JP2004028521A - Combustion device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heating combustion device for a fuel reformer wherein heat quantity leaked from a main body part is extremely small. <P>SOLUTION: This combustion device 1 stores a combustion cylinder 21 inside the main body part 20, and a straightening cylinder 23 is provided between the main body part 20 and the combustion cylinder 21. Thereby, radiant heat emitted toward the main body part 20 from the combustion cylinder 21 accompanying combustion drive is shut off by the straightening cylinder 23, and heat is hardly propagated to the main body part 20 side. Because a heat insulation material 92 is wound around a body part 20a of the main body part 20, the heat propagated to the main body part 20 is not leaked outside the combustion device 1. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部と、当該燃焼部内に燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼部内で発生した燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、前記燃焼部内に供給された燃料を点火する点火装置とを有し、前記本体部は胴体部と、燃焼部において発生した燃焼ガスの上流側に位置する上流側蓋体と、燃焼ガスの下流側に位置する下流側蓋体とを有し、前記燃料供給部は上流側蓋体に設けられており、前記燃焼ガス排出部は下流側蓋体に設けられており、点火装置は、前記上流側蓋体側又は下流側蓋体側から接続されていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部とを有し、前記本体部と燃焼部との間には整流手段が設けられていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項３】炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部と、当該燃焼部内に燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼部内で発生した燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、前記燃焼部内に供給された燃料を点火する点火装置とを有し、前記本体部は胴体部と、燃焼部において発生した燃焼ガスの上流側に位置する上流側蓋体と、燃焼ガスの下流側に位置する下流側蓋体とを有し、前記燃料供給部は上流側蓋体に設けられており、前記燃焼ガス排出部は下流側蓋体に設けられており、点火装置は、前記上流側蓋体側又は下流側蓋体側から接続されており、前記本体部と燃焼部との間には整流手段が配置されていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項４】整流手段は、燃焼部を包囲し、周部に内外を連通する複数の空気導入口を有する筒状体であり、前記空気導入口は、燃焼部内を通過する燃焼ガスの上流側に相当する位置に設けられているものよりも、燃焼ガスの下流側に相当する位置に設けられているものの方が開口面積が大きいことを特徴とする請求項２又は３に記載の燃焼装置。
【請求項５】燃焼ガス排出部の開口径は、燃焼部の内径よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項６】燃焼ガス排出部には、周方向の一部又は全周にわたって燃焼ガスの流れ方向に突出した突出部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項７】電装装置は、上流側蓋体側及び／又は下流側蓋体側から挿通されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項８】本体部内で発生したドレンを燃焼装置の外部に排出するドレン排出部は、下流側蓋体側に接続されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃焼装置に関するものであり、特に燃料電池システム等に供給される燃料の改質を行う燃料改質器に好適に使用可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エネルギーの大量消費に伴うエネルギー資源の枯渇や環境問題が、社会的問題となっている。現在、この問題の解決のために、環境に調和し、高効率かつ安定に駆動可能な新規発電デバイスの開発が望まれている。そこで、これらの要件を満たしうる次世代発電デバイスの有力な候補として燃料電池システムが注目されている。
【０００３】
燃料電池は、主としてアノードと、カソードと、アノードとカソードに挟まれた電解質とから構成されている。アノードでは燃料が酸化され、カソードでは酸素が還元される。アノードには、純水素や、燃料改質器によりメタノール、ガソリン、天然ガス、プロパンなどの燃料を水蒸気改質した改質ガスが供給されている。
【０００４】
燃料改質器においてメタノール、ガソリン、天然ガス、プロパンなどの燃料が起こす反応は吸熱反応である。そのため、燃料の改質反応を促進するために、従来技術の燃料改質器にはバーナ等の燃焼装置が熱源として接続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
燃料改質器における燃料の改質反応を安定して行うため、燃焼装置は、燃料改質器におおよそ７００℃〜１０００℃という高温の燃焼ガスを供給する必要がある。そのため、燃焼駆動時に燃焼装置から放出される熱量は非常に大きく、燃料電池システムのエネルギー変換効率を向上させるためには、燃料改質器にから放出される熱量を最小限に抑制する必要がある。
【０００６】
従来の燃料電池システムにおいては、燃料改質器に接続されている燃焼装置の放熱対策が未だ不十分であり、燃焼駆動に伴い発生した輻射熱の多くは本体部に伝播し、外部に放出されてしまっていた。そのため、従来の燃焼装置はエネルギー変換効率が低く、その結果として燃料電池システム全体のエネルギー変換効率を低下させる一因となってしまっていた。
【０００７】
そこで、本発明においては、本体部から漏出する熱量が極めて少ない燃料改質器の熱源用の燃焼装置の提供を目的とした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで上記した課題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部と、当該燃焼部内に燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼部内で発生した燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、前記燃焼部内に供給された燃料を点火する点火装置とを有し、前記本体部は胴体部と、燃焼部において発生した燃焼ガスの上流側に位置する上流側蓋体と、燃焼ガスの下流側に位置する下流側蓋体とを有し、前記燃料供給部は上流側蓋体に設けられており、前記燃焼ガス排出部は下流側蓋体に設けられており、点火装置は、前記上流側蓋体側又は下流側蓋体側から接続されていることを特徴とする燃焼装置である。
【０００９】
本発明の燃焼装置において、前記燃料供給部は上流側蓋体に設けられており、前記燃焼ガス排出部は下流側蓋体に設けられており、点火装置は、前記上流側蓋体側又は下流側蓋体側から接続されている。そのため、上記した構成によれば、本体部の主要部をなす胴体部をシンプルな構成とすることができる。
【００１０】
上記したように、本発明の燃焼装置は胴体部がシンプルな構成であるため、胴体部の大部分を断熱材で被覆することができる。そのため、上記した構成によれば、本体部の内部で発生した熱の漏洩を最小限に抑制することができる。また、上記した構成によれば胴体部に断熱材を容易に巻き付けることができるため、本発明の燃焼装置は、組み立ての作業効率が高い。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部とを有し、前記本体部と燃焼部との間には整流手段が設けられていることを特徴とする燃焼装置である。
【００１２】
本発明の燃焼装置は、本体部の内側で燃焼部を包囲する位置に整流手段を備えている。そのため、燃焼駆動に伴いる燃焼部から本体部側に向けて放射される輻射熱が整流手段によって遮られ、本体部にはほとんど伝播しない。従って、上記した構成によれば、燃焼部において発生した熱エネルギーの外部への放散を最小限に抑制することができる。
【００１３】
また、本発明の燃焼装置では、整流手段の内側および外側に外部から導入された空気による空気層が形成される場合がある。通常、空気は金属等に比べて熱伝導率が低いため、前記空気層は断熱層として機能する。本発明の燃焼装置では、燃焼部から本体部側に向けて放射される輻射熱は、燃焼部の内外に形成される空気層によっても遮断され、本体部には伝播しない。従って、上記した構成によれば、燃料の燃焼により発生した熱エネルギーの大部分を燃料改質器側に供給することができる。
【００１４】
また、上記したように輻射熱がほとんど本体部に伝播しないため、本体部は比較的低温に維持され過度に高温とならない。そのため、本発明の燃焼装置においては、本体部が過度に高温となることによる減肉がほとんど起こらない。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部と、当該燃焼部内に燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼部内で発生した燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、前記燃焼部内に供給された燃料を点火する点火装置とを有し、前記本体部は胴体部と、燃焼部において発生した燃焼ガスの上流側に位置する上流側蓋体と、燃焼ガスの下流側に位置する下流側蓋体とを有し、前記燃料供給部は上流側蓋体に設けられており、前記燃焼ガス排出部は下流側蓋体に設けられており、点火装置は、前記上流側蓋体側又は下流側蓋体側から接続されており、前記本体部と燃焼部との間には整流手段が配置されていることを特徴とする燃焼装置である。
【００１６】
本発明の燃焼装置は、燃料供給部、燃焼ガス排出部および点火装置が上流側蓋体あるいは下流側蓋体に集中的に設けられているため、胴体部を極めてシンプルな構成とすることができる。
【００１７】
上記したように、本発明の燃焼装置は、本体部を構成する胴体部がシンプルな構成であるため、胴体部の大部分を断熱材で被覆し、胴体部の露呈部分を最小限とできる。かかる構成によれば、例え本体部の内部で発生した熱が本体部に伝播しても、胴体部の表面に設けた断熱材によって熱の放射を防止することができる。また、本発明の燃焼装置は、胴体部がシンプルであるため断熱材の巻き付け作業を容易に行える。
【００１８】
また、本発明の燃焼装置は、本体部の内側において整流手段が燃焼部を包囲している。そのため、燃焼駆動に伴い燃焼部から本体部側に向けて放射される輻射熱が整流手段によって遮られ、本体部にはほとんど伝播しない。従って、上記した構成によれば、燃焼駆動に伴って発生した熱エネルギーの漏洩を最小限に抑制することができる。
【００１９】
また、本発明の燃焼装置では、整流手段の内外側に本体部内に導入された外気による空気層が形成される場合がある。この場合、燃焼部から本体部側に向けて放射される輻射熱は、燃焼部の内外に形成される空気層によっても遮断される。そのため、上記した構成によれば、燃料の燃焼により発生した熱エネルギーの大部分を燃料改質器側に供給することができる。
【００２０】
また、本発明の燃焼装置は、輻射熱がほとんど本体部に伝播しないため、本体部が過度に高温とならない。そのため、本発明の燃焼装置においては、本体部が過度に高温となることによる減肉や損傷がほとんど起こらない。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、整流手段が、燃焼部を包囲し、周部に内外を連通する複数の空気導入口を有する筒状体であり、前記空気導入口は、燃焼部内を通過する燃焼ガスの上流側に相当する位置に設けられているものよりも、燃焼ガスの下流側に相当する位置に設けられているものの方が開口面積が大きいことを特徴とする請求項２又は３に記載の燃焼装置である。
【００２２】
本発明の燃焼装置において、燃焼部内に発生する燃焼ガスは、多くの場合燃焼ガスの下流側に局在する傾向にある。燃焼部内に発生する燃焼ガスは高温であるため、前記したように燃焼部内に局在すると、当該部位に集中的に熱応力が作用する。一方、本発明の燃焼装置においては、整流手段に設けられている空気導入口は、燃焼ガスの下流側に設けられているものの方が、燃焼ガスの上流側に設けられているもののよりも開口面積が大きい。そのため、燃焼ガスが局在し高温となる恐れがある部分に比較的低温の空気を多く供給し、この空気によって空冷することができる。
【００２３】
また、燃焼ガスの下流に導入された空気は、下流側蓋体の近傍に空気層を形成する場合がある。この場合、燃焼駆動に伴い下流側蓋体側に伝播する輻射熱を大幅に遮断することができる。従って、上記した構成によれば、下流側蓋体の温度上昇や下流側蓋体側からの熱エネルギーの放散を最小限に抑制することができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、燃焼ガス排出部の開口径が、燃焼部の内径よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００２５】
従来、燃焼装置に接続される燃料改質器の多くは内部構造が複雑であるため、燃焼ガスを所望の位置まで均等に燃焼ガスを供給するのは困難である場合が多い。また、特に燃料改質器の起動直後には、燃焼ガスが前記燃料改質器内の所望の位置に達するまでに相当の時間を要していた。そのため、従来は燃料改質器における燃料の改質精度が不十分であったり、十分な改質精度を得るためには相当の時間を要していた。
【００２６】
一方、本発明の燃焼装置は、燃焼ガス排出部の開口径が燃焼部の開口径よりも小さいため、燃焼ガスは燃焼ガス排気部から勢いよく排出される。そのため、本発明の燃焼装置によれば、当該燃焼装置に接続されている燃料改質器内の所望の位置まで燃焼ガスを迅速かつ均等に導入することができる。よって、本発明の燃焼装置よれば、燃料改質器における改質精度を向上すると共に、燃料改質器の起動から十分な改質精度を得るために要する時間を短縮することができる。
