JP2002213710A - 燃焼装置 - Google Patents
燃焼装置Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Feeding And Controlling Fuel (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ２種類のガスを燃焼する場合に、低コストで
ありながらも、一方のガスの流量変動によって他方のガ
スの流量変動が生じない燃焼装置を実現する。 【解決手段】 燃焼装置２０は、原燃料ガスとオフガス
と一次空気を混合して予混合ガスとする混合室２４と、
その混合ガスを燃焼させるバーナ３０を備えている。そ
して、原燃料ガスの流路管３６とオフガスの流路管３４
は、混合室２４に各々独立して接続されている。
ありながらも、一方のガスの流量変動によって他方のガ
スの流量変動が生じない燃焼装置を実現する。 【解決手段】 燃焼装置２０は、原燃料ガスとオフガス
と一次空気を混合して予混合ガスとする混合室２４と、
その混合ガスを燃焼させるバーナ３０を備えている。そ
して、原燃料ガスの流路管３６とオフガスの流路管３４
は、混合室２４に各々独立して接続されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、燃焼装置に関す
る。詳しくは、２種類のガスと一次空気を混合して予混
合ガスとする混合室と、その予混合ガスを全一次燃焼さ
せるバーナを備えた全一次燃焼型の燃焼装置に関する。
る。詳しくは、２種類のガスと一次空気を混合して予混
合ガスとする混合室と、その予混合ガスを全一次燃焼さ
せるバーナを備えた全一次燃焼型の燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】 原燃料ガスと一次空気を混合させて予
混合ガスとする混合室と、その予混合ガスを全一次燃焼
させるバーナを備えた全一次燃焼型の燃焼装置が知られ
ている。この燃焼装置の混合室に原燃料ガスに加えて他
のガスを供給する場合がある。このような燃焼装置の一
例を図７を参照して説明する。図７は従来技術に係る燃
焼装置の説明図である。図７には、燃焼装置１２０を燃
料電池発電システムに組込んだ例が示されている。この
燃料電池発電システムは、改質器５６と、燃料電池６２
と、２つの燃焼装置１２０ａ、１２０ｂで主に構成され
ている。改質器５６は、改質燃料を加熱して水素リッチ
な改質ガスを生成する。燃料電池６２は、改質器５６で
生成された水素リッチな改質ガスを燃料として発電す
る。２つの燃焼装置１２０ａ、１２０ｂはそれぞれ、混
合室２４ａ、２４ｂと、バーナ３０ａ、３０ｂと、送風
ファン３８ａ、３８ｂを備えている。混合室２４では、
都市ガスやプロパンガス等の炭化水素を含む原燃料ガス
と、燃料電池６２で消費されなかった水素や炭化水素等
の可燃成分を含むオフガスと、送風ファン３８から供給
される一次空気を混合して予混合ガスとする。バーナ３
０は、混合室２４で混合した予混合ガスを全一次燃焼さ
せる。その燃焼熱を改質器５６に加えて改質反応を促進
する。燃料電池６２で発電に利用できる水素は最大でも
改質ガス中の水素の７５〜８０％程度であり、残りの２
０〜２５％の水素は未利用のまま燃料電池６２からオフ
ガスとして排出されるため、このオフガスの有効利用を
図ろうとするものである。
混合ガスとする混合室と、その予混合ガスを全一次燃焼
させるバーナを備えた全一次燃焼型の燃焼装置が知られ
ている。この燃焼装置の混合室に原燃料ガスに加えて他
のガスを供給する場合がある。このような燃焼装置の一
例を図７を参照して説明する。図７は従来技術に係る燃
焼装置の説明図である。図７には、燃焼装置１２０を燃
料電池発電システムに組込んだ例が示されている。この
燃料電池発電システムは、改質器５６と、燃料電池６２
と、２つの燃焼装置１２０ａ、１２０ｂで主に構成され
ている。改質器５６は、改質燃料を加熱して水素リッチ
な改質ガスを生成する。燃料電池６２は、改質器５６で
生成された水素リッチな改質ガスを燃料として発電す
る。２つの燃焼装置１２０ａ、１２０ｂはそれぞれ、混
合室２４ａ、２４ｂと、バーナ３０ａ、３０ｂと、送風
ファン３８ａ、３８ｂを備えている。混合室２４では、
都市ガスやプロパンガス等の炭化水素を含む原燃料ガス
と、燃料電池６２で消費されなかった水素や炭化水素等
の可燃成分を含むオフガスと、送風ファン３８から供給
される一次空気を混合して予混合ガスとする。バーナ３
０は、混合室２４で混合した予混合ガスを全一次燃焼さ
せる。その燃焼熱を改質器５６に加えて改質反応を促進
する。燃料電池６２で発電に利用できる水素は最大でも
改質ガス中の水素の７５〜８０％程度であり、残りの２
０〜２５％の水素は未利用のまま燃料電池６２からオフ
ガスとして排出されるため、このオフガスの有効利用を
図ろうとするものである。
【０００３】２種類のガス（上記の場合には原燃料ガス
とオフガス）を燃焼装置の混合室に供給する場合に、図
７に示す方式では、燃焼装置１２０ａの混合室２４ａに
原燃料ガスの流路管３６を接続し、燃焼装置１２０ｂの
混合室２４ｂにオフガスの流路管３４を接続していた。
すなわち、原燃料ガスの流路管３６とオフガスの流路管
３４を各々別の燃焼装置１２０ａ、１２０ｂの混合室２
４ａ、２４ｂに接続していた。一方、図８に示すよう
に、混合室２４にガスを供給する１本の流路管３５に、
原燃料ガスの流路管３６とオフガスの流路管３４を接続
する方式の燃焼装置２２０も知られている。
とオフガス）を燃焼装置の混合室に供給する場合に、図
７に示す方式では、燃焼装置１２０ａの混合室２４ａに
原燃料ガスの流路管３６を接続し、燃焼装置１２０ｂの
混合室２４ｂにオフガスの流路管３４を接続していた。
すなわち、原燃料ガスの流路管３６とオフガスの流路管
３４を各々別の燃焼装置１２０ａ、１２０ｂの混合室２
４ａ、２４ｂに接続していた。一方、図８に示すよう
