれかに記載のものにおいて、バーナヘッドがバー
ナケース内に同心状に組み込まれ、バーナケースとバー
ナヘッド間に環状の冷却空気用通路が形成されている、
ことを特徴とする。
【００１１】請求項５記載の発明は、請求項１ないし４
のいずれかに記載のものにおいて、炎孔が縦長のスリッ
ト或いは円孔であることを特徴とする。
のいずれかに記載のものにおいて、炎孔が縦長のスリッ
ト或いは円孔であることを特徴とする。
【００１２】請求項６記載の発明は、燃焼装置で常時加
熱した状態で、天然ガス、都市ガス、ＬＰＧ、ブタン等
の燃料ガスを化学反応させて水素に改質する改質器にお
いて、前記燃焼装置が、バーナヘッドを囲うバーナケー
スと、このバーナケースを囲う外装ケースとを有し、こ
の外装ケースと前記バーナケース間に形成された通路を
通じてバーナヘッドに燃焼用空気を供給する構成とし
た、ことを特徴とする。
熱した状態で、天然ガス、都市ガス、ＬＰＧ、ブタン等
の燃料ガスを化学反応させて水素に改質する改質器にお
いて、前記燃焼装置が、バーナヘッドを囲うバーナケー
スと、このバーナケースを囲う外装ケースとを有し、こ
の外装ケースと前記バーナケース間に形成された通路を
通じてバーナヘッドに燃焼用空気を供給する構成とし
た、ことを特徴とする。
【００１３】請求項７記載の発明は、燃焼装置で常時加
熱した状態で、天然ガス、都市ガス、ＬＰＧ、ブタン等
の燃料ガスを化学反応させて水素に改質する改質器と、
一酸化炭素を変成するＣＯ変成器と、一酸化炭素を除去
するＣＯ除去器と、水素によって発電する燃料電池とを
備えた、固体高分子型燃料電池発電システムにおいて、
前記燃焼装置が、バーナヘッドを囲うバーナケースと、
このバーナケースを囲う外装ケースとを有し、この外装
ケースと前記バーナケース間に形成された通路を通じて
バーナヘッドに燃焼用空気を供給する構成とした、こと
を特徴とする。
熱した状態で、天然ガス、都市ガス、ＬＰＧ、ブタン等
の燃料ガスを化学反応させて水素に改質する改質器と、
一酸化炭素を変成するＣＯ変成器と、一酸化炭素を除去
するＣＯ除去器と、水素によって発電する燃料電池とを
備えた、固体高分子型燃料電池発電システムにおいて、
前記燃焼装置が、バーナヘッドを囲うバーナケースと、
このバーナケースを囲う外装ケースとを有し、この外装
ケースと前記バーナケース間に形成された通路を通じて
バーナヘッドに燃焼用空気を供給する構成とした、こと
を特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００１５】図１において、符号１００は建家を示して
おり、この建家１００には低圧電灯線１０１、電力量計
１０２、および分電盤１０３を経て、商用電源が供給さ
れている。この商用電源は、細線で示した第１のケーブ
ル１０４を経て、エアコン１０５、テレビジョン１０６
等に供給されている。
おり、この建家１００には低圧電灯線１０１、電力量計
１０２、および分電盤１０３を経て、商用電源が供給さ
れている。この商用電源は、細線で示した第１のケーブ
ル１０４を経て、エアコン１０５、テレビジョン１０６
等に供給されている。
【００１６】一方、本実施形態では、家庭用小型電源シ
ステムを構成する固体高分子型燃料電池発電システム
（ポリマ・エレクトロライト・フューエル・セル：ＰＥ
ＦＣ装置）Ｓが、建家１００の外に設置されている。
ステムを構成する固体高分子型燃料電池発電システム
（ポリマ・エレクトロライト・フューエル・セル：ＰＥ
ＦＣ装置）Ｓが、建家１００の外に設置されている。
【００１７】この家庭用小型電源システムＳは、図２に
示すように、ＰＥＦＣ装置のほかに熱回収装置を含んで
いる。この熱回収装置は、貯湯タンク１１２とイオン交
換樹脂１２５とを有し、このイオン交換樹脂１２５には
水道管を通じて市水が供給される。この市水はイオン交
換樹脂１２５で純水にされて、後述する水タンク２１
（図３）に供給される。ＰＥＦＣ装置は、燃料供給装置
（改質器、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器）１２１を有してい
る。
示すように、ＰＥＦＣ装置のほかに熱回収装置を含んで
いる。この熱回収装置は、貯湯タンク１１２とイオン交
換樹脂１２５とを有し、このイオン交換樹脂１２５には
水道管を通じて市水が供給される。この市水はイオン交
換樹脂１２５で純水にされて、後述する水タンク２１
（図３）に供給される。ＰＥＦＣ装置は、燃料供給装置
（改質器、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器）１２１を有してい
る。
【００１８】この燃料供給装置１２１には天然ガス、都
市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタン等の燃料ガスが供
給され、ここにはさらに後述する水タンク２１（図３）
からの水が供給されて、水素が生成される。この水素は