【００２７】
また、請求項６に記載の発明は、燃焼ガス排出部には、周方向の一部又は全周にわたって燃焼ガスの流れ方向に突出した突出部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００２８】
かかる構成によれば、燃焼部内において発生した燃焼ガスにより下流側蓋体が加熱されても、これにより作用する熱応力が突出部において放散されるため、下流側蓋体の損傷や歪みが起こらない。
【００２９】
請求項７に記載の発明は、電装装置が、上流側蓋体側及び／又は下流側蓋体側から挿通されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００３０】
通常、燃焼装置は、燃焼部において形成されている火炎の状態を検知すべく温度検知手段やフレームロッドなどに代表される電装装置を具備している。本発明の燃焼装置においては、前記したような電装装置が上流側蓋体側及び／又は下流側蓋体側から挿通されているため、本体部の主要部をなす胴体部をシンプルな構成とすることができる。
【００３１】
また、上記した構成によれば、胴体部の大部分を断熱材で容易かつ確実に被覆することができる。そのため、本発明の燃焼装置は、胴体部に断熱材を被覆することにより、燃焼部から本体部に向けて放出される輻射熱の漏洩を最小限に抑制することができる。
【００３２】
請求項８に記載の発明は、本体部内で発生したドレンを燃焼装置の外部に排出するドレン排出部が、下流側蓋体側に接続されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００３３】
かかる構成によれば本体部の大部分を占める胴体部をシンプルな構成とすることができる。そのため、本発明の燃焼装置は、胴体部に断熱材を被覆するなどして、燃焼部から本体部に向けて放出される輻射熱の漏洩を最小限に抑制することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明の一実施形態である燃焼装置について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の燃焼装置を示す斜視図である。図２は、図１に示す燃焼装置を採用した燃料電池システムを示す模式図である。また、図３は、図１に示す燃焼装置のＡ−Ａ断面図である。図４は、図１に示す燃焼装置が備える上流側蓋体近傍を示す斜視図である。また、図５は、図１に示す燃焼装置が備える混合部を示す分解斜視図である。図６は、図１に示す燃焼装置が備えるバーナ内筒および、当該バーナ内筒に装着される燃焼筒と整流筒とを示す分解斜視図である。図７（ａ）は図１に示す燃焼装置が備える下流側蓋体の要部を拡大した断面図であり、（ｂ）はその変形例を示す断面図である。また、図８は図１に示す燃焼装置が備える断熱材の変形例である断熱材を示す斜視図である。
【００３５】
図１において、１は本実施形態の燃焼装置である。燃焼装置１は、図２に示すように固体高分子電解質型燃料電池２（Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ　　以下ＰＥＦＣと称す）を用いた燃料電池システム３に採用されている。燃焼装置１は、燃料電池システム３に供給される天然ガスやプロパンなどの燃料の水蒸気改質を行う燃料改質器５に接続されており、燃料の改質反応の熱源として用いられる。
【００３６】
外部から供給された燃料は、脱硫器６に供給され、燃料中に含まれている硫黄成分が除去される。脱硫器６から流出した燃料は燃料改質器５に流入し、燃焼装置１によって加熱されながら水蒸気改質反応を起こし、水素、二酸化炭素、一酸化炭素を含有する改質ガスとなる。
【００３７】
改質ガス中に含まれている一酸化炭素はＰＥＦＣ２の電極に担持されている白金触媒に対して触媒毒として作用する。そこで改質ガス中に含まれている一酸化炭素を除去すべく、燃料改質器５を出た改質ガスは、ＣＯ変成器７に供給される。改質ガスがＣＯ変成器７に供給されると、改質ガス中に含まれている一酸化炭素の大部分は二酸化炭素に変成される。
【００３８】
ＣＯ変成器７を出た改質ガスは、さらにＣＯ除去器８に供給され、上記したＣＯ変成器７において変成しきれず改質ガス中に残っている一酸化炭素が完全に除去される。そのため、ＣＯ除去器８から流出する改質ガスは水素ガス濃度が極めて高い。ＣＯ除去器８を経た改質ガスは、ＰＥＦＣ２のアノード側（燃料極側）に導入される。
【００３９】
ＰＥＦＣ２は、燃料が供給されるアノード１０と、空気が供給されるカソード１１と、アノード１０とカソード１１とにより挟まれた電解質１２とにより構成されている。さらに詳細には、ＰＥＦＣ２は、アノード１０、カソード１１および電解質１２等により構成される単電池を複数積層した電池スタックである。アノード１０およびカソード１１には、白金等の貴金属が担持されている。また、電解質１２には、Ｈ３　Ｏ＋　イオンを透過可能な陽イオン交換膜が採用されている。アノード１０において発生したＨ３　Ｏ＋　イオンは、電解質１２中を透過し、カソード１１側に至る。カソード１１側に至ったＨ３　Ｏ＋　イオンは、カソード１１に供給される酸素と反応し、水と電子を発生する。カソード１１において発生した電子は、ＰＥＦＣ２に接続された外部回路中を流れ、アノード１０に至る。
【００４０】
上記したように、燃料電池システム３は燃料改質器５に燃料の改質に必要な熱量を供給するために図１に示す燃焼装置１が接続されている。図３に示すように燃焼装置１には、後述するガス供給管３８を介して天然ガス等の燃料が供給される。ガス供給管３８を介して供給される燃料は、ウオッベ指数が高く、一次空気と混合されることにより良好に燃焼される高熱量燃料である。また、燃焼装置１には、上記したＰＥＦＣ２のアノード１０に供給されたものの反応に寄与しなかった未反応ガス（オフガス）が、後述する循環ガス供給管３５を介して供給される。オフガスは、ＰＥＦＣ２において発生する水分を多く含み、水素を主成分とするガスであり、ウオッベ指数が低い低熱量燃料である。
【００４１】
燃料電池システム３の起動直後には、燃料改質器５、ＣＯ変成器７およびＣＯ除去器８が充分機能しておらず、例えこれらの装置を通過した改質ガスであっても、その水素ガス濃度（純度）はＰＥＦＣ２の駆動に適したものではない。そのため、燃料電池システム３の起動から、燃料改質器５、ＣＯ変成器７およびＣＯ除去器８が充分機能するまでの期間にＣＯ除去器８から排出される改質ガス（プロセスガス）は、循環ガス供給管３５を介して燃焼装置１に供給され、燃焼される。プロセスガスは、上記したオフガスと同様に水分および水素を多く含むガスであり、ウオッベ指数が低い低熱量燃料である。
【００４２】
燃焼装置１は全構成部材が耐食性の高いステンレス製であり、図３に示すように両端が開口した略円筒形の本体部２０の内部に、大別して燃焼筒２１と、混合部２２と、整流筒２３とを内蔵している。また、本体部２０の胴体部２０ａには空気を導入するための空気導入管２４が接続されている。燃焼装置１の本体部２０の両端には、本体部２０の中心軸に対して垂直外側方向に向かうフランジ部２５，２６が設けられている。フランジ部２５の端部には、燃料改質器５の接続部（図示せず）に係合するフランジ部２７が設けられている。
【００４３】
本体部２０の下方側に設けられているフランジ部２６には、上流側蓋体２８が固定されている。上流側蓋体２８は、図３，４に示すように、円盤状の板体であり、フランジ部２６の外形に略一致する形状を有する。上流側蓋体２８の略中央部には、後述する循環ガス供給管３５を挿通するための循環ガス供給口３０が設けられている。また、循環ガス供給口３０の周囲には、後述するガス供給管３８を接続するためのガス供給口３１と、点火プラグ３９、温度センサ４０およびフレームロッド４１を挿通するための挿通口３２，３３ａ，３３ｂが設けられている。さらに、循環ガス供給口３０の近傍には、燃焼駆動に伴い発生するドレンを排出するためのドレン排出口３４が設けられている。
【００４４】
上流側蓋体２８には、ＰＥＦＣ２から排出されるオフガスやＣＯ除去器８から排出されるプロセスガスが流れる循環ガス供給管３５が、循環ガス供給口３０に上流側蓋体２８の下面側（図４下方側）から挿入されている。循環ガス供給管３５は、先端側の周部に複数のガス噴出口３６を有する。ガス噴出口３６は、水平方向の成分を持つ方向、即ち燃焼筒２１の中心軸に対して交差する方向に開口している。さらに換言すれば、ガス噴出口３６は、ドレンの落下方向、即ち燃焼装置１の上下方向に対して交差する方向に開口している。そのため、ガス噴出口３６から噴出するガスは、燃焼筒２１の内壁方向に向かって噴射される。循環ガス供給管３５は、図３に示すようにガス噴出口３６側の端部が本体部２０の内部側（図３上方側）に突出している。
【００４５】
循環ガス供給管３５のガス噴出口３６側の端部には、図３，４に示すように保炎部３７（赤熱部材）が設けられている。保炎部３７は、中実で棒状の部材であり、循環ガス供給管３５のガス噴出口３６側の端部を閉塞している。保炎部３７は、後述する燃焼筒２１に形成される火炎により加熱され高温となり、この熱によってガス噴出口３６に形成される火炎の基部を加熱し、この火炎を保炎するものである。
【００４６】
図４に示すように、外部から天然ガスやプロパン等の燃料を供給するためのガス供給管３８が、上流側蓋体２８の下方側からガス供給口３１に接続されている。また、挿通口３２には、上流側蓋体２８の下方から燃焼筒２１内に噴射された燃料に点火するための点火プラグ３９が挿通され固定されている。また同様に、挿通孔３３ａ，３３ｂには、それぞれ燃焼筒２１内に形成される火炎の温度を検知するための温度センサ４０と、燃焼筒２１内に形成されている火炎を検知するためのフレームロッド４１とが挿通され固定されている。
【００４７】
また、上流側蓋体２８の下面側であって、ドレン排出口３４に相当する位置には、本体部２０内において発生したドレンを外部に排出するためのドレン排出管４３が接続されている。
【００４８】
一方、図３，４に示すように、上流側蓋体２８の上面側（図３，４上方側）には、ドレンガイド４５が設けられている。ドレンガイド４５は、円筒体であり、その一端側が溶接接合により上流側蓋体２８に固定され水密構造となっている。また、ドレンガイド４５は、上流側蓋体２８の略中心部に固定されており、ドレン排出口３４を包囲している。また、ドレンガイド４５は、後述するバーナ内筒７１と連続しており、これにより燃焼筒２１内に発生するドレンを集結するドレン集結手段として機能する。
【００４９】
上流側蓋体２８の上方には、図３，４に示すように外部からガス供給管３８を通じて供給される燃料と、胴体部２０ａに設けられた空気導入管２４から本体部２０内に導入された空気とを混合するため混合部２２が設けられている。混合部２２は、図３，５に示すように、混合室ケース４６内に混合室仕切部材４７とスペーサー４８とバッフル板５０とを内蔵している。
【００５０】
混合室ケース４６は、両端が開口した円筒体であり、両端に混合室ケース４６の外側に向かうフランジ部５１と、混合室ケース４６の内側に向かうフランジ部５２とを有する。フランジ部５１は、混合室ケース４６を上流側蓋体２８に固定するためのネジ孔５３を複数有する。混合室ケース４６のフランジ部５２側の開口部５５は、燃焼筒２１の外径に略一致する形状を有する。混合室ケース４６の周囲には空気導入口５６が複数設けられている。空気導入口５６は、混合室ケース４６のフランジ５１側にそれぞれ３つずつ設けられている。空気導入口５６は、混合室ケース４６の周部に偏在している。さらに具体的には、空気導入口５６は、混合室ケース４６を本体部２０内に収納した際に空気導入管２４側を向く位置に偏在している。
【００５１】
混合室仕切部材４７は、図５に示すように、胴体部５８とフランジ部６０とにより構成されている。胴体部５８の外径は、上記した混合室ケース４６の内径と略一致している。また、胴体部５８の周囲であって上記した混合室ケース４６の空気導入口５６に相当する位置には、空気導入口６１が設けられている。混合室仕切部材４７の一端側（図５上方側）には、混合室仕切部材４７の内側に向かうフランジ部６０が設けられている。フランジ部６０であって、胴体部５８に設けられた空気導入口６１に略対向する位置に相当する部位には、フランジ部６０の下方と上方とを連通する連通孔６５が設けられている。混合室仕切部材４７は、胴体部５８が混合室ケース４６の内壁に密着しており、空気導入口５６が空気導入口６１と連通している。そのため、混合室仕切部材４７の内側は、空気導入口５６，６１を介して混合室ケース４６の外側と連通している。また、図３に示すように混合室仕切部材４７の内側には、ドレンガイド４５、胴体部５８およびフランジ部６０により包囲される予備混合室６３が形成されている。
【００５２】
混合室仕切部材４７の上方には、環状のスペーサー４８を介してバッフル板５０が配置されている。スペーサー４８およびバッフル板５０の外径は、混合室仕切部材４７の胴体部５８の外径と略一致している。バッフル板５０は円盤状の部材であり、中心に燃焼筒２１を挿通するための開口６７が設けられている。また、開口６７の周囲には複数の貫通孔６８が設けられている。混合室仕切部材４７の上方には、フランジ部６０、スペーサー４８およびバッフル板５０によって混合促進室６６が形成されている。また、図３に示すようにバッフル板５０と混合室ケース４６のフランジ部５２とによって混合ガス室７０が形成されている。
【００５３】
混合部２２には、図３に示すように上方からバーナ内筒７１が嵌め込まれている。また、上記したようにバーナ内筒７１は、ドレンガイド４５と連続しており、これにより燃焼筒２１内で発生したドレンをドレンガイド４５により包囲される領域内に集結するドレン集結手段として機能している。バーナ内筒７１は、図３，６に示すように開口径の異なる円筒体であるドレンガイド係合部７２と、燃焼筒支持部７３と、整流筒係合部７５とが連続した３段形状を有する。また、ドレンガイド係合部７２と燃焼筒支持部７３の境界部および燃焼筒支持部７３と整流筒係合部７５との境界部には、それぞれフランジ部７６，７７が設けられている。
【００５４】
ドレンガイド係合部７２は、外径がドレンガイド４５の内径と略同一であり、混合部２２の上方から挿通され、ドレンガイド４５と係合している。また、ドレンガイド係合部７２と燃焼筒支持部７３との境界にあるフランジ部７６は、ドレンガイド４５の上端部と当接している。燃焼筒２１の内部空間は、ドレンガイド４５により包囲される領域に連通している。そのため、燃焼駆動時に燃焼筒２１内において発生したドレンは、ドレンガイド係合部７２を介してドレンガイド４５によって包囲される領域内に集められる。
【００５５】
また、燃焼筒支持部７３は、ドレンガイド係合部７２よりも大径であり混合室ケース４６の開口部５５と略同一の外径を有する。燃焼筒支持部７３は、混合部２２の上方にある開口部５５から挿通されている。燃焼筒支持部７３と整流筒係合部７５との境界にあるフランジ部７７は、混合室ケース４６のフランジ部５２に当接している。燃焼筒支持部７３の高さ（軸方向の長さ）は、混合部２２のバッフル板５０から混合室ケース４６のフランジ部５２に至る長さと略同一である。また、燃焼筒支持部７３の周部には、全周にわたって複数の連通孔７８が設けられている。そのため、混合部２２の内部には、燃焼筒支持部７３、バッフル板５０および混合室ケース４６によって包囲される環状の混合ガス室７０が形成されており、混合ガス室７０は、連通孔７８を介して燃焼筒２１の内部側と連通している。
