【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼に使用する空気の酸素を富化させて、燃焼効率や排ガス特性の向上を行う燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸素を富化させた空気を使用する燃焼装置に関する第１の従来技術としては、気化された液体燃料をノズルからバーナのスロート部に噴出するときに、そのエジェクター効果により、酸素富化モジュールで生成された酸素富化空気をバーナに供給して、火炎温度を上昇させ、排ガス特性を向上しているものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、燃焼装置に関する第２の従来技術としては、空気噴出孔を有する円筒形の空気噴出部を用い、燃料電池から排出されるオフガスと燃料ガスを空気と拡散燃焼するものであり、バーナの小型化を可能としているものがある（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０５−６６００１号公報
【特許文献２】
特開２００１−２０１０１９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、第１の従来技術では、エジェクター効果により、酸素富化された空気をバーナに供給するので、排気抵抗が大きな燃焼室に装着する燃焼装置には、空気量が得られないという課題があった。
【０００６】
また、気化された液体燃料に酸素富化された空気を供給して、予混合燃焼を行うので、水素燃料が主体のオフガスを燃焼させると逆火するという課題があった。
【０００７】
第２の従来技術では、低カロリーのオフガスと高カロリーの燃料ガスを混合させつつ、これに燃焼用の空気を供給して燃焼させるので、オフガスの燃焼に燃料ガスを消費してしまうという課題があった。
【０００８】
また、低カロリーのオフガスの燃焼では、空気の量により火炎温度が上昇せず、排ガス特性が向上しないという課題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、少ない空気量（不活性の窒素量の減少と酸素量の増加）で、火炎温度を上昇させ排ガス特性を向上しながら高カロリーの燃料ガスやオフガスの拡散燃焼を行なうことにより、逆火を防止することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃焼装置は、燃料を周囲方向に噴出するディストリビュータと、ディストリビュータを囲むように周囲から中央方向に空気を噴出する空気噴出部と、ディストリビュータと空気噴出部で囲まれる燃焼室と、空気噴出部の上流側に設ける空気室と、空気室に酸素濃度を高めた空気を供給する酸素富化ユニットと、酸素富化ユニットに空気を供給する送風手段を備えたものである。
【００１１】
空気室に酸素濃度を高めた空気を供給することによって、火炎温度上昇させ不活性の窒素による火炎冷却を防止して、排ガス特性を向上するものである。
【００１２】
また、送風手段を備えたことによって、排気抵抗の大きな燃焼室に燃焼装置を装着しても、必要な酸素量を供給できるようにするものである。
【００１３】
また、ディストリビュータを囲むように周囲から中央方向に空気を噴出することによって、逆火を防止するものである。
【００１４】
また、オフガスのみの燃焼を可能として、燃料ガスの消費の節約を行うものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、燃料を周囲方向に噴出するディストリビュータと、ディストリビュータを囲むように周囲から中央方向に空気を噴出する空気噴出部と、ディストリビュータと空気噴出部で囲まれる燃焼室と、空気噴出部の上流側に設ける空気室と、空気室に酸素濃度を高めた空気を供給する酸素富化ユニットと、酸素富化ユニットに空気を供給する送風手段を備えることにより、空気室に酸素濃度を高めた空気を供給することによって、火炎温度上昇させ不活性の窒素による火炎冷却を防止して、排ガス特性を向上するものである。
【００１６】
また、送風手段を備えたことによって、排気抵抗の大きな燃焼室に燃焼装置を装着しても、必要な酸素量を供給できるようにするものである。
【００１７】
また、ディストリビュータを囲むように周囲から中央方向に空気を噴出することによって、逆火を防止するものである。
【００１８】