燃料電池６に供給されて、ここで水素と空気中の酸素と
を化学反応させて発電が行われる。１２３は発電制御を
司る制御装置である。
市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタン等の燃料ガスが供
給され、ここにはさらに後述する水タンク２１（図３）
からの水が供給されて、水素が生成される。この水素は
燃料電池６に供給されて、ここで水素と空気中の酸素と
を化学反応させて発電が行われる。１２３は発電制御を
司る制御装置である。
【００１９】この電力はＤＣ／ＤＣコンバータ１２４を
経て、１８０Ｖにまで昇圧され、系統連系インバータ１
１１に送られ、ここから、図１に太線で示した第２のケ
ーブル１０７を通じて、パソコン１０８、照明１０９、
冷蔵庫１１０等に供給されている。この燃料電池発電シ
ステムＳは、系統連系インバータ１１１を介して商用電
源に接続されている。
経て、１８０Ｖにまで昇圧され、系統連系インバータ１
１１に送られ、ここから、図１に太線で示した第２のケ
ーブル１０７を通じて、パソコン１０８、照明１０９、
冷蔵庫１１０等に供給されている。この燃料電池発電シ
ステムＳは、系統連系インバータ１１１を介して商用電
源に接続されている。
【００２０】この小型電源システムＳでは、発電の過程
で熱が発生するので、この熱を利用して市水から温水を
生成し、この温水を、図２に示すように、貯湯槽１１２
に蓄える。この温水は、図１に示すように、風呂１１
３、キッチン１１４等に供給される。この貯湯槽１１２
は、建家１００の外に設置される。
で熱が発生するので、この熱を利用して市水から温水を
生成し、この温水を、図２に示すように、貯湯槽１１２
に蓄える。この温水は、図１に示すように、風呂１１
３、キッチン１１４等に供給される。この貯湯槽１１２
は、建家１００の外に設置される。
【００２１】つぎに、本実施形態に係る固体高分子型燃
料電池発電システム（家庭用小型電源システム）Ｓにつ
いて、図３を参照して説明する。
料電池発電システム（家庭用小型電源システム）Ｓにつ
いて、図３を参照して説明する。
【００２２】この家庭用小型電源システムＳでは、天然
ガス、都市ガス等の燃料ガス１が脱硫器２に供給され、
ここで燃料ガスから硫黄成分が除去される。この脱硫器
２を経た燃料ガスは、昇圧ポンプ１０で昇圧されて改質
器３に供給される。この改質器３では、水素、二酸化炭
素、および一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。こ
の改質器３を経たガスは、ＣＯ変成器４に供給され、こ
こでは改質ガスに含まれる一酸化炭素が二酸化炭素に変
成される。
ガス、都市ガス等の燃料ガス１が脱硫器２に供給され、
ここで燃料ガスから硫黄成分が除去される。この脱硫器
２を経た燃料ガスは、昇圧ポンプ１０で昇圧されて改質
器３に供給される。この改質器３では、水素、二酸化炭
素、および一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。こ
の改質器３を経たガスは、ＣＯ変成器４に供給され、こ
こでは改質ガスに含まれる一酸化炭素が二酸化炭素に変
成される。
【００２３】このＣＯ変成器４を経たガスは、ＣＯ除去
器５に供給され、ここではＣＯ変成器４を経たガス中の
未変成の一酸化炭素が除去される。
器５に供給され、ここではＣＯ変成器４を経たガス中の
未変成の一酸化炭素が除去される。
【００２４】このＣＯ除去器５を経た、当該一酸化炭素
が除去された後の水素が、固体高分子型の燃料電池６に
供給される。この燃料電池６は、燃料極（アノード）６
ａと空気極（カソード）６ｂと冷却部６ｃとを備え、上
記水素は、アノード６ａに供給される。この水素と、フ
ァン１１を経て、カソード６ｂに供給された空気中に含
まれる酸素とが反応し、電力が発生する。
が除去された後の水素が、固体高分子型の燃料電池６に
供給される。この燃料電池６は、燃料極（アノード）６
ａと空気極（カソード）６ｂと冷却部６ｃとを備え、上
記水素は、アノード６ａに供給される。この水素と、フ
ァン１１を経て、カソード６ｂに供給された空気中に含
まれる酸素とが反応し、電力が発生する。
【００２５】上記改質器３は、バーナ１２を有し、ここ
にはパイプ１３を介して原燃料が供給され、ファン１４
を介して空気が供給され、パイプ１５を介して、アノー
ド６ａを経た未反応水素が供給される。
にはパイプ１３を介して原燃料が供給され、ファン１４
を介して空気が供給され、パイプ１５を介して、アノー
ド６ａを経た未反応水素が供給される。
【００２６】システム起動時には、バーナ１２に、パイ
プ１３を介して原燃料が供給されると共に、ファン１４
を介して空気が供給され、起動後、システムが安定した
場合には、原燃料の供給が断たれて、バーナ１２に、パ
イプ１５を介して、アノード６ａを経た未反応水素が供
給される。
プ１３を介して原燃料が供給されると共に、ファン１４