【００５６】
整流筒係合部７５は、燃焼筒支持部７３よりも大径であり、整流筒２３の外径と略同一の開口径を有する。整流筒係合部７５は、整流筒２３の下端部に当接しており、整流筒２３の径方向への移動が阻止されている。
【００５７】
バーナ内筒７１には上方から燃焼筒２１が挿通され固定されている。燃焼筒２１は、両端が開口した円筒体であり、本体部２０と軸心が略一致するように収納されている。燃焼筒２１は、周部に多数の２次空気孔８０および混合ガス炎孔８１が形成されている。２次空気孔８０は、燃焼筒２１の周部に略均一の間隔で設けられているが、図３，６に示す状態において後述する下流側蓋体８５側にあるものほどその開口面積が大きい。即ち、２次空気孔８０の開口面積は、燃焼筒２１の内部を通過する燃焼ガスの下流側に向かうに従い増大している。そのため、燃焼筒２１の内部には、下流側蓋体８５側ほどより多くの空気が導入される。
【００５８】
混合ガス炎孔８１は、燃焼筒２１の周部に略均一の間隔で設けられており、燃焼筒２１の内外を連通している。混合ガス炎孔８１は、燃焼筒２１をバーナ内筒７１の上方から挿通した際に燃焼筒支持部７３の連通孔７８に合致する位置に設けられている。そのため、混合部２２において空気と混合され、混合ガス室７０内に流入した混合ガスは、混合ガス炎孔８１から燃焼筒２１の内側に向けて噴射され、燃焼される。
【００５９】
燃焼筒２１の上端側（下流側蓋体８５側）には、円板型のフランジ部材８２が係合している。フランジ部材８２は、外径が整流筒２３の内径と略同一であり、整流筒２３の内側に当接している。そのため、燃焼筒２１は、上端側がフランジ部材８２によって支持されており、径方向への移動が阻止されている。
【００６０】
燃焼筒２１の周囲には、図６に示すように整流筒２３が設けられている。整流筒２３は、燃焼筒２１よりも大径で両端が開口した円筒体であり、その周部に多数の空気導入口８３が設けられている。空気導入口８３は、整流筒２３の周部に略均一の間隔で設けられているが、図３に示す状態において下流側蓋体８５側にあるものほどその開口面積が大きい。即ち、空気導入口８３の開口面積は、燃焼筒２１の内部を通過する燃焼ガスの下流側に向かうに従い増大している。そのため、整流筒２３の内部には、下流側蓋体８５側ほど多くの空気が流入する。
【００６１】
本体部２０の上端側（図３上方側）、即ち燃焼ガスの下流側には、下流側蓋体８５が設けられている。下流側蓋体８５は、図１，３に示すように本体部２０の上端側の開口部分を閉塞する閉塞部８６と、閉塞部８６の外周部分に設けられたフランジ部８７と、閉塞部８６の中心部に設けられた燃焼ガス排気口８８とを有する。
【００６２】
下流側蓋体８５の閉塞部８６は、平面視が略円形であり、本体部２０の上端側の開口に合致する形状である。閉塞部８６の裏面側（図３下方側）は、燃焼筒２１および整流筒２３の上端面に当接し支持されている。フランジ部８７は、閉塞部８６の外周部分を閉塞部８６に対して略垂直方向に折り返した部分であり、その周部に下流側蓋体８５を本体部２０に固定するためのネジ孔が設けられている。
【００６３】
燃焼ガス排気口８８は、燃料改質器５の接続部（図示せず）に相当する大きさの開口である。燃焼ガス排気口８８の開口径は、燃焼筒２１の内径よりも小さい。燃焼ガス排気口８８の周部には、閉塞部８６に対して略垂直で、本体部２０の軸方向に突出した接続フランジ９１（突出部）が設けられている。また、閉塞部８６と接続フランジ９１との境界部は、図７に示すようになだらかに屈曲している。また同様に、接続フランジ９１の端部は、内側に向かって屈曲している。燃焼装置１は、接続フランジ９１を燃料改質器５の接続部に係合させることにより燃料改質器５と接続されている。
【００６４】
本体部２０のうち胴体部２０ａには、空気導入管２４を交わすようにして断熱材９２が巻き付けられている。断熱材９２は、グラスウール断熱材やセラミック断熱材などのシート状の部材であり、本体部２０の内部において燃焼駆動に伴い発生している熱の漏洩を防止するものである。
【００６５】
続いて、本実施形態の燃焼装置１におけるガスおよび空気の流れについて説明する。上記したように、燃焼装置１には、外部から天然ガスやプロパンなどの高熱量燃料と、空気が供給される。またさらに、燃焼装置１には、ＰＥＦＣ２において反応しきれずに残ったオフガスや、ＣＯ除去器８から排出されたプロセスガスなどの低熱量燃料も導入される。
【００６６】
外部から供給される高熱量燃料は、ガス供給管３８を介してドレンガイド４５と混合室仕切部材４７との間に形成されている予備混合室６３内に導入される。一方、外部から供給される空気は、本体部２０の胴体部２０ａに設けられた空気導入管２４を通じて本体部２０の内部に導入される。本体部２０内に導入された空気の一部は、整流筒２３の空気導入口８３を介して整流筒２３の内側に流れ込む。一方、本体部２０内に導入された空気の残部は、整流筒２３の下方の混合室ケース４６に設けられた空気導入口５６および混合室仕切部材４７の空気導入口６１を通じて、予備混合室６３の内部に流入する。
【００６７】
予備混合室６３内に流入した高熱量燃料と空気とは、互いに混合しながら前記空間内を移動し、フランジ６０の連通孔６５から混合促進室６６側へ流出する。ここで、フランジ６０の連通孔６５の開口面積は、予備混合室６３の流路断面積よりも小さく連通孔６５は予備混合室６３側から混合促進室６６側に流れる混合ガスの流れ抵抗となるため、連通孔６５を通過する際に高熱量燃料と空気との混合が一層促進される。
【００６８】
連通孔６５から混合促進室６６内に流入した高熱量燃料と空気との混合ガスは、連通孔６５よりもさらに開口面積の小さな貫通孔６８を通じて混合ガス室７０内に流入する。混合ガス室７０内に流入した燃料と空気との混合ガスは、混合ガス室７０を形成しているバーナ内筒７１に設けられている連通孔７８および、当該連通孔７８に連通している燃焼筒２１の混合ガス炎孔８１を通じて燃焼筒２１の内側に噴射される。混合ガス炎孔８１から噴射された混合ガスは、点火プラグ３９により点火され、混合ガス炎孔８１に火炎を形成すると共に燃焼ガスを発生する。
【００６９】
燃料電池システム３において排出されるプロセスガスやオフガスといった低熱量燃料は、１次空気と混合されることなく燃焼筒２１内に挿通されている循環ガス供給管３５内を流れ、ガス噴出口３６から燃焼筒２１の径方向に向けて噴射される。
【００７０】
一方、空気導入管２４から導入され、整流筒２３の空気導入口８３を介して整流筒２３の内側に流れ込んだ空気の一部は、整流筒２３と燃焼筒２１との間に空気層を形成し、残部は燃焼筒２１の２次空気孔８０から燃焼筒２１の内部に流入する。燃焼筒２１内に流入した空気は、循環ガス供給管３５のガス噴出口３６から導入されたプロセスガスやオフガスといった低熱量燃料が燃焼する際の２次空気として混合された後に燃焼し、燃焼ガスを発生する。
【００７１】
燃焼筒２１内において発生した高温の燃焼ガスは、燃焼筒２１内を上昇し、下流側蓋体８５の中心に設けられた燃焼ガス排気口８８から排出される。燃焼ガス排気口８８から排出された燃焼ガスは、燃料改質器５の接続部（図示せず）から燃料改質器５内に流入し、天然ガス等の水蒸気改質の熱源として利用される。
【００７２】
ガス供給管３８から供給された燃料ガスおよび、燃料電池システム３内において発生したオフガスやプロセスガスを燃焼することにより発生したドレンは、燃焼筒２１を伝い、バーナ内筒７１およびドレンガイド４５により構成されているドレン集結手段により上流側蓋体２８側に集結され、ドレンガイド４５により包囲されている領域内に流入する。上流側蓋体２８側に落下したドレンは、ドレン排出口３４に接続されたドレン排出管４３を通じて外部に排出される。
【００７３】
本実施形態の燃焼装置１において、低熱量燃料であるオフガスやプロセスガスを噴射し火炎を形成するガス噴出口３６は、水平方向の成分を持つ方向に開口している。そのため、燃焼駆動に伴い発生するドレンやスケールは重力の影響を受けて燃焼部内を落下しガス噴出口３６の閉塞を防止することができ、供給された燃料の大部分を完全燃焼することができる。そのため燃焼装置１は、未燃成分や一酸化炭素等の有毒ガスの排出量が極めて少なく、エネルギー変換効率が高く、環境に調和した燃焼駆動を行うことができる。
【００７４】
また、燃焼装置１は、燃焼筒２１内に形成される火炎により赤熱する保炎部３７が低熱量ガスが噴出するガス噴出口３６の近傍に設けられている。そのため、ガス噴出口３６に形成される火炎は、保炎部３７の放出する熱により加熱され安定化される。よって、燃焼装置１は、ウオッベ指数が低く安定燃焼が困難であるオフガスやプロセスガスといった低熱量燃料を安定燃焼することができる。
【００７５】
上記したように、燃焼装置１は、ウオッベ指数の低い低熱量燃料と、ウオッベ指数の高い高熱量燃料とを別々の経路で燃焼筒２１内に導入し燃焼している。即ち、本実施形態においては、一次空気の存在下で逆火現象が起こりやすい、ウオッベ指数の低いオフガスやプロセスガスを、循環ガス供給口３０を介して直接燃焼筒２１内に導入して燃焼している。一方、外部から導入され、一次空気の存在下において燃焼状態が良好であるウオッベ指数の高い天然ガスやプロパンなどの高熱量燃料は、混合部２２において予め空気と混合した上で燃焼筒２１内に導入し燃焼する構成である。そのため、本実施形態の燃焼装置１によれば、導入される燃料の性質、即ちウオッベ指数の違いに応じて燃焼に最適な状態で空気を供給し、完全燃焼することができる。従って、上記した構成によれば、ウオッベ指数の異なる２種類の燃料を同時に安定燃焼できる。
【００７６】
本実施形態において、バーナ内筒７１およびドレンガイド４５によって構成されるドレン集結手段によって燃焼筒２１において発生したドレンは、ドレンガイド４５によって包囲される領域内に集結され、ドレン排出管４３を通じて滞りなく排出される。そのため、燃焼装置１においては、ドレンがガス噴出口３６等に付着することによる燃焼不良がほとんど発生しない。
【００７７】
本実施形態の燃焼装置１において、２次空気孔８０は、燃焼筒２１の上端側（図３上方側）、即ち燃焼ガスの下流側に設けられたものほど、その開口面積が大きい。そのため、燃焼筒２１内には、燃焼ガスの下流側ほど多くの空気が流入する。よって、燃焼ガスが滞留するなどして高温となりがちである燃焼ガスの下流側は、燃焼筒２１内に流入した空気によって空冷される。また、本実施形態の燃焼装置１においては、燃焼筒２１と整流筒２３との間に空気層が形成されている。一般的に、空気は金属よりも熱伝導率が低く断熱効果を有するため、燃焼筒２１において発生した燃焼ガスの持つ熱量は外部に漏洩しない。よって、本実施形態の燃焼装置１は熱効率が高く、燃料電池システム３全体のエネルギー変換効率の向上に寄与することができる。
【００７８】
本実施形態の燃焼装置１においては、循環ガス供給管３５、ガス供給管３８、点火プラグ３９、温度センサ４０およびフレームロッド４１が本体部２０の底面をなす上流側蓋体２８に接続されている。即ち、燃焼装置１は、循環ガス供給管３５やガス供給管３８などの燃料ガスを本体部２０内に供給するガス供給系統と、点火プラグ３９、温度センサ４０、フレームロッド４１などの電装装置とが上流側蓋体２８に集中的に設けられている。また、燃焼筒２１内で発生した燃焼ガスを排出する燃焼ガス排気口８８は、本体部２０の天面をなす下流側蓋体８５に設けられている。即ち、本体部２０の胴体部２０ａには、空気導入管２４のみが取り付けられており、他の配管等は本体部２０の天面あるいは底面側に集中的に設けられている。そのため、本実施形態の燃焼装置１は、胴体部２０ａに容易に断熱材９２を巻き付けることができ、胴体部２０ａの大部分を断熱材９２で被覆することができる。従って、燃焼装置１では、本体部２０の内部において発生した熱エネルギーの漏出を最小限に抑制することができ、燃料電池システム３のエネルギー変換効率を向上することができる。
【００７９】
上記実施形態において、本体部２０にはシート状の断熱材９２を装着した構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図８に示すように本体部２０に沿う形状に成形された筒状の断熱材９３ａ，９３ｂに、空気導入管２４に沿う形状に切り欠き部９５ａ，９５ｂを設けたものを装着することも可能である。かかる構成によれば、断熱材９３ａ，９３ｂによって本体部２０をより一層確実に包囲することができ、外部への熱エネルギーの漏洩を最小限に抑制すると共に、より一層エネルギー変換効率を向上することが可能である。なお、断熱材９３ａ，９３ｂは、いかなる材質で構成されても良いが、断熱材９２と同様に、グラスウール断熱材やセラミック断熱材等の断熱性に優れた材質で構成されることが望ましい。
【００８０】
上記した燃焼装置１は、本体部２０の周部に空気導入管２４を設けた構成であったが、空気導入管２４は必ずしも本体部２０に設ける必要はない。即ち、空気導入管２４は、本体部２０の内側に空気を導入できる位置であればいかなる位置に設けられていても良く、上流側蓋体２８や下流側蓋体８５に設けられていても良い。かかる構成によれば、本体部２０をさらにシンプルな構成とすることができ、シート状の断熱材９２であっても容易且つ確実に本体部２０を包囲することができる。従って、上記した構成によれば、燃焼装置１から漏洩する熱量を最小限に抑制し、燃料電池システム３全体のエネルギー変換効率を改善できる。
【００８１】
本実施形態の燃焼装置１は、本体部２０の内部側に燃焼筒２１を包囲する整流筒２３を備えている。そのため、燃焼筒２１内における燃焼駆動に伴い発生する燃焼筒２１から本体部２０側に向けて放射される輻射熱が整流筒２３によって遮られ、本体部２０には伝播しない。従って、上記した構成によれば、燃焼筒２１において発生した熱エネルギーの放散を最小限に抑制することができる。
【００８２】
また、上記したように、燃焼装置１では整流筒２３の内側および外側に、空気導入管２４から流入した空気による空気層が形成される場合がある。通常、空気は金属等に比べて熱伝導率が低い。そのため、燃焼筒２１から本体部２０側に向けて放射される輻射熱は、燃焼筒２３の内外に形成される空気層によっても遮られ、本体部２０には伝播しない。従って、本実施形態の燃焼装置１は、燃焼駆動により発生した熱エネルギーの大部分を外部に放出することなく燃料改質器５側に供給することができ、燃料電池システム３全体のエネルギー変換効率を向上することができる。
【００８３】
上記した燃焼装置１は、下流側蓋体８５に設けられた燃焼ガス排気口８８が燃焼筒２１の開口径よりも小さいため、燃焼時に発生する高温の燃焼ガスは、燃焼ガスの下流側にある下流側蓋体８５の閉塞部８６に接触する。そのため、下流側蓋体８５は、高温の燃焼ガスにより加熱され高温となり、燃焼ガスの持つ熱エネルギーが閉塞部８６の表面から漏出する恐れがある。一方、燃焼装置１は、上記したように燃焼筒２１に設けられた２次空気孔８０および整流筒２３に設けられた空気導入口８３が、下流側蓋体８５側にあるものほどその開口面積が大きく、下流側蓋体８５側に多くの空気が導入される。そのため、燃焼装置１においては、下流側蓋体８５が外部から導入された比較的低温の空気によって冷却される。また、下流側蓋体８５側に導入された空気は、下流側蓋体８５の内側に空気層を形成するため、下流側蓋体８５側へ伝播する燃焼ガスの熱エネルギー量を大幅に削減することができる。従って、上記した構成によれば、下流側蓋体８５が過度に高温とならず、下流側蓋体８５側からの熱エネルギーの放散を最小限に抑制することができる。