に、混合室２４にガスを供給する１本の流路管３５に、
原燃料ガスの流路管３６とオフガスの流路管３４を接続
する方式の燃焼装置２２０も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】 図７に示す方式で
は、２つの燃焼装置１２０ａ、１２０ｂが必要となりコ
スト高となっていた。また、原燃料ガスの発熱量（以
下、単位体積あたりの発熱量を単に発熱量という）は９
０００〜３２０００ｋｃａｌ／ｍ３程度であり、オフガ
スの発熱量は８００〜３０００ｋｃａｌ／ｍ３程度であ
り、各ガスの発熱量は大きく異なる。このため、各々の
燃焼装置１２０ａ、１２０ｂのバーナ３０ａ、３０ｂに
おいて発生する熱量（燃焼熱量）が異なるため、改質器
５６へ供給する熱量の位置的な分布のばらつきが生じ
る。この熱量のばらつきは、改質器５６の改質効率の低
下や改質触媒の劣化を招いていた。
は、２つの燃焼装置１２０ａ、１２０ｂが必要となりコ
スト高となっていた。また、原燃料ガスの発熱量（以
下、単位体積あたりの発熱量を単に発熱量という）は９
０００〜３２０００ｋｃａｌ／ｍ３程度であり、オフガ
スの発熱量は８００〜３０００ｋｃａｌ／ｍ３程度であ
り、各ガスの発熱量は大きく異なる。このため、各々の
燃焼装置１２０ａ、１２０ｂのバーナ３０ａ、３０ｂに
おいて発生する熱量（燃焼熱量）が異なるため、改質器
５６へ供給する熱量の位置的な分布のばらつきが生じ
る。この熱量のばらつきは、改質器５６の改質効率の低
下や改質触媒の劣化を招いていた。
【０００５】一方、図８に示す方式では、オフガスの流
量変動があると原燃料ガスの流量まで変動してしまう。
図７の方式では、オフガスの流量変動があっても原燃料
ガスの流量は変動しない。上記のように、原燃料ガスの
発熱量はオフガスの発熱量の３〜４０倍程度であり、図
８の方式のようにオフガスの流量変動に応じて原燃料ガ
スの流量まで変動すると、全体の発熱量は大きく変動し
てしまう。むしろ図７の方式のようにオフガスの流量変
動に抗して原燃料ガスの流量が一定に維持されるように
した方が全体の発熱量の変動は小さく抑えられる。
量変動があると原燃料ガスの流量まで変動してしまう。
図７の方式では、オフガスの流量変動があっても原燃料
ガスの流量は変動しない。上記のように、原燃料ガスの
発熱量はオフガスの発熱量の３〜４０倍程度であり、図
８の方式のようにオフガスの流量変動に応じて原燃料ガ
スの流量まで変動すると、全体の発熱量は大きく変動し
てしまう。むしろ図７の方式のようにオフガスの流量変
動に抗して原燃料ガスの流量が一定に維持されるように
した方が全体の発熱量の変動は小さく抑えられる。
【０００６】図８の方式において、オフガスの流量変動
があると原燃料ガスの流量まで変動してしまう理由を説
明する。通常、原燃料ガスの流路管３６にはガバナ６４
を設けられており、ガバナ出口（Ａ地点）での原燃料ガ
スの圧力は一定に維持される。流路管３５に供給される
原燃料ガスの流量は、Ｂ地点とＡ地点での圧力差の平方
根に比例する。オフガスの流量変動が生じると、Ｂ地点
での圧力が変動する。この結果、オフガスの流量変動が
生じると、流路管３５から混合室２４内に供給される原
燃料ガスの流量も変動してしまう。すなわち、オフガス
の流量が増加すると原燃料ガスの流量は減少する。仮
に、原燃料ガスの発熱量とオフガスの発熱量が等しけれ
ば、オフガスの流量の増加によって原燃料ガスの流量が
減少しても全体の発熱量は一定に維持される。しかしな
がら、原燃料ガスの発熱量はオフガスの発熱量の３〜４
０倍程度であり、オフガスの流量の増加によって原燃料
ガスの流量が減少すると、全体の燃焼熱量は大きく減少
してしまう。このように図８の方式では、改質器５６に
供給するバーナ３０の燃焼熱量が大きく変動するため
に、改質器５６の改質効率の低下や改質触媒の劣化を招
いていた。
があると原燃料ガスの流量まで変動してしまう理由を説
明する。通常、原燃料ガスの流路管３６にはガバナ６４
を設けられており、ガバナ出口（Ａ地点）での原燃料ガ
スの圧力は一定に維持される。流路管３５に供給される
原燃料ガスの流量は、Ｂ地点とＡ地点での圧力差の平方
根に比例する。オフガスの流量変動が生じると、Ｂ地点
での圧力が変動する。この結果、オフガスの流量変動が
生じると、流路管３５から混合室２４内に供給される原
燃料ガスの流量も変動してしまう。すなわち、オフガス
の流量が増加すると原燃料ガスの流量は減少する。仮
に、原燃料ガスの発熱量とオフガスの発熱量が等しけれ
ば、オフガスの流量の増加によって原燃料ガスの流量が
減少しても全体の発熱量は一定に維持される。しかしな
がら、原燃料ガスの発熱量はオフガスの発熱量の３〜４
０倍程度であり、オフガスの流量の増加によって原燃料
ガスの流量が減少すると、全体の燃焼熱量は大きく減少
してしまう。このように図８の方式では、改質器５６に
供給するバーナ３０の燃焼熱量が大きく変動するため
に、改質器５６の改質効率の低下や改質触媒の劣化を招
いていた。
【０００７】上記した流量変動の問題や燃焼熱量のばら
つき・変動の問題は、原燃料ガスとオフガスの組合せに
限られず、２種類のガスを燃焼する場合に共通する問題
である。本発明は、２種類のガスを燃焼する場合に、低
コストでありながらも、一方のガスの流量変動によって
他方のガスの流量変動が生じない燃焼装置を実現するこ
とを目的とする。
つき・変動の問題は、原燃料ガスとオフガスの組合せに
限られず、２種類のガスを燃焼する場合に共通する問題
である。本発明は、２種類のガスを燃焼する場合に、低
コストでありながらも、一方のガスの流量変動によって
他方のガスの流量変動が生じない燃焼装置を実現するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用と効果】 上記
した問題を解決するため、本発明に係る燃焼装置は、２
種類のガスと一次空気を混合して予混合ガスとする混合