また、オフガスのみの燃焼を可能として、燃料ガスの消費の節約を行うものである。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、特に、請求項１に記載の酸素富化ユニットを、酸素富化膜を使用することにより、簡易な構成により酸素富化量を多く供給できる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、特に、請求項１又は２記載のディストリビュータを、炭化水素系の燃料ガスと燃料電池から排出されるオフガスを切り替えて同一のノズルから噴出してなることにより、ディストリビュータの構成が簡単になり、低コストの燃焼装置を提供することができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、特に、請求項１〜３の記載の酸素富化ユニットを、送風手段の吸引側に設けることにより、酸化富化ユニットを負圧にして空気を吸引することにより、空気を酸素富化ユニットに均一に導入して、酸素の分離を促進することができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、特に、請求項１〜４の記載の燃焼装置において、燃焼装置の停止後に行うポストパージに酸素富化ユニットを使用しないことにより、多量の空気（本来の窒素濃度に戻して）を燃焼装置に流入させ、安全な温度まで、短時間に冷却することができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、特に、請求項１〜５の記載の燃焼装置を、炭化水素系原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成する水素生成器に搭載することにより、天然ガス等の都市ガス（またはプロパン）と電池から排出されるオフガスのそれぞれに少ない空気量（窒素量の減少と酸素量の増加）で、火炎温度を上昇させ、排ガス特性と水素生成器の熱効率を向上することできる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例における燃料電池装置に用いられる水素生成器の全体構成図である。
【００２６】
また、図２は、本発明の第１の実施例における燃焼装置の部分断面図である。
【００２７】
また、図３は、本発明の第１の実施例における燃焼装置を下流側から見た構造図である。
【００２８】
図１、図２において、１は、都市ガス（またはＬＰＧ）を原料として燃料電池発電装置に供給する水素を生成する水素生成器であり、２は、脱硫装置（図示なし）で処理を行った後の都市ガス（または、ＬＰＧ）と水蒸気とからなる原料ガス、３は、ニッケルもしくはルテニウムを主成分とする触媒を充填した触媒層で、この触媒層３で原料ガス２を反応させることにより、水素と二酸化炭素および一酸化炭素からなる生成ガス４を生成する。この生成反応は７００℃程度の高温で生じる吸熱反応であるため、燃焼装置５により高温の燃焼ガスを供給して原料ガス２と触媒層３を加熱している。
【００２９】
５は、燃焼装置で都市ガス（または、ＬＰＧ）６や燃料電池から排出されるオフガス（未反応水素ガス）７、または都市ガス６とオフガス７を混合して、燃料ガス８としてディストリビュータ９から噴出し、空気噴出部１０の周囲から空気１１を供給することにより、火炎１２を形成し燃焼を行なう。円管状のディストリビュータ９の先端には、燃料ガス８を噴出する複数個のノズル１３がディストリビュータ９の半径方向に設けられ、燃料ガス８を放射状に噴出する構成としている。空気噴出部１０は、複数個の空気噴出孔１４を空気噴出部１０の側面に略直角に設けている。空気噴出部１０は、ディストリビュータ９を中心として、火炎１２の出口方向に徐々に拡大するようにカップ状に燃焼室１５を形成し、燃焼用の空気１１を燃焼室１５内に供給する構成としている。空気噴出孔１４は、上下方向の配列を千鳥状に設けている。ディストリビュータ９のノズル１３は、空気噴出部１０の空気噴出孔１４の最下段に設ける空気噴出孔１６とほぼ対向する位置になるように配置している。また、空気噴出部１０の底部には複数個の下部空気噴出孔１７を設け、ディストリビュータ９の軸方向と平行方向に空気１１の一部を噴出する構成としている。
【００３０】
１８は、空気１１を供給する空気室で、空気噴出部１０の周囲を囲む形で通路を構成している。空気室１８の上流には、送風ダクト１９を介して送風手段２０が設けられている。この送風ダクト１９の途中に酸素富化ユニット２１が設けられている。この酸素富化ユニット２１は、内部の圧力室２２に設ける酸素富化膜２３を用いて、酸素富化膜２３の両面に圧力差を設けることにより、空気中の酸素を分離して濃縮し、酸素濃度を上昇させた酸素富化空気２４を生成するものである。例えば、大気の酸素濃度２１％、窒素濃度７９％を酸素濃度３２％、窒素濃度６８％の酸素富化空気に変えることが可能である。なお、酸素富化ユニット２１は、ゼオライト等の吸着による方法で酸素富化空気２４を生成することも可能である。送風手段２０は、空気１１を供給するコンプレッサー（圧縮機）や空気ポンプで構成され、制御器２５により空気１１の送風量のコントロールを行うようにしている。２６は、酸素富化ユニット２１で分離された窒素濃度が上昇した窒素富化空気２７を外部に排出する排気ダクトである。なお、排気ダクト２６の出口にコンプレッサー（圧縮機）や空気ポンプで構成される第二の送風手段を設け、強制的に窒素富化空気２７を吸引することも可能である。
【００３１】