【００８４】
本実施形態の燃焼装置１は、下流側蓋体８５に設けられた燃焼ガス排気口８８が燃焼筒２１の開口径よりも小さいため、燃焼ガス排気口８８から排出される燃焼ガスの流速は、燃焼ガス排気口８８が燃焼筒２１の開口径と同程度である場合に比べて速い。そのため、本発明の燃焼装置１によれば燃焼ガス排気口８８から排出された燃焼ガスを勢いよく燃料改質器５内に供給し、燃料改質器５内の所望の位置まで迅速かつ均等に導入することができる。従って、上記した構成によれば、燃料電池システム３の起動に要する時間を短縮し、燃料改質器５における改質精度を向上することができる。
【００８５】
また、本実施形態の燃焼装置１において、下流側蓋体８５の閉塞部８６と接続フランジ９１との境界部および接続フランジ９１の端部は、図７（ａ）に示すようになだらかに屈曲している。そのため、燃焼筒２１内において発生した燃焼ガスにより下流側蓋体８５が高温となっても、下流側蓋体８５の閉塞部８６と接続フランジ９１との境界部や接続フランジ９１の端部において下流側蓋体８５に作用する熱応力が除去されるため、下流側蓋体８５の損傷や歪みが起こらない。なお、上記した実施形態においては、下流側蓋体８５に作用する熱応力を効率的に除去するために閉塞部８６と接続フランジ９１との境界部に加えて、接続フランジ９１の端部にもなだらかに屈曲した屈曲部を設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図７（ｂ）に示すように閉塞部８６と接続フランジ９１との境界部のみ屈曲部を設ける構成としてもよい。
【００８６】
本実施形態では、燃焼装置１を固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）２を採用した燃料電池システム３に採用した例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、アルカリ電解質型燃料電池（ＡＦＣ）やリン酸電解質型燃料電池（ＰＡＦＣ）等あらゆるタイプの燃料電池あるいは当該燃料電池を採用した燃料電池システムに採用することができる。
【００８７】
本実施形態の燃焼装置１は、ドレン等による腐食を防止すべく全構成部材をステンレス製としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ステンレス以外のいかなる材質で製作されても良い。しかし、ドレン等による腐食や、耐久性、強度等を考慮すれば、燃焼装置１はステンレス等の材質で作成されることが望ましい。
【００８８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、燃焼装置の本体部の胴体部をシンプルな構成とすることができる。
【００８９】
また、請求項２に記載の発明によれば、燃焼部から本体部側に向けて放射される輻射熱を整流手段によって遮ることにより、燃焼部において発生した熱エネルギーの外部への漏洩を最小限に抑制することができる。
【００９０】
請求項３に記載の発明によれば、本体部の胴体部を極めてシンプルな構成とすることができる。また、燃焼駆動に伴い燃焼部から本体部側に向けて放射される輻射熱を整流手段によって遮断することにより、本体部が過度に高温とならず、熱エネルギーの漏洩も最小限に抑制することができる。
【００９１】
請求項４に記載の発明によれば、燃焼ガスが局在し高温となる恐れがある燃焼ガスの下流側に比較的低温の空気を多く供給し、この部位を効率よく空冷することができる。
【００９２】
請求項５に記載の発明によれば、燃焼装置に接続されている燃料改質器内の所望の位置まで燃焼ガスを迅速かつ均等に導入することができる。
【００９３】
また、請求項６に記載の発明によれば、下流側蓋体が過度に過熱されることにより発生する熱応力を突出部において効率よく除去でき、熱応力による下流側蓋体の損傷や歪みが起こらない。
【００９４】
請求項７に記載の発明によれば、燃焼装置の本体部の胴体部をシンプルな構成とすることができる。
【００９５】
請求項８に記載の発明によれば、本体部の胴体部をシンプルな構成とすると共に、燃焼時に発生するドレンをスムーズに排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の燃焼装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す燃焼装置を採用した燃料電池システムを示す模式図である。
【図３】図１に示す燃焼装置のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１に示す燃焼装置が備える上流側蓋体近傍を示す斜視図である。
【図５】図１に示す燃焼装置が備える混合部を示す分解斜視図である。
【図６】図１に示す燃焼装置が備えるバーナ内筒および、当該バーナ内筒に装着される燃焼筒と整流筒とを示す分解斜視図である。
【図７】図１に示す燃焼装置が備える下流側蓋体の要部を拡大した断面図である。
【図８】図１に示す燃焼装置が備える断熱材の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　燃焼装置
５　燃料改質器
２０　本体部
２０ａ　胴体部
２１　燃焼筒
２３　整流筒
２８　上流側蓋体
３０　循環ガス供給口
３１　ガス供給口
３２，３３ａ，３３ｂ　挿通口
３４　ドレン排出口
３５　循環ガス供給管
３８　ガス供給管
３９　点火プラグ
４０　温度センサ
４１　フレームロッド
４３　ドレン排出管
８０　２次空気孔
８３　空気導入口
８５　下流側蓋体
８６　閉塞部
８８　燃焼ガス排気口
９１　接続フランジ
９２　断熱材[Claims]
1. A combustion apparatus for heating a fuel reformer for reforming a hydrocarbon-based fuel, comprising: a tubular main body; a combustion section disposed inside the main body for burning fuel; A fuel supply unit that supplies fuel into the unit, a combustion gas discharge unit that discharges combustion gas generated in the combustion unit, and an ignition device that ignites the fuel supplied into the combustion unit; A body, an upstream lid located upstream of the combustion gas generated in the combustion section, and a downstream lid located downstream of the combustion gas, wherein the fuel supply section is located on the upstream lid. The combustion device is provided, wherein the combustion gas discharge portion is provided on the downstream lid, and the ignition device is connected from the upstream lid side or the downstream lid side.
2. A combustion device for heating a fuel reformer for reforming a hydrocarbon-based fuel, comprising: a tubular main body; and a combustion unit disposed inside the main body and burning the fuel. A rectifying device is provided between the main body and the combustion section.
3. A combustion device for heating a fuel reformer for reforming a hydrocarbon-based fuel, comprising: a tubular main body; a combustion section disposed inside the main body for burning fuel; A fuel supply unit that supplies fuel into the unit, a combustion gas discharge unit that discharges combustion gas generated in the combustion unit, and an ignition device that ignites the fuel supplied into the combustion unit; A body, an upstream lid located upstream of the combustion gas generated in the combustion section, and a downstream lid located downstream of the combustion gas, wherein the fuel supply section is located on the upstream lid. The combustion gas discharge portion is provided on the downstream lid, and the ignition device is connected from the upstream lid side or the downstream lid side, and is provided between the main body portion and the combustion portion. A combustion device, wherein a rectifying means is disposed in the combustion device.
4. The rectifying means is a cylindrical body surrounding the combustion section and having a plurality of air introduction ports communicating with the inside and outside at a peripheral portion, wherein the air introduction port is upstream of the combustion gas passing through the combustion section. 4. The combustion device according to claim 2, wherein an opening area is larger at a position corresponding to a downstream side of the combustion gas than at a position corresponding to a side of the combustion gas. 5. .
5. The combustion apparatus according to claim 1, wherein an opening diameter of the combustion gas discharge portion is smaller than an inner diameter of the combustion portion.
6. The combustion according to claim 1, wherein the combustion gas discharge portion has a protrusion projecting in a flow direction of the combustion gas over a part or the entire circumference in a circumferential direction. apparatus.
7. The combustion device according to claim 1, wherein the electrical device is inserted from the upstream lid side and / or the downstream lid side.
8. The combustion according to claim 1, wherein a drain discharge portion for discharging drain generated in the main body to the outside of the combustion device is connected to the downstream lid side. apparatus.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a combustion apparatus, and more particularly to a combustion apparatus that can be suitably used for a fuel reformer that reforms a fuel supplied to a fuel cell system or the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, depletion of energy resources and environmental problems due to mass consumption of energy have become social problems. At present, in order to solve this problem, it is desired to develop a new power generation device that is harmless to the environment, can be driven efficiently and stably. Therefore, a fuel cell system is attracting attention as a promising candidate for a next-generation power generation device that can satisfy these requirements.