を介して空気が供給され、起動後、システムが安定した
場合には、原燃料の供給が断たれて、バーナ１２に、パ
イプ１５を介して、アノード６ａを経た未反応水素が供
給される。
【００２７】上記した改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除
去器５、燃料電池６では、所定の反応温度を有する化学
反応が行われる。改質器３における化学反応は吸熱反応
であるので、バーナ１２によって常時加熱しながら化学
反応を行う。
去器５、燃料電池６では、所定の反応温度を有する化学
反応が行われる。改質器３における化学反応は吸熱反応
であるので、バーナ１２によって常時加熱しながら化学
反応を行う。
【００２８】また、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５で行わ
れる化学反応は発熱反応であるので、例えばＣＯ除去器
５では、システム起動時のみバーナ（図示せず）を燃焼
させて、燃焼ガスを発生させ、このとき発生した燃焼ガ
スの熱でＣＯ除去器５の温度を反応温度まで昇温し、こ
の反応温度まで昇温した後には、発熱反応の熱により反
応温度以上に昇温しないように冷却が行われる。
れる化学反応は発熱反応であるので、例えばＣＯ除去器
５では、システム起動時のみバーナ（図示せず）を燃焼
させて、燃焼ガスを発生させ、このとき発生した燃焼ガ
スの熱でＣＯ除去器５の温度を反応温度まで昇温し、こ
の反応温度まで昇温した後には、発熱反応の熱により反
応温度以上に昇温しないように冷却が行われる。
【００２９】燃料電池６では、電気化学反応が行われ、
この電気化学反応時の活性化過電圧、濃度過電圧、抵抗
過電圧により熱が発生する。
この電気化学反応時の活性化過電圧、濃度過電圧、抵抗
過電圧により熱が発生する。
【００３０】上記した改質器３とＣＯ変成器４間、ＣＯ
変成器４とＣＯ除去器５間、ＣＯ除去器５と燃料電池６
間および燃料電池６の排気系２６には、それぞれ熱交換
器１８，１９，２０，２７が接続されている。
変成器４とＣＯ除去器５間、ＣＯ除去器５と燃料電池６
間および燃料電池６の排気系２６には、それぞれ熱交換
器１８，１９，２０，２７が接続されている。
【００３１】そして、各熱交換器１８，１９，２０には
水タンク２１の水が、ポンプ２３，２４，２５を介して
循環し、これらの水で、改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ
除去器５を経たガスがそれぞれ冷却される。熱交換器２
７には上記貯湯タンク１１２（図２）の水が、ポンプ２
８を介して循環する。
水タンク２１の水が、ポンプ２３，２４，２５を介して
循環し、これらの水で、改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ
除去器５を経たガスがそれぞれ冷却される。熱交換器２
７には上記貯湯タンク１１２（図２）の水が、ポンプ２
８を介して循環する。
【００３２】燃料電池６の冷却部６ｃには、ポンプ４８
を介して、水タンク２１の水が循環し、この水で、燃料
電池６が冷却される。
を介して、水タンク２１の水が循環し、この水で、燃料
電池６が冷却される。
【００３３】上記改質器３の排気系３１には、熱交換器
１７が接続され、水タンク２１の水が、ポンプ２２を介
して供給されると、この熱交換器１７で水蒸気化し、こ
の水蒸気が、原燃料と混合して改質器３に供給される。
１７が接続され、水タンク２１の水が、ポンプ２２を介
して供給されると、この熱交換器１７で水蒸気化し、こ
の水蒸気が、原燃料と混合して改質器３に供給される。
【００３４】上記の排気系３１には、熱交換器１７の他
に、さらに別の熱交換器３２が接続され、この熱交換器
３２には、上記貯湯タンク１１２の水が、ポンプ３３を
介して循環し、廃熱回収が行われる。
に、さらに別の熱交換器３２が接続され、この熱交換器
３２には、上記貯湯タンク１１２の水が、ポンプ３３を
介して循環し、廃熱回収が行われる。
【００３５】本システムでは、プロセスガス（ＰＧ）バ
ーナ３４を備える。
ーナ３４を備える。
【００３６】本システムの起動時には、改質器３、ＣＯ
変成器４、ＣＯ除去器５を経た改質ガスが安定していな
いので、それが安定するまでは、このガスを燃料電池６
に供給することができない。そこで、各反応器が安定す
るまでは、不安定な状態にあるガスを、このＰＧバーナ
３４に導いて燃焼させる。そして、各反応器が安定した
後、燃料電池６に導入して発電を行う。燃料電池６での
発電に使用できなかった未反応ガスは、当初ＰＧバーナ
３４に導いて燃焼し、本システムの系が安定した後、改
質器３のバーナ１２に導入して燃焼させる。
変成器４、ＣＯ除去器５を経た改質ガスが安定していな
いので、それが安定するまでは、このガスを燃料電池６
に供給することができない。そこで、各反応器が安定す
るまでは、不安定な状態にあるガスを、このＰＧバーナ
３４に導いて燃焼させる。そして、各反応器が安定した