２８は、燃焼装置５によって生じる火炎１２が触媒容器２９に直接触れることを避け、さらに燃焼ガス３０の流路を規定するための燃焼筒である。燃焼ガス３０は、触媒容器２９の周囲に沿って流れ、水素生成器１の外部に排出される。
【００３２】
３１は、着火用の電極で、耐熱性のカンタル線やエスイット線で構成している。電極３１の周囲は、絶縁用の絶縁碍子３２で被覆されている。絶縁碍子３２は、耐熱性のアルミナ、シリカ等のセラミック材で形成し、その表面は、ガラス成分からなる釉薬が塗布されている。電極３１の先端は、燃焼室１５に臨み、曲率をもって屈曲し、ディストリビュータ９のノズル１３上方の近傍に火花放電が飛ぶように、位置を決められている。電極３１の装着は、空気噴出部１０の上部に設ける燃焼筒２８の下部の一部を拡管して設ける空間３３から電極３１の先端を延長して、ディストリビュータ９のノズル１３上方の近傍に臨ませている。
【００３３】
図３において、ディストリビュータ９のみはノズル１３の位置をわかりやすくするために、ノズル１３の位置の断面を図示している。図中、中心部から周囲方向への放射状の矢印Ａはノズル１３から噴出される燃料ガス８の噴出方向を表わし、また逆に中心方向への矢印Ｂは空気噴出孔１４のうち破線Ｃで示した最下段の空気噴出孔１６から噴出される空気１１の噴出方向を表わしている。このように、本発明では燃料ガス８の噴出方向と空気１１の噴出方向が直線上に位置するように構成している。更に、本発明では下部空気噴出孔１７から噴出される空気１１が上記燃料ガス８の噴出方向の矢印Ａに交差する位置に下部空気噴出孔１７を配置している。
【００３４】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３５】
燃焼装置５を始動する時は、制御器２５により送風手段２０を作動し、燃焼用の空気１１を送風する。空気１１は、送風ダクト１９を通り、途中に設ける酸素富化ユニット２１の圧力室２２に流入し加圧される。空気１１は、酸素富化膜２３により酸素が膜表面に溶解し、膜内を拡散移動し、膜裏面より離脱する。膜方式であるため、相変化や熱移動を伴わないので、エネルギーを抑制することができる。
【００３６】
この結果、空気１１は、酸素濃度が上昇し、酸素富化空気２４として送風ダクト１９から空気室１８に流入し、空気噴出部１０の空気噴出孔１４から燃焼室１５に供給される。ここで、ディストリビュータ９のノズル１３から燃焼速度や流量の異なる都市ガス６（またはＬＰＧ）やオフガス７の燃料ガス８を噴出すると、このディストリビュータ９から放射状に噴出された燃料ガス８と略対向する最下段の空気噴出孔１７から供給された酸素富化空気２４とが衝突し混合する。この時、燃焼筒２８の下部の空間３３から燃焼室１５に臨ませた電極３１により、火花放電が行なわれ、燃料ガス８に着火が行なわれる。燃料ガス８は空気噴出部１０の開口部方向へ流れて行くが、空気噴出部１０の形状を図示したようにカップ状としているため燃料ガス８の流路断面積が連続的に拡大し、それによって燃料ガス８の流速が減少し、その流速が都市ガス６やオフガス７の燃焼速度と同等またはそれ以下となった場所で、部分的な予混合火炎１２を生じて燃焼する。この燃焼により水素生成器１の触媒層３を加熱していく。また、酸素富化ユニット２１の圧力室２２で分離された残りの窒素富化空気２７は、排気ダクト２６から外部に排出される。
【００３７】
以上のように、本実施例においては、空気室１８に酸素濃度を高めた酸素富化空気２４を供給することによって、不活性の窒素による火炎冷却を防止して火炎１２の温度上昇させ、排ガス特性を向上することができる。
【００３８】
また、ディストリビュータ９のノズル１３から成分の異なる燃料ガス８が噴出されても、酸化剤である酸素濃度を上昇させているので、どのような成分であっても燃焼を促進することができる。
【００３９】
また、成分の異なる燃料ガス８に対応できるので、ディストリビュータ９の構成が簡単になり、低コストの燃焼装置５を提供することができる。
【００４０】
なお、オフガス７の燃焼だけでは、熱量が不足する場合は、オフガス７に都市がス６（またはＬＰＧ等）を流入させて熱量を上昇させるが、この時も酸素富化空気２４により燃焼が促進されて、安定した火炎１２を形成することができる。
【００４１】
また、コンプレッサーや空気ポンプで構成する送風手段２０を備えたことによって、排気抵抗の大きな燃焼室１５に燃焼装置５を装着しても、必要な酸素量を供給することができる。
【００４２】
また、ディストリビュータ９を囲むように周囲から中央方向に酸素富化空気２４を噴出することによって、拡散燃焼の火炎１２を形成して、逆火を防止することができる。
【００４３】
また、オフガス７のみの燃焼を可能として、燃料ガス８の消費の節約を行うことができる。
【００４４】
また、燃料ガス８を周囲方向に噴出するディストリビュータ９と、このディストリビュータ９を囲むように周囲から中央方向に酸素富化空気２４を噴出する空気噴出部１０を設けたことにより、燃料ガス８と酸素富化空気２４の混合を促進し、火炎１２を短炎化し、燃焼装置５の小型化を行うことができる。