[0003]
A fuel cell mainly includes an anode, a cathode, and an electrolyte sandwiched between the anode and the cathode. At the anode, fuel is oxidized, and at the cathode, oxygen is reduced. The anode is supplied with pure hydrogen or a reformed gas obtained by steam reforming a fuel such as methanol, gasoline, natural gas, or propane using a fuel reformer.
[0004]
The reaction caused by fuel such as methanol, gasoline, natural gas, and propane in the fuel reformer is an endothermic reaction. Therefore, in order to promote the fuel reforming reaction, a combustion device such as a burner is connected as a heat source to the conventional fuel reformer.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In order to stably perform the fuel reforming reaction in the fuel reformer, the combustion device needs to supply a high-temperature combustion gas of about 700C to 1000C to the fuel reformer. Therefore, the amount of heat released from the combustion device during combustion driving is extremely large, and it is necessary to minimize the amount of heat released from the fuel reformer in order to improve the energy conversion efficiency of the fuel cell system. .
[0006]
In the conventional fuel cell system, the heat radiation measures of the combustion device connected to the fuel reformer are still insufficient, and much of the radiant heat generated by the combustion drive propagates to the main body and is released to the outside. It was gone. For this reason, the conventional combustion device has low energy conversion efficiency, and as a result, has been a factor in lowering the energy conversion efficiency of the entire fuel cell system.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a combustion device for a heat source of a fuel reformer in which the amount of heat leaking from a main body is extremely small.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1, which is provided to solve the above-described problem, provides a combustion device that heats a fuel reformer that reforms a hydrocarbon-based fuel, in a cylindrical main body, and in the main body. A combustion section disposed inside the combustion section for burning fuel, a fuel supply section for supplying fuel to the combustion section, a combustion gas discharge section for discharging combustion gas generated in the combustion section, and a combustion gas supplied to the combustion section. An ignition device for igniting fuel, wherein the main body includes a body, an upstream lid located upstream of combustion gas generated in the combustion section, and a downstream lid located downstream of the combustion gas. Wherein the fuel supply section is provided on the upstream lid, the combustion gas discharge section is provided on the downstream lid, and the ignition device is provided on the upstream lid side or the downstream lid side. The combustion device is characterized by being connected to the combustion device.
[0009]
In the combustion device of the present invention, the fuel supply unit is provided on an upstream lid, the combustion gas discharge unit is provided on a downstream lid, and an ignition device is provided on the upstream lid side or the downstream side. It is connected from the lid side. Therefore, according to the above-described configuration, the body that forms the main part of the main body can be configured to have a simple configuration.
[0010]
As described above, since the combustion device of the present invention has a simple body portion, most of the body portion can be covered with the heat insulating material. Therefore, according to the above configuration, it is possible to minimize the leakage of heat generated inside the main body. In addition, according to the above-described configuration, the heat insulating material can be easily wound around the body, so that the combustion device of the present invention has a high assembly work efficiency.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a combustion apparatus for heating a fuel reformer for reforming a hydrocarbon-based fuel, wherein a cylindrical main body and a fuel disposed inside the main body are burned. A combustion device, comprising: a combustion section; and a rectifying means provided between the main body section and the combustion section.
[0012]
The combustion device of the present invention is provided with rectification means at a position surrounding the combustion section inside the main body. For this reason, radiant heat radiated from the combustion section toward the main body side due to the combustion drive is blocked by the rectifying means, and hardly propagates to the main body section. Therefore, according to the above-described configuration, it is possible to minimize the heat energy generated in the combustion section to the outside.
[0013]
Further, in the combustion device of the present invention, an air layer may be formed inside and outside of the straightening means by air introduced from outside. Normally, air has a lower thermal conductivity than metal or the like, so the air layer functions as a heat insulating layer. In the combustion device of the present invention, the radiant heat radiated from the combustion section toward the main body is also blocked by the air layer formed inside and outside the combustion section, and does not propagate to the main body. Therefore, according to the above configuration, most of the heat energy generated by the combustion of the fuel can be supplied to the fuel reformer.
[0014]
Further, since the radiant heat hardly propagates to the main body as described above, the main body is maintained at a relatively low temperature and does not become excessively high. For this reason, in the combustion apparatus of the present invention, the wall thickness hardly occurs due to an excessively high temperature of the main body.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a combustion apparatus for heating a fuel reformer for reforming a hydrocarbon-based fuel, wherein the combustion section is disposed inside the main body and burns the fuel. And a fuel supply unit that supplies fuel into the combustion unit, a combustion gas discharge unit that discharges combustion gas generated in the combustion unit, and an ignition device that ignites the fuel supplied into the combustion unit, The main body has a body, an upstream lid located upstream of the combustion gas generated in the combustion section, and a downstream lid located downstream of the combustion gas, and the fuel supply section is located upstream. The combustion gas discharge section is provided on the side lid, the combustion gas discharge section is provided on the downstream side lid, and the ignition device is connected from the upstream side lid side or the downstream side lid side, and the combustion unit is connected to the main body section. Characterized in that a rectifying means is arranged between the It is a device.
[0016]
In the combustion device of the present invention, since the fuel supply unit, the combustion gas discharge unit, and the ignition device are provided intensively on the upstream lid or the downstream lid, the body can have an extremely simple configuration. .
[0017]
As described above, in the combustion device of the present invention, since the body constituting the body has a simple configuration, most of the body can be covered with the heat insulating material, and the exposed portion of the body can be minimized. According to such a configuration, even if the heat generated inside the main body portion propagates to the main body portion, the heat radiation can be prevented by the heat insulating material provided on the surface of the body portion. Moreover, since the combustion device of the present invention has a simple body, the operation of winding the heat insulating material can be easily performed.
[0018]
In the combustion device of the present invention, the rectifying means surrounds the combustion section inside the main body. For this reason, radiant heat radiated from the combustion section toward the main body portion along with the combustion drive is blocked by the rectifying means, and hardly propagates to the main body portion. Therefore, according to the above configuration, it is possible to minimize the leakage of the heat energy generated due to the combustion drive.
[0019]
Further, in the combustion device of the present invention, an air layer may be formed inside and outside the rectifying means by the outside air introduced into the main body. In this case, radiant heat radiated from the combustion section toward the main body is also blocked by an air layer formed inside and outside the combustion section. Therefore, according to the above configuration, most of the heat energy generated by the combustion of the fuel can be supplied to the fuel reformer.
[0020]
Further, in the combustion device of the present invention, since the radiant heat hardly propagates to the main body, the main body does not become excessively hot. Therefore, in the combustion device of the present invention, the thinning and damage due to the excessively high temperature of the main body hardly occur.
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, the rectifying means is a tubular body surrounding the combustion portion and having a plurality of air inlets communicating with the inside and outside at a peripheral portion, and the air inlet passes through the inside of the combustion portion. 4. An apparatus according to claim 2, wherein an opening area is larger at a position corresponding to a downstream side of the combustion gas than at a position corresponding to an upstream side of the combustion gas. It is a combustion device of the description.
[0022]
In the combustion device of the present invention, the combustion gas generated in the combustion section tends to be localized downstream of the combustion gas in many cases. Since the combustion gas generated in the combustion part has a high temperature, if it is localized in the combustion part as described above, thermal stress acts intensively on the part. On the other hand, in the combustion device of the present invention, the air introduction port provided in the rectifying means has a larger opening than that provided on the downstream side of the combustion gas than that provided on the upstream side of the combustion gas. Large area. For this reason, a relatively large amount of relatively low-temperature air is supplied to a portion where the combustion gas is localized and may become high in temperature, and the air can be cooled by this air.
[0023]
Also, air introduced downstream of the combustion gas may form an air layer near the downstream lid. In this case, the radiant heat propagating to the downstream lid side with the combustion drive can be largely cut off. Therefore, according to the above configuration, it is possible to minimize the temperature rise of the downstream lid and the dissipation of heat energy from the downstream lid.
[0024]
The invention according to claim 5 is the combustion apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein an opening diameter of the combustion gas discharge portion is smaller than an inner diameter of the combustion portion.
[0025]
2. Description of the Related Art Conventionally, many fuel reformers connected to a combustion apparatus have a complicated internal structure, and thus it is often difficult to supply combustion gas to a desired position evenly. Also, particularly immediately after the start of the fuel reformer, it takes a considerable time for the combustion gas to reach a desired position in the fuel reformer. For this reason, conventionally, the reforming accuracy of the fuel in the fuel reformer is insufficient, or it takes a considerable time to obtain sufficient reforming accuracy.
[0026]
On the other hand, in the combustion device of the present invention, since the opening diameter of the combustion gas exhaust portion is smaller than the opening diameter of the combustion portion, the combustion gas is exhausted from the combustion gas exhaust portion. Therefore, according to the combustion device of the present invention, the combustion gas can be quickly and uniformly introduced to a desired position in the fuel reformer connected to the combustion device. Therefore, according to the combustion device of the present invention, the reforming accuracy of the fuel reformer can be improved, and the time required for obtaining sufficient reforming accuracy from the start of the fuel reformer can be reduced.
[0027]
The invention according to claim 6 is characterized in that the combustion gas discharge portion has a protrusion projecting in the flow direction of the combustion gas over a part or the entire circumference in the circumferential direction. A combustion device according to any one of the above.
[0028]
According to this configuration, even if the downstream lid is heated by the combustion gas generated in the combustion portion, the thermal stress acting thereby is dissipated in the protruding portion, so that the downstream lid is not damaged or distorted. .
[0029]
The invention according to claim 7 is the combustion device according to any one of claims 1 to 6, wherein the electrical equipment is inserted from the upstream lid side and / or the downstream lid side.
[0030]
Normally, a combustion device is equipped with an electrical device typified by a temperature detection means, a frame rod, and the like in order to detect a state of a flame formed in a combustion portion. In the combustion device of the present invention, since the above-described electrical device is inserted from the upstream lid side and / or the downstream lid side, the body part forming the main part of the main body may have a simple configuration. it can.
[0031]
Further, according to the above configuration, most of the body can be easily and reliably covered with the heat insulating material. Therefore, the combustion apparatus of the present invention can minimize the leakage of radiant heat emitted from the combustion section toward the main body by coating the body with the heat insulating material.
[0032]
The invention according to claim 8 is characterized in that a drain discharge part for discharging the drain generated in the main body part to the outside of the combustion device is connected to the downstream lid side. 2. The combustion device according to item 1.
[0033]
According to such a configuration, the body portion, which occupies most of the main body portion, can have a simple configuration. Therefore, the combustion device of the present invention can minimize the leakage of radiant heat emitted from the combustion section toward the main body by covering the body with a heat insulating material.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, a combustion apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing the combustion device of the present embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram showing a fuel cell system employing the combustion device shown in FIG. FIG. 3 is a sectional view of the combustion device shown in FIG. FIG. 4 is a perspective view showing the vicinity of an upstream lid provided in the combustion device shown in FIG. FIG. 5 is an exploded perspective view showing a mixing section provided in the combustion device shown in FIG. FIG. 6 is an exploded perspective view showing a burner inner cylinder included in the combustion device shown in FIG. 1 and a combustion cylinder and a rectifying cylinder mounted on the burner inner cylinder. FIG. 7A is an enlarged cross-sectional view of a main part of a downstream lid included in the combustion device shown in FIG. 1, and FIG. 7B is a cross-sectional view showing a modified example thereof. FIG. 8 is a perspective view showing a heat insulator which is a modification of the heat insulator provided in the combustion device shown in FIG.
[0035]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a combustion device of the present embodiment. As shown in FIG. 2 , the combustion device 1 is employed in a fuel cell system 3 using a solid polymer electrolyte fuel cell 2 (Polymer Electrolyte Fuel Cell, hereinafter referred to as PEFC). The combustion device 1 is connected to a fuel reformer 5 that performs steam reforming of a fuel such as natural gas or propane supplied to the fuel cell system 3, and is used as a heat source of a fuel reforming reaction.
[0036]
The fuel supplied from the outside is supplied to the desulfurizer 6, and the sulfur component contained in the fuel is removed. The fuel that has flowed out of the desulfurizer 6 flows into the fuel reformer 5 and undergoes a steam reforming reaction while being heated by the combustion device 1 to become a reformed gas containing hydrogen, carbon dioxide, and carbon monoxide.
[0037]
The carbon monoxide contained in the reformed gas acts as a catalyst poison for the platinum catalyst carried on the electrode of PEFC2. Then, the reformed gas exiting the fuel reformer 5 is supplied to a CO converter 7 in order to remove carbon monoxide contained in the reformed gas. When the reformed gas is supplied to the CO converter 7, most of the carbon monoxide contained in the reformed gas is converted to carbon dioxide.
[0038]
The reformed gas that has exited the CO converter 7 is further supplied to a CO remover 8, and the above-described CO converter 7 completely removes carbon monoxide remaining in the reformed gas that cannot be completely converted. Therefore, the reformed gas flowing out of the CO remover 8 has an extremely high hydrogen gas concentration. The reformed gas that has passed through the CO remover 8 is introduced into the PEFC 2 on the anode side (fuel electrode side).