後、燃料電池６に導入して発電を行う。燃料電池６での
発電に使用できなかった未反応ガスは、当初ＰＧバーナ
３４に導いて燃焼し、本システムの系が安定した後、改
質器３のバーナ１２に導入して燃焼させる。
【００３７】ＰＧバーナ３４の制御系を説明すると、本
システムの起動後、各反応器が温度的に安定するまで
は、開閉弁９１が閉じられて、改質ガスは管路３５およ
び開閉弁３６を通じてＰＧバーナ３４に供給される。各
反応器が温度的に安定した場合、今度は、燃料電池６の
温度が安定するまで、開閉弁９１が開かれ、開閉弁９２
が閉じられて、改質ガスが管路３８および開閉弁３９を
通じてＰＧバーナ３４に供給され、そこで燃焼される。
燃料電池６の温度が安定し、連続して発電が行われる場
合、開閉弁９１，９２が開かれ、開閉弁３６，３９が閉
じられて、燃料電池６を経た未反応ガスは管路１５を経
てバーナ１２に供給される。
システムの起動後、各反応器が温度的に安定するまで
は、開閉弁９１が閉じられて、改質ガスは管路３５およ
び開閉弁３６を通じてＰＧバーナ３４に供給される。各
反応器が温度的に安定した場合、今度は、燃料電池６の
温度が安定するまで、開閉弁９１が開かれ、開閉弁９２
が閉じられて、改質ガスが管路３８および開閉弁３９を
通じてＰＧバーナ３４に供給され、そこで燃焼される。
燃料電池６の温度が安定し、連続して発電が行われる場
合、開閉弁９１，９２が開かれ、開閉弁３６，３９が閉
じられて、燃料電池６を経た未反応ガスは管路１５を経
てバーナ１２に供給される。
【００３８】ＰＧバーナ３４の排気系４５には、熱交換
器４６が接続され、この熱交換器４６には、ポンプ４７
を介して、貯湯タンク１１２の水が循環する。
器４６が接続され、この熱交換器４６には、ポンプ４７
を介して、貯湯タンク１１２の水が循環する。
【００３９】水タンク２１と貯湯タンク１１２間には、
熱交換器４１が接続され、この熱交換器４１には、ポン
プ４２を介して水タンク２１の水が循環し、ポンプ４３
を介して貯湯タンク１１２の水が循環する。
熱交換器４１が接続され、この熱交換器４１には、ポン
プ４２を介して水タンク２１の水が循環し、ポンプ４３
を介して貯湯タンク１１２の水が循環する。
【００４０】この熱交換器４１での熱交換によって、貯
湯タンク１１２の水の温度が上昇し、水タンク２１の水
の温度が低下する。
湯タンク１１２の水の温度が上昇し、水タンク２１の水
の温度が低下する。
【００４１】以上の構成では、家庭用小型電源システム
Ｓが、コージェネレーションシステムの形態をとるの
で、エネルギの有効活用が図られる。
Ｓが、コージェネレーションシステムの形態をとるの
で、エネルギの有効活用が図られる。
【００４２】従って、高い総合熱効率が得られるので、
原燃料の消費量が減少し、二酸化炭素の排出量が低減さ
れる。
原燃料の消費量が減少し、二酸化炭素の排出量が低減さ
れる。
【００４３】図４は、改質器３の構造を示す。
【００４４】この改質器３は、下部に、断熱材３００を
介してバーナ１２を備えている。このバーナ１２は、図
５に示すように、バーナヘッド３０１と、このバーナヘ
ッド３０１の外周部を覆い、その下部に燃焼用空気吸込
室３０２Ａを形成したバーナケース３０２とを有してい
る。
介してバーナ１２を備えている。このバーナ１２は、図
５に示すように、バーナヘッド３０１と、このバーナヘ
ッド３０１の外周部を覆い、その下部に燃焼用空気吸込
室３０２Ａを形成したバーナケース３０２とを有してい
る。
【００４５】また、バーナケース３０２の外周部を囲う
ように外装ケース３３３が設けられ、この外装ケース３
３３とバーナケース３０２との間には、その下端が、バ
ーナケース３０２に形成された孔３０２Ｂを通じて、燃
焼用空気吸込室３０２Ａに連通する燃焼用空気の通路３
３５が形成されている。外装ケース３３３の上部には燃
焼用空気を供給する管路３３６が接続され、この管路３
３６を通じて供給された空気が、燃焼用空気の通路３３
５および空気吸込室３０２Ａを通じてバーナヘッド３０
１に供給される。
ように外装ケース３３３が設けられ、この外装ケース３
３３とバーナケース３０２との間には、その下端が、バ
ーナケース３０２に形成された孔３０２Ｂを通じて、燃
焼用空気吸込室３０２Ａに連通する燃焼用空気の通路３
３５が形成されている。外装ケース３３３の上部には燃
焼用空気を供給する管路３３６が接続され、この管路３
３６を通じて供給された空気が、燃焼用空気の通路３３
５および空気吸込室３０２Ａを通じてバーナヘッド３０
１に供給される。
【００４６】この実施形態では、円筒状のバーナヘッド
３０１が円筒状のバーナケース３０２内に同心状に組み
込まれ、バーナケース３０２とバーナヘッド３０１との
間には、環状の冷却空気用通路３２０が形成されてい
る。
３０１が円筒状のバーナケース３０２内に同心状に組み
込まれ、バーナケース３０２とバーナヘッド３０１との
間には、環状の冷却空気用通路３２０が形成されてい
る。