室と、その予混合ガスを燃焼させるバーナを備えてい
る。そして、前記２種類のガスの流路管が前記混合室に
各々独立して接続されていることを特徴とする。ここ
で、「２種類のガスの流路管」は混合室に各々独立して
接続されているのであれば、各ガスの流路管は複数接続
されていてもよい。本発明に係る燃焼装置によると、２
種類のガスを１つの燃焼装置で燃焼させるため、２種類
のガスを各々別の燃焼装置で燃焼させる場合に比べてコ
ストを低減できる。それでいながら、２種類のガスの流
路管が混合室に各々独立して接続されているため、一方
のガスの流量変動によって他方のガスの流量変動が生じ
ない。このため、一方のガスの流量変動に伴う２種類の
ガスと一次空気の混合比率の変動を小さく抑えることが
できる。従って、２種類のガスと一次空気の予混合ガス
を適正な空気過剰率で燃焼させることができるため、不
完全燃焼や失火の発生を防止できる。
した問題を解決するため、本発明に係る燃焼装置は、２
種類のガスと一次空気を混合して予混合ガスとする混合
室と、その予混合ガスを燃焼させるバーナを備えてい
る。そして、前記２種類のガスの流路管が前記混合室に
各々独立して接続されていることを特徴とする。ここ
で、「２種類のガスの流路管」は混合室に各々独立して
接続されているのであれば、各ガスの流路管は複数接続
されていてもよい。本発明に係る燃焼装置によると、２
種類のガスを１つの燃焼装置で燃焼させるため、２種類
のガスを各々別の燃焼装置で燃焼させる場合に比べてコ
ストを低減できる。それでいながら、２種類のガスの流
路管が混合室に各々独立して接続されているため、一方
のガスの流量変動によって他方のガスの流量変動が生じ
ない。このため、一方のガスの流量変動に伴う２種類の
ガスと一次空気の混合比率の変動を小さく抑えることが
できる。従って、２種類のガスと一次空気の予混合ガス
を適正な空気過剰率で燃焼させることができるため、不
完全燃焼や失火の発生を防止できる。
【０００９】前記２種類のガスは、発熱量の異なるガス
であることが好ましい。本発明に係る燃焼装置による
と、２種類のガスを１つの燃焼装置の混合室で混合させ
て燃焼させるため、２種類のガスの発熱量が異なってい
ても、バーナにおける燃焼熱量の位置的な分布のばらつ
きを抑えることができる。また、２種類のガスの流路管
が１つの混合室に各々独立して接続されているため、一
方のガスの流量変動によって他方のガスの流量変動が生
じない。このため、２種類のガスの発熱量が異なってい
ても、一方のガスの流量変動に伴う全体の燃焼熱量の変
動を小さく抑えることができる。
であることが好ましい。本発明に係る燃焼装置による
と、２種類のガスを１つの燃焼装置の混合室で混合させ
て燃焼させるため、２種類のガスの発熱量が異なってい
ても、バーナにおける燃焼熱量の位置的な分布のばらつ
きを抑えることができる。また、２種類のガスの流路管
が１つの混合室に各々独立して接続されているため、一
方のガスの流量変動によって他方のガスの流量変動が生
じない。このため、２種類のガスの発熱量が異なってい
ても、一方のガスの流量変動に伴う全体の燃焼熱量の変
動を小さく抑えることができる。
【００１０】前記発熱量の異なる２種類のガスは、原燃
料ガスと、水素を含むガスであることがより好ましい。
ここで「原燃料ガス」としては、ブタンガス、プロパン
ガス、メタンガス、エタンガス、灯油、ガソリン等の炭
化水素燃料や、メタノール、エタノール等のアルコール
系燃料が挙げられる。本発明に係る燃焼装置によると、
発熱量の小さい水素を含むガスの流量変動があっても、
発熱量の大きい原燃料ガスの流量変動が生じないことか
ら、全体の燃焼熱量の変動を小さく抑えることができ
る。
料ガスと、水素を含むガスであることがより好ましい。
ここで「原燃料ガス」としては、ブタンガス、プロパン
ガス、メタンガス、エタンガス、灯油、ガソリン等の炭
化水素燃料や、メタノール、エタノール等のアルコール
系燃料が挙げられる。本発明に係る燃焼装置によると、
発熱量の小さい水素を含むガスの流量変動があっても、
発熱量の大きい原燃料ガスの流量変動が生じないことか
ら、全体の燃焼熱量の変動を小さく抑えることができ
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】 本発明の実施の形態の主要な特
徴を記載する。改質燃料を加熱して水素リッチな改質ガ
スを生成する改質器と、この改質器で生成された改質ガ
スを燃料として発電する燃料電池と、この燃料電池から
排出されたオフガスを原燃料ガスとともに燃焼させて、
その燃焼熱を改質器の改質反応に用いる燃焼装置を備え
た燃料電池発電システムであって、前記燃焼装置は、原
燃料ガスとオフガスと一次空気を混合して予混合ガスと
する混合室と、その予混合ガスを燃焼させるバーナを備
え、前記混合室には、原燃料ガスの流路管と、オフガス
の流路管が各々独立して接続されていることを特徴とす
る燃料電池発電システム。
徴を記載する。改質燃料を加熱して水素リッチな改質ガ
スを生成する改質器と、この改質器で生成された改質ガ
スを燃料として発電する燃料電池と、この燃料電池から
排出されたオフガスを原燃料ガスとともに燃焼させて、
その燃焼熱を改質器の改質反応に用いる燃焼装置を備え
た燃料電池発電システムであって、前記燃焼装置は、原
燃料ガスとオフガスと一次空気を混合して予混合ガスと
する混合室と、その予混合ガスを燃焼させるバーナを備
え、前記混合室には、原燃料ガスの流路管と、オフガス
の流路管が各々独立して接続されていることを特徴とす
る燃料電池発電システム。
【００１２】
【実施例】 本発明を具現化した好適な実施例につい
て、図を参照して説明する。まず、本実施例に係る全一
次燃焼型の燃焼装置を含む燃料電池発電システムを図１
を参照して説明する。図１は本実施例に係る燃焼装置を
含む燃料電池発電システムの模式図である。図１に示す
燃料電池発電システムは、改質器５６と、燃料電池６２