【００４５】
また、水素生成器１を冷却する要素となる窒素の少ない酸素富化空気２４により、少ない空気量で燃焼が可能となり、水素生成器１の放熱損失を防止して改質反応を向上することができる。
【００４６】
また、本実施例の燃焼装置５を用いた水素生成器１は、発電負荷が変動した際にも安定した火炎１２を形成して、所定の水素量を生成でき燃料電池発電装置の安定した運転を可能とすることができる。
【００４７】
また、都市ガス（またはＬＰＧ）６やオフガス７のそれぞれに適した火炎１２を形成し、火炎１２の温度も上昇できるので、気温の変化や送風手段２０のばらつきによる空気量変動に対応して良好な燃焼を維持できるようにして、燃焼装置５の使い勝手を向上することができる。
【００４８】
また、燃料ガス８と酸素富化空気２４の混合気に燃焼室１５に臨ませた電極３１により着火が行なわれるので、酸素濃度の増加により確実な着火を行なうことができる。
【００４９】
（実施例２）
図４は、本発明の第２の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図４において、実施例１と異なるところは、酸素富化ユニット２１は、送風手段２０の吸引側に設ける点である。
【００５０】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００５１】
燃焼装置５を始動する時は、制御器２５により送風手段２０を作動し、送風手段２０の上流に設ける酸素富化ユニット２１の内部を負圧にして燃焼用の空気１１を吸引する。空気１１は、酸素富化ユニット２１の圧力室２２に流入し、酸素富化膜２３により酸素が膜表面に溶解し、膜内を拡散移動し、膜裏面より離脱する。この結果、空気１１は、酸素濃度が上昇し、酸素富化空気２４として送風ダクト１９から空気室１８に流入し、空気噴出部１０の空気噴出孔１４から燃焼室１５に供給される。
【００５２】
以上のように、本実施例においては、送風手段２０により酸化富化ユニット２１を負圧にして空気１１を吸引することにより、空気１１を酸素富化膜２３に均一に導入して、酸素の分離を促進することができる。
【００５３】
また、空気１１を吸引する構成により、新鮮な空気１１を圧力室２２に容易に取り込むことができ、構成を簡素化することができる。
【００５４】
（実施例３）
図５は、本発明の第３の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図５において、実施例１と異なるところは、３４は冷却ダクト、３５はダンパをソレノイドやカムで作動させる開閉装置で、燃焼装置５の停止後に行うポストパージに酸素富化ユニット２１を使用しない点である。
【００５５】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００５６】
燃焼装置５を停止した後に、制御器２５により送風手段２０を作動し、空気噴出部１０に空気１１を供給し、燃焼装置５やその下流に配置される構造物の冷却を行なう。この時、燃焼装置を短時間で安全な温度に低下させるために、多量の空気１１を必要とするので、酸素富化ユニット２１の送風ダクト１９とは異なる経路の冷却ダクト３４に空気１１を流入させている。冷却ダクト３４は、送風抵抗が少なく多量の空気を供給するようにしている。また、冷却ダクト３４の下流に通路の開閉装置３５を設け、制御器２５の指示により、ポストパージのときに開閉装置３５を開き空気１１が酸素富化ユニット２１に回らないようにして、空気１１を空気室１８に供給するようにしている。
【００５７】
以上のように、本実施例においては、多量の空気１１を燃焼装置５に流入させ、安全な温度まで、短時間に冷却することができ、短時間に燃焼室５に対流する可燃物を排出し、着火時の異常燃焼を防止することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、空気室に酸素富化空気を供給することによって、火炎温度上昇させ不活性の窒素による火炎冷却を防止して、排ガス特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における燃焼装置を含む水素生成器の構成図
【図２】同装置における燃焼装置の断面図
【図３】同装置における燃焼装置を下流側から見た構造図
【図４】本発明の実施例２における燃焼装置の断面図
【図５】本発明の実施例３における燃焼装置の断面図
【符号の説明】
９ ディストリビュータ
１０ 空気噴出部
１８ 空気室
２０ 送風手段
２１ 酸素富化ユニット
２３ 酸素富化膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a combustion apparatus that enriches oxygen in air used for combustion to improve combustion efficiency and exhaust gas characteristics.