【００４７】このバーナヘッド３０１の外周壁３０１Ａ
には、複数の円形の炎孔３２１が形成され、この外周壁
３０１Ａの内側には火炎を形成する燃焼室３２３が形成
されている。３２２は拡散板である。バーナヘッド３０
１の底板３０１Ｂには、二重管構造の燃料供給パイプ３
２４が接続され、この二重管構造の燃料供給パイプ３２
４の内管３２４Ａには、パイプ１５（図３）を介して、
アノード６ａを経た未反応水素（低カロリーガス）が供
給され、その外管３２４Ｂには、パイプ１３（図３）を
介して原燃料（高カロリーガス）が供給される。管路３
３６には、ファン１４（図３）を介して空気が供給され
る。
には、複数の円形の炎孔３２１が形成され、この外周壁
３０１Ａの内側には火炎を形成する燃焼室３２３が形成
されている。３２２は拡散板である。バーナヘッド３０
１の底板３０１Ｂには、二重管構造の燃料供給パイプ３
２４が接続され、この二重管構造の燃料供給パイプ３２
４の内管３２４Ａには、パイプ１５（図３）を介して、
アノード６ａを経た未反応水素（低カロリーガス）が供
給され、その外管３２４Ｂには、パイプ１３（図３）を
介して原燃料（高カロリーガス）が供給される。管路３
３６には、ファン１４（図３）を介して空気が供給され
る。
【００４８】これによると、円筒状のバーナヘッド３０
１が、その周囲に冷却空気用通路３２０を備え、この冷
却空気用通路３２０に臨むバーナヘッド３０１の外周壁
３０１Ａには、複数の炎孔３２１が形成されているの
で、各炎孔３２１を通じて十分な量の一次空気が供給さ
れる。
１が、その周囲に冷却空気用通路３２０を備え、この冷
却空気用通路３２０に臨むバーナヘッド３０１の外周壁
３０１Ａには、複数の炎孔３２１が形成されているの
で、各炎孔３２１を通じて十分な量の一次空気が供給さ
れる。
【００４９】従って、このバーナヘッド３０１では、燃
料供給パイプ３２４の内管３２４Ａを通じて導入され
る、アノード６ａを経た未反応水素（低カロリーガス）
であっても、或いはその外管３２４Ｂを通じて導入され
る、原燃料（高カロリーガス）であっても、これらカロ
リーの異なるガスを共通の炎孔３２１を用いて選択的又
はプレミックスさせて燃焼可能である。
料供給パイプ３２４の内管３２４Ａを通じて導入され
る、アノード６ａを経た未反応水素（低カロリーガス）
であっても、或いはその外管３２４Ｂを通じて導入され
る、原燃料（高カロリーガス）であっても、これらカロ
リーの異なるガスを共通の炎孔３２１を用いて選択的又
はプレミックスさせて燃焼可能である。
【００５０】この構成では、低カロリーガスおよび／
または高カロリーガスを燃焼させる場合、いずれもバー
ナヘッド３０１内に火炎が形成され、このバーナヘッド
３０１の外側には、冷却空気用通路３２０が形成されて
いるので、上記燃焼によって、バーナケース３０２の外
壁が熱くなることがない。
または高カロリーガスを燃焼させる場合、いずれもバー
ナヘッド３０１内に火炎が形成され、このバーナヘッド
３０１の外側には、冷却空気用通路３２０が形成されて
いるので、上記燃焼によって、バーナケース３０２の外
壁が熱くなることがない。
【００５１】高カロリーガスを燃焼させる炎孔と、低
カロリーガスを燃焼させる炎孔とが共通であるので、従
来のように、二種類の炎孔を形成する必要がない。
カロリーガスを燃焼させる炎孔とが共通であるので、従
来のように、二種類の炎孔を形成する必要がない。
【００５２】高カロリーガスを燃焼させる予混合室が
不要になるので、予混合室に向かう逆火の発生を防止で
きる、等の効果を奏する。
不要になるので、予混合室に向かう逆火の発生を防止で
きる、等の効果を奏する。
【００５３】本実施形態では、外装ケース３３３とバー
ナケース３０２間に形成された燃焼用空気通路３３５を
通じて、燃焼用空気がバーナヘッド３０１に供給される
ので、この空気流によって、バーナケース３０２の熱が
遮断され、熱がそこに留まり、この熱が外装ケース３３
３に伝達されることがない。
ナケース３０２間に形成された燃焼用空気通路３３５を
通じて、燃焼用空気がバーナヘッド３０１に供給される
ので、この空気流によって、バーナケース３０２の熱が
遮断され、熱がそこに留まり、この熱が外装ケース３３
３に伝達されることがない。
【００５４】従って、放熱による熱ロスが抑制されるの
で、バーナ１２の燃料を無駄に消費することがなく、省
エネルギ化が図られる。
で、バーナ１２の燃料を無駄に消費することがなく、省
エネルギ化が図られる。
【００５５】このバーナ１２の燃焼ガスは、断熱材３０
０（図４）を貫通する燃焼筒３０３を通じて改質器本体
３０４の内部に導入される。
０（図４）を貫通する燃焼筒３０３を通じて改質器本体
３０４の内部に導入される。
【００５６】この改質器３は、上述した燃焼筒３０３
と、改質器本体３０４内部でこの燃焼筒３０３の外周部
に形成され、燃焼筒３０３の先端３０３Ａ側で当該燃焼
筒３０３に連通する燃焼ガスの第一通路３０５と、この