と、燃焼装置２０で主に構成されている。改質器５６に
は、改質燃料の流路管５４が接続されている。改質燃料
の流路管５４には、水の流路管５２が接続されている。
水の流路管５２には、ポンプ５０が取り付けられてい
る。改質器５６と燃料電池６２の間には、改質ガスの流
路管６０が接続されている。燃料電池６２と燃焼装置２
０の混合室２４の間には、オフガスの流路管３４が接続
されている。さらに燃焼装置２０の混合室２４には、原
燃料ガスの流路管３６が流量制御のためのガバナ６４を
介して接続されている。また、燃焼装置２０の混合室２
４には、送風ファン３８が接続されている。混合室２４
より下流側にはバーナ３０が設けられている。
て、図を参照して説明する。まず、本実施例に係る全一
次燃焼型の燃焼装置を含む燃料電池発電システムを図１
を参照して説明する。図１は本実施例に係る燃焼装置を
含む燃料電池発電システムの模式図である。図１に示す
燃料電池発電システムは、改質器５６と、燃料電池６２
と、燃焼装置２０で主に構成されている。改質器５６に
は、改質燃料の流路管５４が接続されている。改質燃料
の流路管５４には、水の流路管５２が接続されている。
水の流路管５２には、ポンプ５０が取り付けられてい
る。改質器５６と燃料電池６２の間には、改質ガスの流
路管６０が接続されている。燃料電池６２と燃焼装置２
０の混合室２４の間には、オフガスの流路管３４が接続
されている。さらに燃焼装置２０の混合室２４には、原
燃料ガスの流路管３６が流量制御のためのガバナ６４を
介して接続されている。また、燃焼装置２０の混合室２
４には、送風ファン３８が接続されている。混合室２４
より下流側にはバーナ３０が設けられている。
【００１３】この燃料電池発電システムでは、改質器５
６は、改質燃料の流路管５４を通って供給される改質燃
料と、水の流路管５２を通って供給される水を、改質触
媒を用いて水蒸気改質反応させ、水素リッチな改質ガス
を生成する。例えば、改質燃料としてブタンガスを用い
ると、約６０〜７０％の水素と、約５〜１０％のメタン
等を含む水素リッチな改質ガスが生成される。この改質
ガスが流路管６０を通じて燃料電池６２に供給される
と、燃料電池６２では、改質ガス中の水素と空気中の酸
素の電気化学的反応によって発電が行われる。燃料電池
６２で発電に利用できる水素は最大でも改質ガス中の水
素の７５〜８０％程度であり、残りの２０〜２５％の水
素やメタン等は未利用のまま燃料電池６２からオフガス
として排出される。
６は、改質燃料の流路管５４を通って供給される改質燃
料と、水の流路管５２を通って供給される水を、改質触
媒を用いて水蒸気改質反応させ、水素リッチな改質ガス
を生成する。例えば、改質燃料としてブタンガスを用い
ると、約６０〜７０％の水素と、約５〜１０％のメタン
等を含む水素リッチな改質ガスが生成される。この改質
ガスが流路管６０を通じて燃料電池６２に供給される
と、燃料電池６２では、改質ガス中の水素と空気中の酸
素の電気化学的反応によって発電が行われる。燃料電池
６２で発電に利用できる水素は最大でも改質ガス中の水
素の７５〜８０％程度であり、残りの２０〜２５％の水
素やメタン等は未利用のまま燃料電池６２からオフガス
として排出される。
【００１４】改質器５６で改質反応を行わせるために
は、７００〜９００℃程度の高温が必要である。また、
改質反応は吸熱反応であるので、改質反応を効率良く行
わせるには反応量に応じた熱量が必要となる。そこで、
燃焼装置２０の混合室２４に、燃料電池６２から排出さ
れたオフガスを流路管３４を通じて供給し、同時に原燃
料ガスを流路管３６を通じて供給し、また同時に燃焼用
一次空気を送風ファン３８で強制的に送り込み、これら
を混合した予混合ガスをバーナ３０で燃焼させて改質器
５６を加熱する。このように、オフガスと原燃料ガスと
いう２種類のガスを燃焼装置２０で燃焼させることによ
って、改質反応に必要な高温を作り維持するとともに、
吸熱反応に必要な熱を生成する。
は、７００〜９００℃程度の高温が必要である。また、
改質反応は吸熱反応であるので、改質反応を効率良く行
わせるには反応量に応じた熱量が必要となる。そこで、
燃焼装置２０の混合室２４に、燃料電池６２から排出さ
れたオフガスを流路管３４を通じて供給し、同時に原燃
料ガスを流路管３６を通じて供給し、また同時に燃焼用
一次空気を送風ファン３８で強制的に送り込み、これら
を混合した予混合ガスをバーナ３０で燃焼させて改質器
５６を加熱する。このように、オフガスと原燃料ガスと
いう２種類のガスを燃焼装置２０で燃焼させることによ
って、改質反応に必要な高温を作り維持するとともに、
吸熱反応に必要な熱を生成する。
【００１５】次に、図１の燃料電池発電システムの一部
を構成する燃焼装置２０を図２と図３を参照して詳細に
説明する。図２は本実施例に係る燃焼装置の断面図であ
り、図３は図２のＸ−Ｘ線断面図である。図２と図３に
示すように、燃焼装置２０は、アウターケース２２によ
って外枠が構成されている。このアウターケース２２に
は、孔部２２ａ〜２２ｃが形成されている。孔部２２ａ
には、送風ファン３８の先端部が挿入された状態で取り
付けられている。この送風ファン３８を回転させると、
アウターケース２２によって構成された空気供給室２１
内に空気が取り入れられる。孔部２２ｂには、原燃料ガ
スの流路管３６の下流側に設けられたノズル３６ａが挿
入されている。この状態で流路管３６は固定されてい
る。図３に示すように、孔部２２ｂは２箇所に設けられ
ており、それぞれの孔部に２本の流路管３６が接続され
ている。孔部２２ｃには、オフガスの流路管３４の段差
部３４ｂが挿入されている。この状態で流路管３４は固
定されている。この流路管３４の上流側は、オフガスを
供給する燃料電池６２（図１参照）に接続されている。
図３に示すように、オフガスのノズル３４ａ（流路管３
４）は６本設けられている。
を構成する燃焼装置２０を図２と図３を参照して詳細に
説明する。図２は本実施例に係る燃焼装置の断面図であ