[0002]
[Prior art]
As a first conventional technology related to a combustion apparatus using oxygen-enriched air, when the vaporized liquid fuel is ejected from the nozzle to the throat portion of the burner, it is generated by the oxygen-enriching module due to its ejector effect. There are some which improve the exhaust gas characteristics by supplying the burned oxygen-enriched air to the burner to raise the flame temperature (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
In addition, as a second conventional technique related to a combustion apparatus, a cylindrical air ejection portion having air ejection holes is used to diffuse and burn off-gas and fuel gas discharged from a fuel cell with air. There are some that can be realized (for example, see Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 05-66001 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-201019
[Problems to be solved by the invention]
However, in the first prior art, oxygen-enriched air is supplied to the burner due to the ejector effect, so that there is a problem that the amount of air cannot be obtained in the combustion device mounted in the combustion chamber having a large exhaust resistance. It was.
[0006]
In addition, since oxygen-enriched air is supplied to the vaporized liquid fuel and premixed combustion is performed, there is a problem that when off-gas mainly composed of hydrogen fuel is combusted, backfire occurs.
[0007]
In the second prior art, the low-calorie off-gas and the high-calorie fuel gas are mixed and the combustion air is supplied and burned, so that the problem is that the fuel gas is consumed for off-gas combustion. there were.
[0008]
Further, in the combustion of low-calorie off-gas, there is a problem that the flame temperature does not increase due to the amount of air, and the exhaust gas characteristics are not improved.
[0009]
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and with a small amount of air (a decrease in the amount of inert nitrogen and an increase in the amount of oxygen), while increasing the flame temperature and improving the exhaust gas characteristics, The purpose is to prevent backfire by performing off-gas diffusion combustion.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described conventional problems, a combustion apparatus according to the present invention includes a distributor that ejects fuel in a circumferential direction, an air ejection portion that ejects air from the periphery to the center so as to surround the distributor, a distributor, and an air ejection A combustion chamber surrounded by a portion, an air chamber provided on the upstream side of the air ejection portion, an oxygen enrichment unit that supplies air with an increased oxygen concentration to the air chamber, and a blower that supplies air to the oxygen enrichment unit It is provided.
[0011]
By supplying air with an increased oxygen concentration to the air chamber, the flame temperature is raised, flame cooling by inert nitrogen is prevented, and exhaust gas characteristics are improved.
[0012]
Further, by providing the air blowing means, the necessary oxygen amount can be supplied even if the combustion device is mounted in the combustion chamber having a large exhaust resistance.
[0013]
Moreover, backfire is prevented by ejecting air from the circumference toward the center so as to surround the distributor.
[0014]
Further, only off gas can be burned to save fuel gas consumption.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention described in claim 1 is a distributor that ejects fuel in the circumferential direction, an air ejection portion that ejects air from the periphery to the center so as to surround the distributor, a combustion chamber that is surrounded by the distributor and the air ejection portion, By providing an air chamber provided on the upstream side of the air ejection section, an oxygen enrichment unit that supplies air with an increased oxygen concentration to the air chamber, and a blower that supplies air to the oxygen enrichment unit, By supplying air with increased concentration, the flame temperature is raised, flame cooling by inert nitrogen is prevented, and exhaust gas characteristics are improved.
[0016]
Further, by providing the air blowing means, the necessary oxygen amount can be supplied even if the combustion device is mounted in the combustion chamber having a large exhaust resistance.
[0017]
Moreover, backfire is prevented by ejecting air from the circumference toward the center so as to surround the distributor.
[0018]
Further, only off gas can be burned to save fuel gas consumption.
[0019]
The invention described in claim 2 can supply a large amount of oxygen enrichment with a simple configuration, in particular, by using the oxygen enrichment unit of claim 1 by using an oxygen enriched film.
[0020]
The invention described in claim 3 is the distributor according to claim 1 or 2 by switching the hydrocarbon-based fuel gas and the off-gas discharged from the fuel cell and ejecting the same from the same nozzle. Therefore, the low-cost combustion apparatus can be provided.
[0021]
In the invention described in claim 4, in particular, by providing the oxygen-enriched unit described in claims 1 to 3 on the suction side of the blower means, by sucking air with the oxidation-enriched unit set to a negative pressure. Air can be introduced uniformly into the oxygen enrichment unit to facilitate oxygen separation.
[0022]
The invention according to claim 5 is the combustion apparatus according to any one of claims 1 to 4, in particular, by not using an oxygen enrichment unit for the post purge performed after the combustion apparatus is stopped. Can be cooled to a safe temperature in a short time.
[0023]
The invention according to claim 6 is particularly equipped with the combustion apparatus according to claims 1 to 5 in a hydrogen generator that generates a reformed gas containing hydrogen by a reforming reaction of a hydrocarbon-based material. Natural gas and other city gas (or propane) and off-gas discharged from the battery each have a small amount of air (reduction in nitrogen and increase in oxygen) to raise the flame temperature, exhaust gas characteristics, and thermal efficiency of the hydrogen generator Can be improved.