第一通路３０５の外周部に形成され、供給される原燃料
を改質する触媒層３０６を保有した原燃料通路３０７
と、この原燃料通路３０７の外周部に形成された燃焼ガ
スの第二通路３０８と、この第二通路３０８および第一
通路３０５を、燃焼筒３０３の後端３０３Ｂ側で連通す
る第三通路３０９とを有している。
と、改質器本体３０４内部でこの燃焼筒３０３の外周部
に形成され、燃焼筒３０３の先端３０３Ａ側で当該燃焼
筒３０３に連通する燃焼ガスの第一通路３０５と、この
第一通路３０５の外周部に形成され、供給される原燃料
を改質する触媒層３０６を保有した原燃料通路３０７
と、この原燃料通路３０７の外周部に形成された燃焼ガ
スの第二通路３０８と、この第二通路３０８および第一
通路３０５を、燃焼筒３０３の後端３０３Ｂ側で連通す
る第三通路３０９とを有している。
【００５７】そして、この実施形態では、燃焼筒３０３
の内壁の一部に、断熱部材３１０が設けられている。こ
の断熱部材３１０は第三通路３０９を覆って延び、触媒
層３０６の後端側３０６Ｂ近傍に達する。
の内壁の一部に、断熱部材３１０が設けられている。こ
の断熱部材３１０は第三通路３０９を覆って延び、触媒
層３０６の後端側３０６Ｂ近傍に達する。
【００５８】この断熱部材３１０は、図６に示すよう
に、燃焼ガスとの接触面側にセラミック系の耐熱タイル
３１１を備えている。この耐熱タイル３１１の下縁３１
１Ａと燃焼筒３０３の下縁３０３Ａ間にはセラミックフ
ァイバ等のパッキン３１２が介装され、燃焼筒３０３の
下縁３０３Ａにバーケース３０２の上縁３０２Ａを宛
い、これらをねじ３１３で連結している。
に、燃焼ガスとの接触面側にセラミック系の耐熱タイル
３１１を備えている。この耐熱タイル３１１の下縁３１
１Ａと燃焼筒３０３の下縁３０３Ａ間にはセラミックフ
ァイバ等のパッキン３１２が介装され、燃焼筒３０３の
下縁３０３Ａにバーケース３０２の上縁３０２Ａを宛
い、これらをねじ３１３で連結している。
【００５９】改質器本体３０４の上部には、熱交換器３
１５が配置されている。この熱交換器３１５は、原燃料
を触媒層３０６に導く管路３１６と、触媒層３０６で改
質された改質ガスを導出する管路３１７とで構成され
る。この熱交換器３１５が配置された空間３１５Ａを、
上記第二通路３０８を経た燃焼排ガスが上昇し、この排
ガスの熱が、管路３１６を通る供給原燃料に回収され、
熱回収された後の排ガスが排気口３１８を経て排気され
る。
１５が配置されている。この熱交換器３１５は、原燃料
を触媒層３０６に導く管路３１６と、触媒層３０６で改
質された改質ガスを導出する管路３１７とで構成され
る。この熱交換器３１５が配置された空間３１５Ａを、
上記第二通路３０８を経た燃焼排ガスが上昇し、この排
ガスの熱が、管路３１６を通る供給原燃料に回収され、
熱回収された後の排ガスが排気口３１８を経て排気され
る。
【００６０】つぎに、改質器の動作を説明する。
【００６１】この改質器３の触媒層３０６を通じた化学
反応は吸熱反応である。従って、バーナ１２の燃焼ガス
は、常時供給される。
反応は吸熱反応である。従って、バーナ１２の燃焼ガス
は、常時供給される。
【００６２】この加熱下において、管路３１６を通る原
燃料が、触媒層３０６を保有した原燃料通路３０７に入
る。この原燃料通路３０７は、触媒層３０６を保有した
内側通路３０７Ａと、その外側に位置する触媒層３０６
を保有しない外側通路３０７Ｂとに区分して構成されて
いる。この触媒層３０６は、常時７００〜８００℃に加
熱された状態にあり、この触媒層３０６に、上述したよ
うに、水蒸気と原燃料とからなる混合気が供給される
と、この混合気が水蒸気改質反応し、水素、二酸化炭
素、及び一酸化炭素を含む改質ガスに変成する。
燃料が、触媒層３０６を保有した原燃料通路３０７に入
る。この原燃料通路３０７は、触媒層３０６を保有した
内側通路３０７Ａと、その外側に位置する触媒層３０６
を保有しない外側通路３０７Ｂとに区分して構成されて
いる。この触媒層３０６は、常時７００〜８００℃に加
熱された状態にあり、この触媒層３０６に、上述したよ
うに、水蒸気と原燃料とからなる混合気が供給される
と、この混合気が水蒸気改質反応し、水素、二酸化炭
素、及び一酸化炭素を含む改質ガスに変成する。
【００６３】この改質ガスは、触媒層３０６の後端側３
０６Ｂ近傍の位置で、内側通路３０７Ｂから触媒層３０
６を保有しない外側通路３０７Ａに入る。そして、この
外側通路３０７Ａ内を上昇して、熱交換器３１５を構成
する管路３１７を経て、次工程（ＣＯ変成器４）に導か
れる。
０６Ｂ近傍の位置で、内側通路３０７Ｂから触媒層３０
６を保有しない外側通路３０７Ａに入る。そして、この
外側通路３０７Ａ内を上昇して、熱交換器３１５を構成
する管路３１７を経て、次工程（ＣＯ変成器４）に導か
れる。
【００６４】バーナ１２の燃焼ガスは、燃焼筒３０３を
通じて導入され、燃焼筒３０３の先端３０３Ａ側で第一
通路３０５に入り、そこを下降して第一通路３０５の下