り、図３は図２のＸ−Ｘ線断面図である。図２と図３に
示すように、燃焼装置２０は、アウターケース２２によ
って外枠が構成されている。このアウターケース２２に
は、孔部２２ａ〜２２ｃが形成されている。孔部２２ａ
には、送風ファン３８の先端部が挿入された状態で取り
付けられている。この送風ファン３８を回転させると、
アウターケース２２によって構成された空気供給室２１
内に空気が取り入れられる。孔部２２ｂには、原燃料ガ
スの流路管３６の下流側に設けられたノズル３６ａが挿
入されている。この状態で流路管３６は固定されてい
る。図３に示すように、孔部２２ｂは２箇所に設けられ
ており、それぞれの孔部に２本の流路管３６が接続され
ている。孔部２２ｃには、オフガスの流路管３４の段差
部３４ｂが挿入されている。この状態で流路管３４は固
定されている。この流路管３４の上流側は、オフガスを
供給する燃料電池６２（図１参照）に接続されている。
図３に示すように、オフガスのノズル３４ａ（流路管３
４）は６本設けられている。
【００１６】アウターケース２２には、混合ケース２６
が取り付けられている。この混合ケース２６の上流側
（送風ファン３８と原燃料の流路管３６が位置する側）
の端部には、導入板４０が取り付けられている。この導
入板４０には、流路管３６からの原燃料ガスと送風ファ
ン３８からの空気の導入孔４０ａが形成されている。こ
の導入板４０で区切られることによって、混合ケース２
６内に混合室２４が形成されている。この混合室２４の
オフガスの流路管３４側には孔部２６ａが設けられてい
る。この孔部２６ａには、流路管３４のノズル３４ａが
挿入されている。導入板４０の下流側（混合室２４側）
の面には、囲い板４２が取り付けられている。この囲い
板４２は、原燃料ガスとオフガスと空気を予め混合する
ための予備混合室４４を形成している。この囲い板４２
には、第１スリット群４２ａと第２スリット群４２ｂが
形成されている。第１スリット群４２ａは、図２のＸ−
Ｘ線断面図である図３に示すように、７つの矩形状のス
リットが並列して形成されている。図示を省略するが、
第２スリット群４２ｂも第１スリット群４２ａと同様
に、複数の矩形状のスリットが並列して形成されてい
る。
が取り付けられている。この混合ケース２６の上流側
（送風ファン３８と原燃料の流路管３６が位置する側）
の端部には、導入板４０が取り付けられている。この導
入板４０には、流路管３６からの原燃料ガスと送風ファ
ン３８からの空気の導入孔４０ａが形成されている。こ
の導入板４０で区切られることによって、混合ケース２
６内に混合室２４が形成されている。この混合室２４の
オフガスの流路管３４側には孔部２６ａが設けられてい
る。この孔部２６ａには、流路管３４のノズル３４ａが
挿入されている。導入板４０の下流側（混合室２４側）
の面には、囲い板４２が取り付けられている。この囲い
板４２は、原燃料ガスとオフガスと空気を予め混合する
ための予備混合室４４を形成している。この囲い板４２
には、第１スリット群４２ａと第２スリット群４２ｂが
形成されている。第１スリット群４２ａは、図２のＸ−
Ｘ線断面図である図３に示すように、７つの矩形状のス
リットが並列して形成されている。図示を省略するが、
第２スリット群４２ｂも第１スリット群４２ａと同様
に、複数の矩形状のスリットが並列して形成されてい
る。
【００１７】この囲い板４２より下流側には、混合板４
６が混合ケース２６に連設して形成されている。この混
合板４６には、細長い矩形状のスリット４６ａが１つ形
成されている。この混合板４６より下流側には、分布板
４８が設けられている。この分布板４８は混合ケース２
６に取り付けられている。この分布板４８には、多数の
小孔群４８ａが形成されている。この分布板４８より下
流側には、バーナ３０が設けられている。このバーナ３
０は混合ケース２６に取り付けられている。このバーナ
３０はセラミックス等によって形成されており、バーナ
３０側からみた平面図である図４によく示されるよう
に、多数の炎口群３０ａが形成されている。符号３２
は、この炎口群３０ａより炎が出ている状態を示してい
る。
６が混合ケース２６に連設して形成されている。この混
合板４６には、細長い矩形状のスリット４６ａが１つ形
成されている。この混合板４６より下流側には、分布板
４８が設けられている。この分布板４８は混合ケース２
６に取り付けられている。この分布板４８には、多数の
小孔群４８ａが形成されている。この分布板４８より下
流側には、バーナ３０が設けられている。このバーナ３
０は混合ケース２６に取り付けられている。このバーナ
３０はセラミックス等によって形成されており、バーナ
３０側からみた平面図である図４によく示されるよう
に、多数の炎口群３０ａが形成されている。符号３２
は、この炎口群３０ａより炎が出ている状態を示してい
る。
【００１８】次に、本実施例に係る燃焼装置２０の作用
を図２と図３を参照して説明する。燃焼装置２０の燃焼
運転が開始されると、図示しない元ガス弁が開弁され、
矢印Ａに示すように、原燃料ガスが流路管３６を通じて
ノズル３６ａから予備混合室４４内に供給される。同時
に、送風ファン３８から空気供給室２１に強制的に燃焼
用一次空気が送り込まれ、この一次空気はさらに矢印Ｃ
に示すように導入孔４０ａを介して予備混合室４４内に
供給される。そして、しばらくした後、燃料電池６２
（図１参照）から、オフガスが矢印Ｂに示すように、流
路管３４を通じてノズル３４ａから予備混合室４４（一
部は混合室２４）内に供給される。このようにしばらく
した後にオフガスが供給されるのは、図１に示すよう
に、改質ガスが燃料電池６２を通ってオフガスとなり予
備混合室４４（一部は混合室２４）内に供給される際
に、流路管３４の長さの分だけ時間がかかるからであ
る。すると、これらの原燃料ガス、オフガス、空気が囲
い板４２に衝突し、予備混合室４４内で渦流を形成しな
がら攪拌され、予備的に混合される。