[0024]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0025]
(Example 1)
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a hydrogen generator used in a fuel cell device according to a first embodiment of the present invention.
[0026]
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the combustion apparatus in the first embodiment of the present invention.
[0027]
FIG. 3 is a structural view of the combustion apparatus according to the first embodiment of the present invention as viewed from the downstream side.
[0028]
1 and 2, reference numeral 1 is a hydrogen generator that generates hydrogen to be supplied to a fuel cell power generation apparatus using city gas (or LPG) as a raw material, and 2 is a desulfurization apparatus (not shown). The source gas 3 consisting of city gas (or LPG) and water vapor later is a catalyst layer filled with a catalyst mainly composed of nickel or ruthenium. By reacting the source gas 2 in the catalyst layer 3, A product gas 4 composed of hydrogen, carbon dioxide and carbon monoxide is produced. Since this generation reaction is an endothermic reaction that occurs at a high temperature of about 700 ° C., the combustion gas is supplied from the combustion device 5 to heat the raw material gas 2 and the catalyst layer 3.
[0029]
5 is a combustion device that is mixed with city gas (or LPG) 6 or off-gas (unreacted hydrogen gas) 7 discharged from the fuel cell, or city gas 6 and off-gas 7 are mixed and ejected from the distributor 9 as fuel gas 8 Then, by supplying the air 11 from the periphery of the air ejection part 10, a flame 12 is formed and combustion is performed. A plurality of nozzles 13 for ejecting the fuel gas 8 are provided in the radial direction of the distributor 9 at the tip of the circular tubular distributor 9, and the fuel gas 8 is ejected radially. The air ejection part 10 is provided with a plurality of air ejection holes 14 at substantially right angles on the side surfaces of the air ejection part 10. The air ejection unit 10 is configured to form a combustion chamber 15 in a cup shape so as to gradually expand in the outlet direction of the flame 12 around the distributor 9 and supply combustion air 11 into the combustion chamber 15. . The air ejection holes 14 are arranged in a staggered manner in the vertical direction. The nozzle 13 of the distributor 9 is disposed so as to be substantially opposed to the air ejection hole 16 provided at the lowermost stage of the air ejection hole 14 of the air ejection section 10. In addition, a plurality of lower air ejection holes 17 are provided at the bottom of the air ejection section 10 so that a part of the air 11 is ejected in a direction parallel to the axial direction of the distributor 9.
[0030]
Reference numeral 18 denotes an air chamber that supplies the air 11, and configures a passage so as to surround the periphery of the air ejection part 10. A blowing means 20 is provided upstream of the air chamber 18 via a blowing duct 19. An oxygen enrichment unit 21 is provided in the middle of the air duct 19. The oxygen enrichment unit 21 separates and concentrates oxygen in the air by providing a pressure difference on both surfaces of the oxygen enrichment film 23 using an oxygen enrichment film 23 provided in the internal pressure chamber 22. The oxygen-enriched air 24 with an increased oxygen concentration is generated. For example, the atmospheric oxygen concentration of 21% and the nitrogen concentration of 79% can be changed to oxygen-enriched air having an oxygen concentration of 32% and a nitrogen concentration of 68%. The oxygen enrichment unit 21 can also generate the oxygen enriched air 24 by a method using adsorption of zeolite or the like. The air blowing means 20 is constituted by a compressor (compressor) or an air pump that supplies the air 11, and the air volume of the air 11 is controlled by the controller 25. Reference numeral 26 denotes an exhaust duct that discharges the nitrogen-enriched air 27 separated by the oxygen-enriching unit 21 and having an increased nitrogen concentration to the outside. In addition, it is also possible to provide the 2nd ventilation means comprised by a compressor (compressor) and an air pump in the exit of the exhaust duct 26, and to suck the nitrogen-enriched air 27 forcibly.
[0031]
Reference numeral 28 denotes a combustion cylinder for preventing the flame 12 generated by the combustion device 5 from directly touching the catalyst container 29 and further defining the flow path of the combustion gas 30. The combustion gas 30 flows along the periphery of the catalyst container 29 and is discharged to the outside of the hydrogen generator 1.