端で、第三通路３０９を介して第二通路３０８に入り、
第二通路３０８内を上昇し、熱交換器３１５が配置され
た空間３１５Ａに入り、ここで管路３１６を通る原燃料
に熱を与え、その後、排気口３１８を経て排気される。
通じて導入され、燃焼筒３０３の先端３０３Ａ側で第一
通路３０５に入り、そこを下降して第一通路３０５の下
端で、第三通路３０９を介して第二通路３０８に入り、
第二通路３０８内を上昇し、熱交換器３１５が配置され
た空間３１５Ａに入り、ここで管路３１６を通る原燃料
に熱を与え、その後、排気口３１８を経て排気される。
【００６５】この触媒層３０６の反応は吸熱反応である
ため、触媒層３０６の先端側３０６Ａに熱を効率よく伝
達することが望ましい。
ため、触媒層３０６の先端側３０６Ａに熱を効率よく伝
達することが望ましい。
【００６６】この構成では、燃焼筒３０３の内壁に、第
三通路３０９を覆って延び、触媒層３０６の後端側３０
６Ｂ近傍に達する断熱部材３１０を設けたので、後端側
３０６Ｂの近傍で熱が奪われず、その熱が触媒層３０６
の先端側３０６Ａに効率よく伝達されるので、熱ロスが
少なく、当該先端側３０６Ａの反応が促進され、バーナ
１２の燃料を低く抑え、改質効率を向上させることがで
きる。
三通路３０９を覆って延び、触媒層３０６の後端側３０
６Ｂ近傍に達する断熱部材３１０を設けたので、後端側
３０６Ｂの近傍で熱が奪われず、その熱が触媒層３０６
の先端側３０６Ａに効率よく伝達されるので、熱ロスが
少なく、当該先端側３０６Ａの反応が促進され、バーナ
１２の燃料を低く抑え、改質効率を向上させることがで
きる。
【００６７】また、断熱部材３１０の燃焼ガスとの接触
面に、耐熱タイル３１１を備えているので、耐熱性に優
れ、断熱部材３１０の寿命が延びる。
面に、耐熱タイル３１１を備えているので、耐熱性に優
れ、断熱部材３１０の寿命が延びる。
【００６８】以上、一実施形態に基づいて本発明を説明
したが、本発明はこれに限定されるものでないことは明
らかである。例えば、複数の炎孔３２１は、円形のもの
に限定されず、縦長のスリットであってもよい。
したが、本発明はこれに限定されるものでないことは明
らかである。例えば、複数の炎孔３２１は、円形のもの
に限定されず、縦長のスリットであってもよい。
【００６９】
【発明の効果】本発明によれば、外装ケースとバーナケ
ース間に形成された燃焼用空気通路を通じて、燃焼用空
気がバーナヘッドに供給されるので、この空気流によっ
て、バーナケースの熱が遮断され、熱がそこに留まり。
この熱が外装ケースに伝達されることがない。従って、
放熱による熱ロスが抑制されるので、バーナの燃料を無
駄に消費することがなく、省エネルギ化が図られる。さ
らに、暖められた燃焼空気がバーナヘッドに導入される
ので、燃焼効率が上昇する。
ース間に形成された燃焼用空気通路を通じて、燃焼用空
気がバーナヘッドに供給されるので、この空気流によっ
て、バーナケースの熱が遮断され、熱がそこに留まり。
この熱が外装ケースに伝達されることがない。従って、
放熱による熱ロスが抑制されるので、バーナの燃料を無
駄に消費することがなく、省エネルギ化が図られる。さ
らに、暖められた燃焼空気がバーナヘッドに導入される
ので、燃焼効率が上昇する。
【図１】本発明による固体高分子型燃料電池発電システ
ムを家庭に設置した場合の系統図である。
ムを家庭に設置した場合の系統図である。
【図２】図１の屋外部分を示す図である。
【図３】固体高分子型燃料電池発電システムの一実施形
態を示す回路図である。
態を示す回路図である。
【図４】改質器の構造を示す断面図である。
【図５】バーナの構造を示す断面図である。
【図６】断熱部材の取付構造を示す断面図である。
３ 改質器 ４ ＣＯ変成器 ５ ＣＯ除去器 ６ 燃料電池 １２ バーナ ３０１ バーナヘッド ３０２ バーケース ３０２Ａ 燃焼用空気吸込室 ３３３ 外装ケース ３３５ 燃焼用空気通路 ３３６ 管路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田島 収 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3K017 DC03 3K023 BA07 BA10 BA13 BA15 3K091 AA20 BB01 BB26 CC06 CC24 5H027 AA06 BA09 BA17 BA19 BC07 DD06
Claims (7)
- 【請求項１】 バーナヘッドを囲うバーナケースと、こ
のバーナケースを囲う外装ケースとを有し、この外装ケ
ースと前記バーナケース間に形成された通路を通じてバ
ーナヘッドに燃焼用空気を供給する構成とした、 ことを特徴とする燃焼装置。 - 【請求項２】 バーナヘッドの外周部を覆い、その下部
に燃焼用空気吸込室を形成したバーナケースを備え、こ
のバーナケースの外周部を囲うように外装ケースを設
け、この外装ケースとバーナケースとの間に、その下端