[0039]
The PEFC 2 includes an anode 10 to which fuel is supplied, a cathode 11 to which air is supplied, and an electrolyte 12 sandwiched between the anode 10 and the cathode 11. More specifically, the PEFC 2 is a battery stack in which a plurality of unit cells each including an anode 10, a cathode 11, an electrolyte 12, and the like are stacked. The anode 10 and the cathode 11 support a noble metal such as platinum. Further, as the electrolyte 12, a cation exchange membrane capable of transmitting H 3 O + ions is employed. H 3 O + ions generated at the anode 10 pass through the electrolyte 12 and reach the cathode 11 side. H 3 O + ions having reached the cathode 11 side, react with oxygen supplied to the cathode 11, for generating water and electrons. The electrons generated at the cathode 11 flow in an external circuit connected to the PEFC 2 and reach the anode 10.
[0040]
As described above, in the fuel cell system 3, the combustion device 1 shown in FIG. 1 is connected to the fuel reformer 5 in order to supply heat required for fuel reforming. As shown in FIG. 3, fuel such as natural gas is supplied to the combustion device 1 via a gas supply pipe 38 described later. The fuel supplied through the gas supply pipe 38 is a high calorie fuel that has a high Wobbe index and is satisfactorily burned by being mixed with the primary air. An unreacted gas (off-gas) that has been supplied to the anode 10 of the PEFC 2 but has not contributed to the reaction is supplied to the combustion device 1 through a circulating gas supply pipe 35 described later. The off-gas is a gas containing a large amount of moisture generated in the PEFC 2 and containing hydrogen as a main component, and is a low calorific value fuel having a low Wobbe index.
[0041]
Immediately after the start of the fuel cell system 3, the fuel reformer 5, the CO converter 7 and the CO remover 8 do not function sufficiently. Even if the reformed gas has passed through these devices, the hydrogen The gas concentration (purity) is not suitable for driving the PEFC2. Therefore, the reformed gas (process gas) discharged from the CO remover 8 during the period from the start of the fuel cell system 3 to the time when the fuel reformer 5, the CO shift converter 7, and the CO remover 8 function sufficiently is The fuel is supplied to the combustion device 1 through the circulating gas supply pipe 35 and burned. The process gas is a gas containing a large amount of moisture and hydrogen similarly to the above-mentioned off-gas, and is a low calorific value fuel having a low Wobbe index.
[0042]
As shown in FIG. 3, the combustion device 1 is made of stainless steel having high corrosion resistance, and is roughly divided into a combustion cylinder 21, a mixing section 22, and a rectifying section inside a substantially cylindrical main body 20 having both ends opened. A tube 23 is built in. An air introduction pipe 24 for introducing air is connected to the body 20a of the main body 20. At both ends of the main body 20 of the combustion device 1, flanges 25 and 26 are provided which are directed outward in a direction perpendicular to the center axis of the main body 20. At an end of the flange portion 25, a flange portion 27 that engages with a connection portion (not shown) of the fuel reformer 5 is provided.
[0043]
An upstream lid 28 is fixed to a flange 26 provided below the main body 20. As shown in FIGS. 3 and 4, the upstream lid 28 is a disk-shaped plate, and has a shape substantially matching the outer shape of the flange 26. At a substantially central portion of the upstream lid 28, a circulating gas supply port 30 for inserting a circulating gas supply pipe 35 described later is provided. Around the circulating gas supply port 30, a gas supply port 31 for connecting a gas supply pipe 38 described later, and insertion ports 32 and 33a for inserting a spark plug 39, a temperature sensor 40, and a frame rod 41 are provided. , 33b are provided. Further, a drain outlet 34 for discharging drain generated by combustion driving is provided near the circulating gas supply port 30.
[0044]
A circulating gas supply pipe 35 through which the off gas discharged from the PEFC 2 and the process gas discharged from the CO remover 8 flows is provided on the upstream lid 28 at the lower surface side of the upstream lid 28 (see FIG. 4 below). The circulating gas supply pipe 35 has a plurality of gas outlets 36 in the peripheral portion on the tip side. The gas outlet 36 is open in a direction having a horizontal component, that is, in a direction intersecting the central axis of the combustion cylinder 21. In other words, the gas outlet 36 is open in a direction in which the drain falls, that is, in a direction crossing the vertical direction of the combustion device 1. Therefore, the gas jetted from the gas jet port 36 is jetted toward the inner wall of the combustion cylinder 21. As shown in FIG. 3, the circulating gas supply pipe 35 has an end on the gas ejection port 36 side protruding inside the main body 20 (upper side in FIG. 3).
[0045]
At the end of the circulating gas supply pipe 35 on the side of the gas ejection port 36, a flame holding section 37 (red heat member) is provided as shown in FIGS. The flame holding section 37 is a solid rod-shaped member, and closes an end of the circulating gas supply pipe 35 on the gas ejection port 36 side. The flame holding section 37 is heated by a flame formed in the combustion tube 21 to be described later to have a high temperature, and the heat heats a base of the flame formed in the gas outlet 36 to keep the flame.
[0046]
As shown in FIG. 4, a gas supply pipe 38 for externally supplying a fuel such as natural gas or propane is connected to the gas supply port 31 from below the upstream lid 28. In addition, an ignition plug 39 for igniting fuel injected into the combustion cylinder 21 from below the upstream lid 28 is inserted through the insertion port 32 and fixed. Similarly, each of the insertion holes 33a and 33b has a temperature sensor 40 for detecting the temperature of the flame formed in the combustion tube 21 and a frame for detecting the flame formed in the combustion tube 21. The rod 41 is inserted and fixed.
[0047]
A drain discharge pipe 43 for discharging drain generated in the main body 20 to the outside is connected to a position corresponding to the drain discharge port 34 on the lower surface side of the upstream lid 28.
[0048]
On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 4, a drain guide 45 is provided on the upper surface side (upper side in FIGS. 3 and 4) of the upstream lid 28. The drain guide 45 is a cylindrical body, one end of which is fixed to the upstream lid 28 by welding and has a watertight structure. The drain guide 45 is fixed to a substantially central portion of the upstream lid 28 and surrounds the drain outlet 34. In addition, the drain guide 45 is continuous with a burner inner cylinder 71 described later, and thereby functions as drain collecting means for collecting drain generated in the combustion cylinder 21.
[0049]
Above the upstream lid 28, fuel supplied from the outside through a gas supply pipe 38 as shown in FIGS. 3 and 4, and fuel introduced into the main body 20 from an air introduction pipe 24 provided in the body 20a. A mixing unit 22 is provided for mixing the air with the air. As shown in FIGS. 3 and 5, the mixing section 22 includes a mixing chamber partition member 47, a spacer 48, and a baffle plate 50 in a mixing chamber case 46.
[0050]
The mixing chamber case 46 is a cylindrical body having both ends opened, and has a flange portion 51 at both ends facing the outside of the mixing chamber case 46 and a flange portion 52 facing the inside of the mixing chamber case 46. The flange portion 51 has a plurality of screw holes 53 for fixing the mixing chamber case 46 to the upstream lid 28. The opening 55 on the flange 52 side of the mixing chamber case 46 has a shape that substantially matches the outer diameter of the combustion cylinder 21. A plurality of air inlets 56 are provided around the mixing chamber case 46. Three air inlets 56 are provided on the flange 51 side of the mixing chamber case 46, respectively. The air inlet 56 is unevenly distributed around the mixing chamber case 46. More specifically, the air inlet 56 is unevenly located at a position facing the air inlet tube 24 when the mixing chamber case 46 is housed in the main body 20.
[0051]
As shown in FIG. 5, the mixing chamber partition member 47 includes a body portion 58 and a flange portion 60. The outer diameter of the body portion 58 substantially matches the inner diameter of the mixing chamber case 46 described above. An air inlet 61 is provided around the body 58 at a position corresponding to the air inlet 56 of the mixing chamber case 46 described above. On one end side (upper side in FIG. 5) of the mixing chamber partition member 47, a flange portion 60 is provided which is directed toward the inside of the mixing chamber partition member 47. In the flange portion 60, a communication hole 65 that communicates below and above the flange portion 60 is provided in a portion corresponding to a position substantially opposed to the air introduction port 61 provided in the body portion 58. The body portion 58 of the mixing chamber partition member 47 is in close contact with the inner wall of the mixing chamber case 46, and the air inlet 56 communicates with the air inlet 61. Therefore, the inside of the mixing chamber partition member 47 communicates with the outside of the mixing chamber case 46 via the air introduction ports 56 and 61. As shown in FIG. 3, a preliminary mixing chamber 63 surrounded by the drain guide 45, the body 58, and the flange 60 is formed inside the mixing chamber partitioning member 47.
[0052]
A baffle plate 50 is disposed above the mixing chamber partition member 47 via an annular spacer 48. The outer diameters of the spacer 48 and the baffle plate 50 substantially match the outer diameter of the body 58 of the mixing chamber partitioning member 47. The baffle plate 50 is a disc-shaped member, and has an opening 67 for inserting the combustion tube 21 at the center. A plurality of through holes 68 are provided around the opening 67. Above the mixing chamber partition member 47, a mixing promoting chamber 66 is formed by the flange portion 60, the spacer 48, and the baffle plate 50. Further, as shown in FIG. 3, a mixed gas chamber 70 is formed by the baffle plate 50 and the flange 52 of the mixing chamber case 46.
[0053]
As shown in FIG. 3, a burner inner cylinder 71 is fitted into the mixing section 22 from above. Further, as described above, the burner inner cylinder 71 is continuous with the drain guide 45, and thereby functions as drain collecting means for collecting the drain generated in the combustion cylinder 21 in an area surrounded by the drain guide 45. ing. As shown in FIGS. 3 and 6, the burner inner cylinder 71 has a three-stage shape in which a drain guide engaging portion 72, which is a cylindrical body having a different opening diameter, a combustion cylinder supporting portion 73, and a straightening cylinder engaging portion 75 are continuous. Having. Further, flange portions 76 and 77 are provided at the boundary between the drain guide engagement portion 72 and the combustion cylinder support portion 73 and at the boundary between the combustion cylinder support portion 73 and the rectification cylinder engagement portion 75, respectively.
[0054]
The outer diameter of the drain guide engaging portion 72 is substantially the same as the inner diameter of the drain guide 45, is inserted from above the mixing portion 22, and is engaged with the drain guide 45. Further, a flange portion 76 at a boundary between the drain guide engaging portion 72 and the combustion cylinder supporting portion 73 is in contact with an upper end portion of the drain guide 45. The internal space of the combustion tube 21 communicates with a region surrounded by the drain guide 45. Therefore, the drain generated in the combustion cylinder 21 at the time of the combustion drive is collected in a region surrounded by the drain guide 45 via the drain guide engaging portion 72.
[0055]
Further, the combustion cylinder supporting portion 73 has a larger diameter than the drain guide engaging portion 72 and has substantially the same outer diameter as the opening 55 of the mixing chamber case 46. The combustion cylinder support 73 is inserted through the opening 55 above the mixing unit 22. The flange portion 77 at the boundary between the combustion tube support portion 73 and the straightening tube engaging portion 75 is in contact with the flange portion 52 of the mixing chamber case 46. The height (the length in the axial direction) of the combustion cylinder supporting portion 73 is substantially the same as the length from the baffle plate 50 of the mixing portion 22 to the flange portion 52 of the mixing chamber case 46. Further, a plurality of communication holes 78 are provided in the peripheral portion of the combustion cylinder supporting portion 73 over the entire periphery. Therefore, an annular mixed gas chamber 70 surrounded by the combustion cylinder support 73, the baffle plate 50, and the mixing chamber case 46 is formed inside the mixing section 22, and the mixed gas chamber 70 has a communication hole 78 formed therein. It communicates with the inside of the combustion cylinder 21 through the intermediary of the combustion cylinder 21.
[0056]
The rectifying cylinder engaging portion 75 has a larger diameter than the combustion cylinder supporting portion 73 and has an opening diameter substantially equal to the outer diameter of the rectifying cylinder 23. The rectifying cylinder engaging portion 75 is in contact with the lower end of the rectifying cylinder 23 to prevent the rectifying cylinder 23 from moving in the radial direction.
[0057]
The combustion cylinder 21 is inserted into and fixed to the burner inner cylinder 71 from above. The combustion cylinder 21 is a cylindrical body whose both ends are open, and is housed so that the axis of the main body 20 substantially coincides with the axis of the main body 20. The combustion cylinder 21 has a large number of secondary air holes 80 and a mixed gas flame hole 81 formed in a peripheral portion. The secondary air holes 80 are provided at substantially uniform intervals around the periphery of the combustion cylinder 21, but in the state shown in FIGS. . That is, the opening area of the secondary air hole 80 increases toward the downstream side of the combustion gas passing through the inside of the combustion cylinder 21. Therefore, more air is introduced into the combustion cylinder 21 toward the downstream lid 85.