[0032]
Reference numeral 31 denotes an electrode for ignition, which is composed of a heat-resistant Kanthal wire or an sweat wire. The periphery of the electrode 31 is covered with an insulating insulator 32 for insulation. The insulator 32 is formed of a ceramic material such as heat-resistant alumina or silica, and a glaze composed of a glass component is applied to the surface thereof. The tip of the electrode 31 faces the combustion chamber 15, is bent with a curvature, and is positioned so that spark discharges fly near the nozzle 13 above the distributor 9. The electrode 31 is mounted by extending the tip of the electrode 31 from the space 33 provided by expanding a part of the lower part of the combustion cylinder 28 provided at the upper part of the air ejection part 10 and facing the vicinity of the upper part of the nozzle 13 of the distributor 9. ing.
[0033]
In FIG. 3, only the distributor 9 shows a cross section of the position of the nozzle 13 in order to make the position of the nozzle 13 easy to understand. In the figure, a radial arrow A from the central portion to the peripheral direction represents the direction of ejection of the fuel gas 8 ejected from the nozzle 13, and conversely, an arrow B toward the central direction is indicated by a broken line C in the air ejection hole 14. The direction of the air 11 ejected from the lowermost air ejection hole 16 is shown. Thus, in this invention, it is comprised so that the ejection direction of the fuel gas 8 and the ejection direction of the air 11 may be located on a straight line. Furthermore, in the present invention, the lower air ejection hole 17 is arranged at a position where the air 11 ejected from the lower air ejection hole 17 intersects the arrow A in the ejection direction of the fuel gas 8.
[0034]
About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
[0035]
When starting the combustion device 5, the air blower 20 is operated by the controller 25 to blow the combustion air 11. The air 11 passes through the air duct 19 and flows into the pressure chamber 22 of the oxygen enrichment unit 21 provided in the middle to be pressurized. In the air 11, oxygen is dissolved on the surface of the film by the oxygen-enriched film 23, diffuses and moves in the film, and leaves the back surface of the film. Since it is a film system, it does not involve phase change or heat transfer, so that energy can be suppressed.
[0036]
As a result, the air 11 has an increased oxygen concentration, flows into the air chamber 18 from the blower duct 19 as oxygen-enriched air 24, and is supplied to the combustion chamber 15 from the air ejection holes 14 of the air ejection section 10. Here, when the city gas 6 (or LPG) having different combustion speeds and flow rates or the fuel gas 8 of the off-gas 7 is ejected from the nozzle 13 of the distributor 9, the most opposite gas fuel 8 ejected radially from the distributor 9 is the most opposed. The oxygen-enriched air 24 supplied from the lower air ejection holes 17 collides and mixes. At this time, spark discharge is performed by the electrode 31 facing the combustion chamber 15 from the space 33 below the combustion cylinder 28, and the fuel gas 8 is ignited. The fuel gas 8 flows in the direction of the opening of the air ejection part 10, but since the shape of the air ejection part 10 is cup-shaped as shown in the figure, the cross-sectional area of the flow path of the fuel gas 8 continuously increases. As a result, the flow velocity of the fuel gas 8 is reduced, and a partial premixed flame 12 is generated and burned at a place where the flow velocity is equal to or less than the burning velocity of the city gas 6 or the offgas 7. The catalyst layer 3 of the hydrogen generator 1 is heated by this combustion. Further, the remaining nitrogen-enriched air 27 separated in the pressure chamber 22 of the oxygen enrichment unit 21 is discharged to the outside from the exhaust duct 26.
[0037]
As described above, in the present embodiment, by supplying oxygen-enriched air 24 with an increased oxygen concentration to the air chamber 18, flame cooling by inert nitrogen is prevented, the temperature of the flame 12 is increased, and exhaust gas is discharged. The characteristics can be improved.
[0038]
Even if the fuel gas 8 having a different component is ejected from the nozzle 13 of the distributor 9, the oxygen concentration as the oxidant is increased, so that combustion can be promoted for any component.
[0039]
Moreover, since it can respond to the fuel gas 8 from which a component differs, the structure of the distributor 9 becomes simple and the low-cost combustion apparatus 5 can be provided.
[0040]
In addition, when the amount of heat is insufficient only by the combustion of the offgas 7, the city causes the city 6 (or LPG or the like) to flow into the offgas 7 to increase the amount of heat. At this time, the oxygen-enriched air 24 accelerates the combustion. As a result, a stable flame 12 can be formed.
[0041]
Further, by providing the air blowing means 20 constituted by a compressor or an air pump, the necessary oxygen amount can be supplied even when the combustion device 5 is mounted in the combustion chamber 15 having a large exhaust resistance.
[0042]
Further, by blowing out the oxygen-enriched air 24 from the periphery toward the center so as to surround the distributor 9, a diffusion combustion flame 12 can be formed to prevent backfire.
[0043]
Further, only the off gas 7 can be burned, and the consumption of the fuel gas 8 can be saved.