が燃焼用空気吸込室に連通する燃焼用空気通路を形成
し、外装ケースの上部に燃焼用空気を供給する管路を接
続し、この管路を通じて供給された空気を、燃焼用空気
通路および燃焼用空気吸込室を通じてバーナヘッドに供
給する構成とした、 ことを特徴とする燃焼装置。 - 【請求項３】 前記バーナヘッドが外周壁に炎孔を有
し、その内側には燃焼室を有し、この燃焼室に高カロリ
ーガスを導く第１の導入管と、低カロリーガスを導く第
２の導入管とを備え、前記カロリーの異なるガスを共通
の炎孔を用いて選択的又はプレミックスさせて燃焼可能
に構成されている、 ことを特徴とする請求項１または２記載の燃焼装置。 - 【請求項４】 前記バーナヘッドがバーナケース内に同
心状に組み込まれ、バーナケースとバーナヘッド間に環
状の冷却空気用通路が形成されている、 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】 前記炎孔が縦長のスリット或いは円孔で
あることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記
載の燃焼装置。 - 【請求項６】 燃焼装置で常時加熱した状態で、天然ガ
ス、都市ガス、ＬＰＧ、ブタン等の燃料ガスを化学反応
させて水素に改質する改質器において、 前記燃焼装置が、 バーナヘッドを囲うバーナケースと、このバーナケース
を囲う外装ケースとを有し、この外装ケースと前記バー
ナケース間に形成された通路を通じてバーナヘッドに燃
焼用空気を供給する構成とした、 ことを特徴とする改質器。 - 【請求項７】 燃焼装置で常時加熱した状態で、天然ガ
ス、都市ガス、ＬＰＧ、ブタン等の燃料ガスを化学反応
させて水素に改質する改質器と、一酸化炭素を変成する
ＣＯ変成器と、一酸化炭素を除去するＣＯ除去器と、水
素によって発電する燃料電池とを備えた、固体高分子型
燃料電池発電システムにおいて、 前記燃焼装置が、 バーナヘッドを囲うバーナケースと、このバーナケース
を囲う外装ケースとを有し、この外装ケースと前記バー
ナケース間に形成された通路を通じてバーナヘッドに燃
焼用空気を供給する構成とした、 ことを特徴とする固体高分子型燃料電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37271199A JP3789705B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 改質器、及び、固体高分子型燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37271199A JP3789705B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 改質器、及び、固体高分子型燃料電池発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001182904A true JP2001182904A (ja) | 2001-07-06 |
| JP3789705B2 JP3789705B2 (ja) | 2006-06-28 |
Family
ID=18500930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP37271199A Expired - Fee Related JP3789705B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 改質器、及び、固体高分子型燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3789705B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007261828A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Ihi Corp | 燃料処理装置用気化バーナ装置 |
-
1999
- 1999-12-28 JP JP37271199A patent/JP3789705B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007261828A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Ihi Corp | 燃料処理装置用気化バーナ装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3789705B2 (ja) | 2006-06-28 |
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Legal Events
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