を図２と図３を参照して説明する。燃焼装置２０の燃焼
運転が開始されると、図示しない元ガス弁が開弁され、
矢印Ａに示すように、原燃料ガスが流路管３６を通じて
ノズル３６ａから予備混合室４４内に供給される。同時
に、送風ファン３８から空気供給室２１に強制的に燃焼
用一次空気が送り込まれ、この一次空気はさらに矢印Ｃ
に示すように導入孔４０ａを介して予備混合室４４内に
供給される。そして、しばらくした後、燃料電池６２
（図１参照）から、オフガスが矢印Ｂに示すように、流
路管３４を通じてノズル３４ａから予備混合室４４（一
部は混合室２４）内に供給される。このようにしばらく
した後にオフガスが供給されるのは、図１に示すよう
に、改質ガスが燃料電池６２を通ってオフガスとなり予
備混合室４４（一部は混合室２４）内に供給される際
に、流路管３４の長さの分だけ時間がかかるからであ
る。すると、これらの原燃料ガス、オフガス、空気が囲
い板４２に衝突し、予備混合室４４内で渦流を形成しな
がら攪拌され、予備的に混合される。
【００１９】その後、予備混合されたガスは、囲い板４
２に設けられた第１スリット群４２ａと第２スリット群
４２ｂを通過して、混合板４６に衝突する。混合板４６
に衝突したガスは、混合室２４内で十分に混合された
後、矢印Ｄに示すように細長い矩形状のスリット４６ａ
を通過する。このスリット４６ａを通過したガスは、原
燃料ガスとオフガスと空気がほぼ均一に混合された予混
合ガスとなっている。その後、この予混合ガスは分布板
４８に形成された多数の小孔群４８ａを通過することに
よって、均一な流速分布となる。均一な流速分布となっ
た予混合ガスはバーナ３０に供給される。この予混合ガ
スは、バーナ３０の近傍に設けられた点火プラグ（図示
せず）により点火されて、全一次燃焼される。
２に設けられた第１スリット群４２ａと第２スリット群
４２ｂを通過して、混合板４６に衝突する。混合板４６
に衝突したガスは、混合室２４内で十分に混合された
後、矢印Ｄに示すように細長い矩形状のスリット４６ａ
を通過する。このスリット４６ａを通過したガスは、原
燃料ガスとオフガスと空気がほぼ均一に混合された予混
合ガスとなっている。その後、この予混合ガスは分布板
４８に形成された多数の小孔群４８ａを通過することに
よって、均一な流速分布となる。均一な流速分布となっ
た予混合ガスはバーナ３０に供給される。この予混合ガ
スは、バーナ３０の近傍に設けられた点火プラグ（図示
せず）により点火されて、全一次燃焼される。
【００２０】本実施例によると、原燃料ガスとオフガス
を１つの燃焼装置２０で燃焼させるため、原燃料ガスと
オフガスを各々別の燃焼装置で燃焼させる場合に比べて
コストを低減できる。また、図１に示す燃料電池発電シ
ステムでは、燃料電池６２の負荷変動に応じて発電出力
が変動するので、燃料電池６２で消費される改質ガス中
の水素量は負荷変動に応じて大きく変動する。このた
め、燃料電池６２から排出されるオフガスの流量（オフ
ガス中の水素量）も大きく変動し得る。しかしながら本
実施例によると、図２に示すように原燃料ガスの流路管
３６とオフガスの流路管３４が混合室２４に各々独立し
て接続されているため、オフガスの流量変動によって原
燃料ガスの流量変動が生じない。このため、オフガスの
流量変動に伴う原燃料ガスとオフガスと一次空気の混合
比率の変動を小さく抑えることができる。従って、原燃
料ガスとオフガスと一次空気の予混合ガスを適正な空気
過剰率で燃焼させることができるため、不完全燃焼や失
火の発生を防止できる。
を１つの燃焼装置２０で燃焼させるため、原燃料ガスと
オフガスを各々別の燃焼装置で燃焼させる場合に比べて
コストを低減できる。また、図１に示す燃料電池発電シ
ステムでは、燃料電池６２の負荷変動に応じて発電出力
が変動するので、燃料電池６２で消費される改質ガス中
の水素量は負荷変動に応じて大きく変動する。このた
め、燃料電池６２から排出されるオフガスの流量（オフ
ガス中の水素量）も大きく変動し得る。しかしながら本
実施例によると、図２に示すように原燃料ガスの流路管
３６とオフガスの流路管３４が混合室２４に各々独立し
て接続されているため、オフガスの流量変動によって原
燃料ガスの流量変動が生じない。このため、オフガスの
流量変動に伴う原燃料ガスとオフガスと一次空気の混合
比率の変動を小さく抑えることができる。従って、原燃
料ガスとオフガスと一次空気の予混合ガスを適正な空気
過剰率で燃焼させることができるため、不完全燃焼や失
火の発生を防止できる。
【００２１】また、本実施例によると、図２に示すよう
に原燃料ガスとオフガスを１つの燃焼装置２０の混合室
２４で混合させてバーナ３０で燃焼させるため、両ガス
の発熱量が大きく異なっていても（原燃料ガス：９００
０〜３２０００ｋｃａｌ／ｍ ３、オフガス：８００〜３
０００ｋｃａｌ／ｍ３）、燃焼熱量の位置的な分布のば
らつきを抑えることができる。また、原燃料ガスの流路
管３６とオフガスの流路管３４が混合室２４に各々独立
して接続されているため、オフガスの流量変動によって
原燃料ガスの流量変動が生じない。上記のようにオフガ
スの流量は燃料電池６２の負荷変動によって大きく変動
しやすいが、オフガスの発熱量は小さいため、オフガス
の流量変動が生じても本実施例のように原燃料ガスの流
量を一定に維持できれば、全体の燃焼熱量の変動は小さ
く抑えることができる。従って、本実施例によると、オ
フガスの流量変動が生じても、改質器５６の改質効率の
低下や改質触媒の劣化を小さく抑えることができる。
に原燃料ガスとオフガスを１つの燃焼装置２０の混合室
２４で混合させてバーナ３０で燃焼させるため、両ガス
の発熱量が大きく異なっていても（原燃料ガス：９００
０〜３２０００ｋｃａｌ／ｍ ３、オフガス：８００〜３
０００ｋｃａｌ／ｍ３）、燃焼熱量の位置的な分布のば
らつきを抑えることができる。また、原燃料ガスの流路
管３６とオフガスの流路管３４が混合室２４に各々独立