[0044]
Further, by providing a distributor 9 that ejects the fuel gas 8 in the circumferential direction and an air ejection section 10 that ejects the oxygen-enriched air 24 from the periphery to the center so as to surround the distributor 9, the fuel gas 8 and oxygen Mixing of the enriched air 24 can be promoted, the flame 12 can be shortened, and the combustion apparatus 5 can be downsized.
[0045]
Further, the oxygen-enriched air 24 with less nitrogen, which is an element for cooling the hydrogen generator 1, enables combustion with a small amount of air, thereby preventing the heat loss of the hydrogen generator 1 and improving the reforming reaction. it can.
[0046]
In addition, the hydrogen generator 1 using the combustion device 5 of the present embodiment can form a stable flame 12 even when the power generation load fluctuates, and can generate a predetermined amount of hydrogen, thereby stably operating the fuel cell power generation device. Can be made possible.
[0047]
Moreover, since the flame 12 suitable for each of the city gas (or LPG) 6 and the off-gas 7 can be formed and the temperature of the flame 12 can be raised, it is suitable for the change of the air amount due to the change of the air temperature or the variation of the air blowing means 20 Therefore, the usability of the combustion device 5 can be improved.
[0048]
In addition, since ignition is performed by the electrode 31 that faces the combustion chamber 15 in the mixture of the fuel gas 8 and the oxygen-enriched air 24, reliable ignition can be performed by increasing the oxygen concentration.
[0049]
(Example 2)
FIG. 4 is a sectional view showing a combustion apparatus according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the difference from the first embodiment is that the oxygen enrichment unit 21 is provided on the suction side of the blowing means 20.
[0050]
About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
[0051]
When starting the combustion device 5, the air blower 20 is operated by the controller 25, and the oxygen enrichment unit 21 provided upstream of the air blower 20 is made negative to suck the combustion air 11. The air 11 flows into the pressure chamber 22 of the oxygen enrichment unit 21, oxygen is dissolved on the film surface by the oxygen enrichment film 23, diffuses and moves in the film, and is detached from the film back surface. As a result, the air 11 has an increased oxygen concentration, flows into the air chamber 18 from the blower duct 19 as oxygen-enriched air 24, and is supplied to the combustion chamber 15 from the air ejection holes 14 of the air ejection section 10.
[0052]
As described above, in the present embodiment, the air 11 is sucked into the oxygen-enriched film 23 uniformly by sucking the air 11 with the oxidizer-enriched unit 21 having a negative pressure by the blowing means 20, and Separation can be facilitated.
[0053]
Moreover, the structure which suck | inhales the air 11 can take in the fresh air 11 in the pressure chamber 22 easily, and can simplify a structure.
[0054]
(Example 3)
FIG. 5 is a sectional view showing a combustion apparatus according to a third embodiment of the present invention. 5 differs from the first embodiment in that 34 is a cooling duct, 35 is an opening / closing device that operates a damper with a solenoid or a cam, and the oxygen enrichment unit 21 is not used for post-purging after the combustion device 5 is stopped. It is.
[0055]
About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
[0056]
After the combustion apparatus 5 is stopped, the air blower 20 is operated by the controller 25, the air 11 is supplied to the air ejection part 10, and the combustion apparatus 5 and the structure disposed downstream thereof are cooled. At this time, in order to reduce the combustion device to a safe temperature in a short time, a large amount of air 11 is required. Therefore, the air 11 flows into the cooling duct 34 on a different path from the air duct 19 of the oxygen enrichment unit 21. I am letting. The cooling duct 34 has a low blowing resistance and supplies a large amount of air. Further, a passage opening / closing device 35 is provided downstream of the cooling duct 34, and the opening / closing device 35 is opened at the time of post-purge according to an instruction from the controller 25 so that the air 11 does not flow to the oxygen enrichment unit 21. Is supplied to the air chamber 18.
[0057]
As described above, in the present embodiment, a large amount of air 11 flows into the combustion device 5 and can be cooled to a safe temperature in a short time, and combustibles that convect to the combustion chamber 5 are discharged in a short time. In addition, abnormal combustion during ignition can be prevented.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by supplying oxygen-enriched air to the air chamber, it is possible to increase the flame temperature, prevent flame cooling by inert nitrogen, and improve exhaust gas characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a hydrogen generator including a combustion apparatus in Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the combustion apparatus in the apparatus. FIG. 4 is a cross-sectional view of a combustion apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view of a combustion apparatus according to a third embodiment of the present invention.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Distributor 10 Air ejection part 18 Air chamber 20 Blowing means 21 Oxygen enrichment unit 23 Oxygen enrichment film