[0058]
The mixed gas flame holes 81 are provided at substantially uniform intervals around the periphery of the combustion cylinder 21, and communicate with the inside and outside of the combustion cylinder 21. The mixed gas flame hole 81 is provided at a position corresponding to the communication hole 78 of the combustion cylinder support portion 73 when the combustion cylinder 21 is inserted from above the burner inner cylinder 71. Therefore, the mixed gas mixed with the air in the mixing section 22 and flowing into the mixed gas chamber 70 is injected from the mixed gas flame hole 81 toward the inside of the combustion cylinder 21 and burned.
[0059]
A disc-shaped flange member 82 is engaged with the upper end side (downstream lid 85 side) of the combustion cylinder 21. The outer diameter of the flange member 82 is substantially the same as the inner diameter of the rectifying cylinder 23, and is in contact with the inside of the rectifying cylinder 23. Therefore, the combustion cylinder 21 is supported on the upper end side by the flange member 82, and is prevented from moving in the radial direction.
[0060]
A rectifying cylinder 23 is provided around the combustion cylinder 21 as shown in FIG. The rectifying cylinder 23 is a cylindrical body having a diameter larger than that of the combustion cylinder 21 and having both ends opened, and a number of air inlets 83 are provided in a peripheral portion thereof. The air inlets 83 are provided at substantially uniform intervals on the peripheral portion of the flow regulating cylinder 23, but in the state shown in FIG. That is, the opening area of the air inlet 83 increases toward the downstream side of the combustion gas passing through the inside of the combustion tube 21. For this reason, more air flows into the inside of the flow regulating cylinder 23 toward the downstream lid 85 side.
[0061]
A downstream lid 85 is provided on the upper end side of the main body 20 (upper side in FIG. 3), that is, on the downstream side of the combustion gas. As shown in FIGS. 1 and 3, the downstream lid 85 includes a closing portion 86 that closes an opening on the upper end side of the main body 20, a flange portion 87 provided on an outer peripheral portion of the closing portion 86, and a closing portion 86. And a combustion gas exhaust port 88 provided at the center of the fuel cell.
[0062]
The closing portion 86 of the downstream lid 85 has a substantially circular shape in plan view, and has a shape matching the opening on the upper end side of the main body 20. The back side (lower side in FIG. 3) of the closing portion 86 is in contact with and supported by the upper end surfaces of the combustion cylinder 21 and the rectification cylinder 23. The flange portion 87 is a portion obtained by folding the outer peripheral portion of the closing portion 86 in a direction substantially perpendicular to the closing portion 86, and a screw hole for fixing the downstream lid 85 to the main body portion 20 is provided in the peripheral portion. Has been.
[0063]
The combustion gas exhaust port 88 is an opening having a size corresponding to a connection portion (not shown) of the fuel reformer 5. The opening diameter of the combustion gas exhaust port 88 is smaller than the inner diameter of the combustion cylinder 21. A connection flange 91 (protruding portion) which is substantially perpendicular to the closing portion 86 and protrudes in the axial direction of the main body portion 20 is provided on a peripheral portion of the combustion gas exhaust port 88. Further, the boundary between the closing portion 86 and the connection flange 91 is gently bent as shown in FIG. Similarly, the end of the connection flange 91 is bent inward. The combustion device 1 is connected to the fuel reformer 5 by engaging the connection flange 91 with a connection portion of the fuel reformer 5.
[0064]
A heat insulating material 92 is wound around the body 20 a of the main body 20 so as to cross the air introduction pipe 24. The heat insulating material 92 is a sheet-like member such as a glass wool heat insulating material or a ceramic heat insulating material, and prevents heat generated inside the main body 20 from being leaked due to combustion driving.
[0065]
Next, the flow of gas and air in the combustion device 1 of the present embodiment will be described. As described above, the combustion apparatus 1 is supplied with a high calorific value fuel such as natural gas or propane and air from the outside. Further, a low calorie fuel such as an off-gas remaining without being completely reacted in the PEFC 2 and a process gas discharged from the CO remover 8 is also introduced into the combustion device 1.
[0066]
The high calorie fuel supplied from the outside is introduced into the premixing chamber 63 formed between the drain guide 45 and the mixing chamber partition member 47 via the gas supply pipe 38. On the other hand, air supplied from the outside is introduced into the main body 20 through an air introduction pipe 24 provided in the body 20 a of the main body 20. Part of the air introduced into the main body 20 flows into the rectifying cylinder 23 through the air introduction port 83 of the rectifying cylinder 23. On the other hand, the remainder of the air introduced into the main body 20 passes through the air introduction port 56 provided in the mixing chamber case 46 below the rectifying cylinder 23 and the air introduction port 61 of the mixing chamber partitioning member 47, and through the premixing chamber 63. Flows into the interior.
[0067]
The high calorie fuel and the air that flow into the premixing chamber 63 move in the space while mixing with each other, and flow out of the communication hole 65 of the flange 60 to the mixing promoting chamber 66 side. Here, the opening area of the communication hole 65 of the flange 60 is smaller than the cross-sectional area of the flow path of the premixing chamber 63, and the communication hole 65 becomes a flow resistance of the mixed gas flowing from the premixing chamber 63 to the mixing promoting chamber 66. Therefore, when passing through the communication hole 65, the mixing of the high calorific value fuel and the air is further promoted.
[0068]
The mixed gas of the high calorific value fuel and the air that has flowed into the mixing promoting chamber 66 from the communication hole 65 flows into the mixed gas chamber 70 through the through hole 68 having a smaller opening area than the communication hole 65. The mixed gas of the fuel and the air that has flowed into the mixed gas chamber 70 communicates with the communication hole 78 provided in the burner inner cylinder 71 that forms the mixed gas chamber 70 and the combustion that communicates with the communication hole 78. The fuel is injected into the combustion cylinder 21 through the mixed gas flame hole 81 of the cylinder 21 . The mixed gas injected from the mixed gas flame hole 81 is ignited by the spark plug 39 to form a flame in the mixed gas flame hole 81 and generate combustion gas.
[0069]
Low calorie fuel such as process gas or off-gas discharged in the fuel cell system 3 flows through the circulating gas supply pipe 35 inserted into the combustion tube 21 without being mixed with the primary air, and from the gas outlet 36. The fuel is injected in the radial direction of the combustion cylinder 21.
[0070]
On the other hand, part of the air introduced from the air introduction pipe 24 and flowing into the inside of the rectifying cylinder 23 through the air introduction port 83 of the rectifying cylinder 23 forms an air layer between the rectifying cylinder 23 and the combustion cylinder 21. The remainder flows into the combustion cylinder 21 from the secondary air holes 80 of the combustion cylinder 21. The air that has flowed into the combustion cylinder 21 is burned after being mixed as secondary air when a low calorific value fuel such as a process gas or an off gas introduced from the gas outlet 36 of the circulating gas supply pipe 35 is burned. To occur.
[0071]
The high-temperature combustion gas generated in the combustion cylinder 21 rises in the combustion cylinder 21 and is discharged from a combustion gas exhaust port 88 provided at the center of the downstream lid 85. The combustion gas discharged from the combustion gas exhaust port 88 flows into the fuel reformer 5 from a connection portion (not shown) of the fuel reformer 5, and is used as a heat source for steam reforming of natural gas or the like. .
[0072]
The fuel gas supplied from the gas supply pipe 38 and the drain generated by burning off-gas and process gas generated in the fuel cell system 3 travel through the combustion cylinder 21 and are constituted by the burner inner cylinder 71 and the drain guide 45. The liquid is collected on the upstream lid 28 side by the drain collecting means, and flows into a region surrounded by the drain guide 45. The drain that has fallen toward the upstream lid 28 is discharged to the outside through a drain discharge pipe 43 connected to the drain discharge port 34.
[0073]
In the combustion device 1 of the present embodiment, the gas outlet 36 that injects off-gas or process gas, which is a low calorific value fuel, to form a flame is open in a direction having a horizontal component. Therefore, drains and scales generated by the combustion drive fall under the influence of gravity and fall in the combustion part, and the blockage of the gas outlet 36 can be prevented, and most of the supplied fuel can be completely burned. . Therefore, the combustion device 1 emits very little toxic gas such as unburned components and carbon monoxide, has high energy conversion efficiency, and can perform combustion driving in harmony with the environment.
[0074]
Further, in the combustion device 1, a flame holding portion 37 that glows red by a flame formed in the combustion tube 21 is provided near a gas outlet 36 from which a low-calorific value gas is ejected. Therefore, the flame formed in the gas outlet 36 is heated and stabilized by the heat emitted from the flame holding section 37. Therefore, the combustion apparatus 1 can stably burn low calorific value fuel such as off-gas or process gas, which has a low Wobbe index and is difficult to stably burn.
[0075]
As described above, the combustion device 1 introduces and burns the low-calorie fuel having a low Wobbe index and the high-calorie fuel having a high Wobbe index into the combustion cylinder 21 through different paths. That is, in the present embodiment, an off-gas or a process gas having a low Wobbe index, in which a flashback phenomenon easily occurs in the presence of the primary air, is introduced directly into the combustion cylinder 21 through the circulation gas supply port 30 and burned. ing. On the other hand, a high calorific value fuel such as natural gas or propane having a high Wobbe index, which is introduced from the outside and has a good combustion state in the presence of primary air, is mixed with air in advance in the mixing section 22 and is then injected into the combustion cylinder 21. It is configured to be introduced and burned. Therefore, according to the combustion device 1 of the present embodiment, air can be supplied in an optimal state for combustion in accordance with the properties of the introduced fuel, that is, the difference in the Wobbe index, and complete combustion can be performed. Therefore, according to the above configuration, two types of fuels having different Wobbe indices can be simultaneously and stably burned.
[0076]
In the present embodiment, the drain generated in the combustion cylinder 21 by the drain collecting means constituted by the burner inner cylinder 71 and the drain guide 45 is collected in an area surrounded by the drain guide 45 and passes through the drain discharge pipe 43 without interruption. Is discharged. For this reason, in the combustion device 1, poor combustion hardly occurs due to the drain adhering to the gas outlet 36 and the like.
[0077]
In the combustion device 1 of the present embodiment, the opening area of the secondary air hole 80 is larger at the upper end side (upper side in FIG. 3) of the combustion cylinder 21, that is, at the downstream side of the combustion gas. Therefore, more air flows into the combustion cylinder 21 toward the downstream side of the combustion gas. Therefore, the downstream side of the combustion gas, which tends to be hot due to the stagnation of the combustion gas, is air-cooled by the air flowing into the combustion cylinder 21. Further, in the combustion device 1 of the present embodiment, an air layer is formed between the combustion cylinder 21 and the rectification cylinder 23. In general, since air has a lower thermal conductivity than metal and has an adiabatic effect, the amount of heat of the combustion gas generated in the combustion tube 21 does not leak to the outside. Therefore, the combustion device 1 of the present embodiment has high thermal efficiency and can contribute to improvement of the energy conversion efficiency of the entire fuel cell system 3.
[0078]
In the combustion device 1 of the present embodiment, the circulating gas supply pipe 35, the gas supply pipe 38, the ignition plug 39, the temperature sensor 40, and the frame rod 41 are connected to the upstream lid 28 that forms the bottom surface of the main body 20. . That is, the combustion device 1 includes a gas supply system that supplies the fuel gas such as the circulating gas supply pipe 35 and the gas supply pipe 38 into the main body portion 20 and an electric device such as the ignition plug 39, the temperature sensor 40, and the frame rod 41. Are intensively provided on the upstream lid 28. Further, a combustion gas exhaust port 88 for discharging the combustion gas generated in the combustion cylinder 21 is provided on the downstream side lid 85 forming the top surface of the main body 20. That is, only the air introduction pipe 24 is attached to the body 20 a of the main body 20, and other pipes and the like are provided intensively on the top surface or the bottom surface side of the main body 20. Therefore, in the combustion device 1 of the present embodiment, the heat insulating material 92 can be easily wound around the body portion 20a, and most of the body portion 20a can be covered with the heat insulating material 92. Therefore, in the combustion device 1, the leakage of heat energy generated inside the main body 20 can be suppressed to a minimum, and the energy conversion efficiency of the fuel cell system 3 can be improved.
[0079]
In the above embodiment, the configuration in which the sheet-like heat insulating material 92 is attached to the main body 20 has been exemplified. However, the present invention is not limited to this. For example, the shape along the main body 20 as shown in FIG. It is also possible to mount the cutouts 95a, 95b in the shape along the air introduction pipe 24 on the cylindrical heat insulating materials 93a, 93b formed in the shape shown in FIG. According to such a configuration, the heat insulating members 93a and 93b can more reliably surround the main body portion 20, minimizing the leakage of heat energy to the outside, and further improving the energy conversion efficiency. Is possible. The heat insulators 93a and 93b may be made of any material, but, like the heat insulator 92, are desirably made of a material having excellent heat insulation such as a glass wool heat insulator or a ceramic heat insulator.