して接続されているため、オフガスの流量変動によって
原燃料ガスの流量変動が生じない。上記のようにオフガ
スの流量は燃料電池６２の負荷変動によって大きく変動
しやすいが、オフガスの発熱量は小さいため、オフガス
の流量変動が生じても本実施例のように原燃料ガスの流
量を一定に維持できれば、全体の燃焼熱量の変動は小さ
く抑えることができる。従って、本実施例によると、オ
フガスの流量変動が生じても、改質器５６の改質効率の
低下や改質触媒の劣化を小さく抑えることができる。
【００２２】本発明の他の実施例としては、図５と図６
に示すような燃焼装置であってもよい。図５は他の実施
例に係る燃焼装置の断面図であり、図６は図５のＸ−Ｘ
線断面図である。図５と図６に示すように、本発明の他
の実施例に係る燃焼装置２０ｂでは、オフガスの流路管
３４と原燃料ガスの流路管３６が並列に設けられてい
る。具体的には、アウターケースの孔部２２ｃに、オフ
ガスの流路管３４の段差部３４ｂと、原燃料ガスの流路
管３６の段差部３６ｂが挿入されている。また、混合ケ
ース２６の孔部２６ａにオフガスのノズル３４ａが挿入
され、孔部２６ｂに原燃料ガスのノズル３６ａが挿入さ
れている。また、混合ケース２６の導入板４０より上流
側（送風ファン３８側）の端部に仕切り板３９が取り付
けられている。この仕切り板３９には開口３９ａが形成
されている。この仕切り板３９と導入板４０によって区
切られた空間２３内には、原燃料ガスのノズル３６ａが
突出している。このため、空間２３は、原燃料ガスと空
気を予め混合するための予備混合室としての機能を果た
している。
に示すような燃焼装置であってもよい。図５は他の実施
例に係る燃焼装置の断面図であり、図６は図５のＸ−Ｘ
線断面図である。図５と図６に示すように、本発明の他
の実施例に係る燃焼装置２０ｂでは、オフガスの流路管
３４と原燃料ガスの流路管３６が並列に設けられてい
る。具体的には、アウターケースの孔部２２ｃに、オフ
ガスの流路管３４の段差部３４ｂと、原燃料ガスの流路
管３６の段差部３６ｂが挿入されている。また、混合ケ
ース２６の孔部２６ａにオフガスのノズル３４ａが挿入
され、孔部２６ｂに原燃料ガスのノズル３６ａが挿入さ
れている。また、混合ケース２６の導入板４０より上流
側（送風ファン３８側）の端部に仕切り板３９が取り付
けられている。この仕切り板３９には開口３９ａが形成
されている。この仕切り板３９と導入板４０によって区
切られた空間２３内には、原燃料ガスのノズル３６ａが
突出している。このため、空間２３は、原燃料ガスと空
気を予め混合するための予備混合室としての機能を果た
している。
【００２３】以上、本発明の実施例に係る燃焼装置とこ
れを含む燃料電池発電システムについて説明したが、本
発明の適用範囲は上記の実施例になんら限定されるもの
ではない。すなわち、本発明は、当業者の知識に基づい
て種々の変更、改良を施した形態で実施することができ
る。例えば、本実施例では、原燃料ガスを供給する流路
管３６（ノズル３６ａ）が２本の場合を説明したが、本
発明の適用範囲はこれに限られない。原燃料ガスが囲い
板４２に衝突しさえすれば、流路管３６の本数は６本で
あってもよい。６本の場合の方が原燃料ガスと他のガス
と空気をより混合しやすい。
れを含む燃料電池発電システムについて説明したが、本
発明の適用範囲は上記の実施例になんら限定されるもの
ではない。すなわち、本発明は、当業者の知識に基づい
て種々の変更、改良を施した形態で実施することができ
る。例えば、本実施例では、原燃料ガスを供給する流路
管３６（ノズル３６ａ）が２本の場合を説明したが、本
発明の適用範囲はこれに限られない。原燃料ガスが囲い
板４２に衝突しさえすれば、流路管３６の本数は６本で
あってもよい。６本の場合の方が原燃料ガスと他のガス
と空気をより混合しやすい。
【図１】本発明の実施例に係る燃焼装置を含む燃料電池
発電システムの模式図。
発電システムの模式図。
【図２】本発明の実施例に係る燃焼装置の断面図。
【図３】図２のＸ−Ｘ線断面図。
【図４】バーナ側からみた平面図。
【図５】本発明の他の実施例に係る燃焼装置の断面図。
【図６】図５のＸ−Ｘ線断面図。
【図７】従来技術に係る燃焼装置の説明図（１）。
【図８】従来技術に係る燃焼装置の説明図（２）。
２０：燃焼装置 ２１：空気供給室 ２２：アウターケース、２２ａ〜ｃ：孔部 ２４：混合室 ２６：混合ケース ３０：バーナ、３０ａ：炎口群 ３２：炎 ３４：オフガスの流路管、３４ａ：ノズル、３４ｂ：段
差部 ３６：原燃料ガスの流路管、３６ａ：ノズル、３６ｂ：
段差部 ３８：送風ファン ４０：導入板、４０ａ：導入孔 ４２：囲い板、４２ａ：第１スリット群、４２ｂ：第２
スリット群 ４４：予備混合室 ４６：混合板、４６ａ：スリット ４８：分布板、４８ａ：小孔群 ５０：ポンプ ５２：水の流路管 ５４：改質燃料の流路管 ５６：改質器 ６０：改質ガスの流路管 ６２：燃料電池 ６４：ガバナ
差部 ３６：原燃料ガスの流路管、３６ａ：ノズル、３６ｂ：
段差部 ３８：送風ファン ４０：導入板、４０ａ：導入孔 ４２：囲い板、４２ａ：第１スリット群、４２ｂ：第２
スリット群 ４４：予備混合室 ４６：混合板、４６ａ：スリット ４８：分布板、４８ａ：小孔群 ５０：ポンプ ５２：水の流路管 ５４：改質燃料の流路管 ５６：改質器 ６０：改質ガスの流路管 ６２：燃料電池 ６４：ガバナ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｂ Ｆターム(参考） 3K065 QB13 RA02 3K068 FA02 FB09 HA01 3K091 AA03 BB26 CC06 CC07 CC23 DD10 5H027 AA02 BA01 BA09
Claims (3)
- 【請求項１】 ２種類のガスと一次空気を混合して予混
合ガスとする混合室と、その予混合ガスを燃焼させるバ
ーナを備えた燃焼装置において、 前記２種類のガスの流路管が前記混合室に各々独立して
接続されていることを特徴とする燃焼装置。 - 【請求項２】 前記２種類のガスは、発熱量の異なるガ
スであ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】 前記発熱量の異なる２種類のガスは、原
燃料ガスと、水素を含むガスであることを特徴とする請
求項２に記載の燃焼装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001013030A JP3895112B2 (ja) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | 燃焼装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001013030A JP3895112B2 (ja) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | 燃焼装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002213710A true JP2002213710A (ja) | 2002-07-31 |
| JP3895112B2 JP3895112B2 (ja) | 2007-03-22 |
Family
ID=18879953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001013030A Expired - Fee Related JP3895112B2 (ja) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | 燃焼装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3895112B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005195214A (ja) * | 2004-01-06 | 2005-07-21 | Noritz Corp | 燃焼装置 |
| JP2006100206A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Dainichi Co Ltd | 燃料電池に用いられる水素供給装置の燃焼装置 |
| JP2006190580A (ja) * | 2005-01-07 | 2006-07-20 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム |
| JP2009242132A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Aisin Seiki Co Ltd | 改質装置の燃焼装置およびその改質装置 |
| JP2009264733A (ja) * | 2009-05-29 | 2009-11-12 | Casio Comput Co Ltd | 燃焼器 |
| CN102734792A (zh) * | 2011-04-12 | 2012-10-17 | 无锡市晨光耐火材料有限公司 | 一种烟气混合室 |
| JP2016115436A (ja) * | 2014-12-11 | 2016-06-23 | 東京瓦斯株式会社 | 燃料電池モジュール |
| CN117080504A (zh) * | 2023-10-13 | 2023-11-17 | 成都岷山绿氢能源有限公司 | 一种燃料电池系统以及控制方法 |
-
2001
- 2001-01-22 JP JP2001013030A patent/JP3895112B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005195214A (ja) * | 2004-01-06 | 2005-07-21 | Noritz Corp | 燃焼装置 |
| JP2006100206A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Dainichi Co Ltd | 燃料電池に用いられる水素供給装置の燃焼装置 |
| JP2006190580A (ja) * | 2005-01-07 | 2006-07-20 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム |
| JP2009242132A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Aisin Seiki Co Ltd | 改質装置の燃焼装置およびその改質装置 |
| JP2009264733A (ja) * | 2009-05-29 | 2009-11-12 | Casio Comput Co Ltd | 燃焼器 |
| CN102734792A (zh) * | 2011-04-12 | 2012-10-17 | 无锡市晨光耐火材料有限公司 | 一种烟气混合室 |
| JP2016115436A (ja) * | 2014-12-11 | 2016-06-23 | 東京瓦斯株式会社 | 燃料電池モジュール |
| CN117080504A (zh) * | 2023-10-13 | 2023-11-17 | 成都岷山绿氢能源有限公司 | 一种燃料电池系统以及控制方法 |
| CN117080504B (zh) * | 2023-10-13 | 2024-01-26 | 成都岷山绿氢能源有限公司 | 一种燃料电池系统以及控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3895112B2 (ja) | 2007-03-22 |
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