[0080]
Although the above-described combustion device 1 has a configuration in which the air introduction pipe 24 is provided around the periphery of the main body 20, the air introduction pipe 24 does not necessarily need to be provided in the main body 20. That is, the air introduction pipe 24 may be provided at any position as long as air can be introduced into the inside of the main body 20, and may be provided at the upstream lid 28 or the downstream lid 85. . According to such a configuration, the main body 20 can be further simplified, and the main body 20 can be easily and reliably surrounded even by the sheet-like heat insulating material 92. Therefore, according to the above configuration, the amount of heat leaking from the combustion device 1 can be minimized, and the energy conversion efficiency of the entire fuel cell system 3 can be improved.
[0081]
The combustion device 1 of the present embodiment includes a rectifying cylinder 23 surrounding the combustion cylinder 21 inside the main body 20. Therefore, the radiant heat radiated from the combustion cylinder 21 generated along with the combustion drive in the combustion cylinder 21 toward the main body 20 is blocked by the rectifying cylinder 23 and does not propagate to the main body 20. Therefore, according to the above configuration, the dissipation of the heat energy generated in the combustion cylinder 21 can be suppressed to a minimum.
[0082]
Further, as described above, in the combustion device 1, an air layer may be formed on the inside and outside of the flow regulating tube 23 by the air flowing from the air introduction pipe 24. Normally, air has lower thermal conductivity than metals and the like. Therefore, radiant heat radiated from the combustion cylinder 21 toward the main body 20 is also blocked by an air layer formed inside and outside the combustion cylinder 23, and does not propagate to the main body 20. Therefore, the combustion device 1 of the present embodiment can supply most of the heat energy generated by the combustion drive to the fuel reformer 5 side without releasing it to the outside, and the energy conversion efficiency of the entire fuel cell system 3 Can be improved.
[0083]
In the combustion device 1 described above, since the combustion gas exhaust port 88 provided in the downstream lid 85 is smaller than the opening diameter of the combustion cylinder 21, the high-temperature combustion gas generated during combustion is on the downstream side of the combustion gas. It contacts the closing part 86 of the downstream lid 85. Therefore, the downstream lid 85 is heated by the high-temperature combustion gas and becomes high temperature, and the thermal energy of the combustion gas may leak from the surface of the closing portion 86. On the other hand, in the combustion device 1, as the secondary air hole 80 provided in the combustion cylinder 21 and the air inlet 83 provided in the rectification cylinder 23 are closer to the downstream lid 85 as described above, the opening area thereof is larger. And a large amount of air is introduced to the downstream lid 85 side. Therefore, in the combustion device 1, the downstream lid 85 is cooled by relatively low-temperature air introduced from the outside. Further, since the air introduced into the downstream lid 85 forms an air layer inside the downstream lid 85, the amount of heat energy of the combustion gas propagating to the downstream lid 85 is greatly reduced. be able to. Therefore, according to the above-described configuration, the temperature of the downstream lid 85 does not become excessively high, and the dissipation of heat energy from the downstream lid 85 can be minimized.
[0084]
In the combustion device 1 of the present embodiment, since the combustion gas exhaust port 88 provided in the downstream lid 85 is smaller than the opening diameter of the combustion tube 21, the flow rate of the combustion gas discharged from the combustion gas exhaust port 88 is: This is faster than the case where the combustion gas exhaust port 88 is substantially equal to the opening diameter of the combustion cylinder 21. Therefore, according to the combustion apparatus 1 of the present invention, the combustion gas discharged from the combustion gas exhaust port 88 is supplied to the fuel reformer 5 in a vigorous manner, and quickly and uniformly to a desired position in the fuel reformer 5. Can be introduced. Therefore, according to the above configuration, the time required for starting the fuel cell system 3 can be reduced, and the reforming accuracy in the fuel reformer 5 can be improved.
[0085]
In the combustion device 1 of the present embodiment, the boundary between the closing portion 86 of the downstream lid 85 and the connection flange 91 and the end of the connection flange 91 are gently bent as shown in FIG. ing. Therefore, even if the temperature of the downstream lid 85 becomes high due to the combustion gas generated in the combustion tube 21, the downstream portion at the boundary between the closing portion 86 of the downstream lid 85 and the connection flange 91 or at the end of the connection flange 91 is not removed. Since the thermal stress acting on the side lid 85 is removed, the downstream lid 85 is not damaged or distorted. In the above-described embodiment, in order to efficiently remove the thermal stress acting on the downstream lid 85, in addition to the boundary between the closing portion 86 and the connection flange 91, the edge of the connection flange 91 is also provided. Although the gently bent portion is provided, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 7B, a configuration in which only the boundary portion between the closing portion 86 and the connection flange 91 is provided with the bent portion. It may be.
[0086]
In the present embodiment, an example in which the combustion apparatus 1 is employed in a fuel cell system 3 employing a solid polymer electrolyte fuel cell (PEFC) 2 is illustrated, but the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited thereto. The present invention can be applied to all types of fuel cells such as a fuel cell (AFC) and a phosphoric acid electrolyte fuel cell (PAFC) or a fuel cell system employing the fuel cell.
[0087]
In the combustion device 1 of the present embodiment, all the constituent members are made of stainless steel in order to prevent corrosion due to drain or the like, but the present invention is not limited to this, and may be made of any material other than stainless steel. . However, in consideration of corrosion due to drain and the like, durability, strength, and the like, it is desirable that the combustion device 1 be made of a material such as stainless steel.
[0088]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the body of the main body of the combustion device can have a simple configuration.
[0089]
According to the second aspect of the present invention, the radiant heat radiated from the combustion section toward the main body is blocked by the rectification means, so that the leakage of heat energy generated in the combustion section to the outside is minimized. Can be suppressed.
[0090]
According to the third aspect of the present invention, the body of the main body can have a very simple configuration. In addition, by blocking the radiant heat radiated from the combustion portion toward the main body side by the combustion drive by the rectifying means, the main body portion does not become excessively high temperature, and the leakage of heat energy can be minimized. it can.
[0091]
According to the fourth aspect of the present invention, a relatively large amount of relatively low-temperature air is supplied to the downstream side of the combustion gas where the combustion gas is likely to be localized and has a high temperature, and this portion can be efficiently air-cooled.
[0092]
According to the invention described in claim 5, the combustion gas can be quickly and uniformly introduced to a desired position in the fuel reformer connected to the combustion device.
[0093]
Further, according to the invention as set forth in claim 6, thermal stress generated by excessively heating the downstream lid can be efficiently removed at the projecting portion, and damage and distortion of the downstream lid due to thermal stress can be reduced. Does not happen.
[0094]
According to the invention described in claim 7, the body portion of the main body of the combustion device can have a simple configuration.
[0095]
According to the invention described in claim 8, the body portion of the main body portion has a simple configuration, and the drain generated at the time of combustion can be smoothly discharged.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a combustion device of the present embodiment.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a fuel cell system employing the combustion device shown in FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of the combustion device shown in FIG.
FIG. 4 is a perspective view showing the vicinity of an upstream lid provided in the combustion apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 5 is an exploded perspective view showing a mixing section provided in the combustion device shown in FIG.
6 is an exploded perspective view showing a burner inner cylinder included in the combustion device shown in FIG. 1, and a combustion cylinder and a rectifying cylinder mounted on the burner inner cylinder.
FIG. 7 is an enlarged sectional view of a main part of a downstream lid provided in the combustion device shown in FIG. 1;
FIG. 8 is a perspective view showing a modification of the heat insulating material provided in the combustion device shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Combustion device 5 Fuel reformer 20 Main part 20a Body part 21 Combustion cylinder 23 Rectification cylinder 28 Upstream lid 30 Circulating gas supply port 31 Gas supply ports 32, 33a, 33b Insertion port 34 Drain discharge port 35 Circulating gas supply pipe 38 Gas supply pipe 39 Ignition plug 40 Temperature sensor 41 Frame rod 43 Drain discharge pipe 80 Secondary air hole 83 Air inlet 85 Downstream lid 86 Closed part 88 Combustion gas exhaust port 91 Connection flange 92 Insulation material

Claims (8)

炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部と、当該燃焼部内に燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼部内で発生した燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、前記燃焼部内に供給された燃料を点火する点火装置とを有し、前記本体部は胴体部と、燃焼部において発生した燃焼ガスの上流側に位置する上流側蓋体と、燃焼ガスの下流側に位置する下流側蓋体とを有し、前記燃料供給部は上流側蓋体に設けられており、前記燃焼ガス排出部は下流側蓋体に設けられており、点火装置は、前記上流側蓋体側又は下流側蓋体側から接続されていることを特徴とする燃焼装置。In a combustion device that heats a fuel reformer that reforms a hydrocarbon-based fuel, a cylindrical main body, a combustion unit that is disposed inside the main body, and burns fuel, and supplies fuel into the combustion unit A fuel supply section, a combustion gas discharge section that discharges combustion gas generated in the combustion section, and an ignition device that ignites fuel supplied into the combustion section, wherein the main body section includes a body section, and a combustion section. An upstream lid located upstream of the combustion gas generated in the part, and a downstream lid located downstream of the combustion gas, wherein the fuel supply unit is provided on the upstream lid. The combustion device, wherein the combustion gas discharge portion is provided on a downstream lid, and an ignition device is connected from the upstream lid or the downstream lid. 炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部とを有し、前記本体部と燃焼部との間には整流手段が設けられていることを特徴とする燃焼装置。In a combustion device that heats a fuel reformer that reforms a hydrocarbon-based fuel, the combustion device has a tubular main body, and a combustion unit that burns fuel disposed inside the main body, and the main body includes A combustion device, wherein a rectifying unit is provided between the combustion unit and the combustion unit. 炭化水素系燃料を改質する燃料改質器の加熱を行う燃焼装置において、筒状の本体部と、当該本体部の内部に配置され燃料を燃焼する燃焼部と、当該燃焼部内に燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼部内で発生した燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、前記燃焼部内に供給された燃料を点火する点火装置とを有し、前記本体部は胴体部と、燃焼部において発生した燃焼ガスの上流側に位置する上流側蓋体と、燃焼ガスの下流側に位置する下流側蓋体とを有し、前記燃料供給部は上流側蓋体に設けられており、前記燃焼ガス排出部は下流側蓋体に設けられており、点火装置は、前記上流側蓋体側又は下流側蓋体側から接続されており、前記本体部と燃焼部との間には整流手段が配置されていることを特徴とする燃焼装置。In a combustion device that heats a fuel reformer that reforms a hydrocarbon-based fuel, a cylindrical main body, a combustion unit that is disposed inside the main body, and burns fuel, and supplies fuel into the combustion unit A fuel supply section, a combustion gas discharge section that discharges combustion gas generated in the combustion section, and an ignition device that ignites fuel supplied into the combustion section, wherein the main body section includes a body section, and a combustion section. An upstream lid located upstream of the combustion gas generated in the part, and a downstream lid located downstream of the combustion gas, wherein the fuel supply unit is provided on the upstream lid. The combustion gas discharge section is provided on the downstream lid, the ignition device is connected from the upstream lid side or the downstream lid side, and a rectification unit is provided between the main body and the combustion section. A combustion device, being arranged. 整流手段は、燃焼部を包囲し、周部に内外を連通する複数の空気導入口を有する筒状体であり、前記空気導入口は、燃焼部内を通過する燃焼ガスの上流側に相当する位置に設けられているものよりも、燃焼ガスの下流側に相当する位置に設けられているものの方が開口面積が大きいことを特徴とする請求項２又は３に記載の燃焼装置。The rectifying means is a cylindrical body surrounding the combustion portion and having a plurality of air introduction ports communicating with the inside and outside at a peripheral portion, and the air introduction port is located at a position corresponding to an upstream side of the combustion gas passing through the combustion portion. The combustion device according to claim 2, wherein the device provided at a position corresponding to the downstream side of the combustion gas has a larger opening area than the device provided at the device. 燃焼ガス排出部の開口径は、燃焼部の内径よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼装置。The combustion device according to any one of claims 1 to 4, wherein an opening diameter of the combustion gas discharge part is smaller than an inner diameter of the combustion part. 燃焼ガス排出部には、周方向の一部又は全周にわたって燃焼ガスの流れ方向に突出した突出部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼装置。The combustion device according to any one of claims 1 to 5, wherein the combustion gas discharge portion has a protrusion that protrudes in a flow direction of the combustion gas over a part or the entire circumference in a circumferential direction. 電装装置は、上流側蓋体側及び／又は下流側蓋体側から挿通されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置。The combustion apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the electrical equipment is inserted from an upstream lid side and / or a downstream lid side. 本体部内で発生したドレンを燃焼装置の外部に排出するドレン排出部は、下流側蓋体側に接続されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の燃焼装置。The combustion device according to any one of claims 1 to 7, wherein a drain discharge portion configured to discharge drain generated in the main body to the outside of the combustion device is connected to the downstream lid.
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