JP2005042974A

JP2005042974A - 燃焼装置

Info

Publication number: JP2005042974A
Application number: JP2003277373A
Authority: JP
Inventors: Norio Yotsuya; 規夫肆矢; Katsuzo Konakawa; 勝蔵粉川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】異なる燃料を燃焼させるときの燃焼特性や効率を向上すること。
【解決手段】中央に向かって空気を噴出する複数個の空気噴出孔１８を設ける有底カップ状の空気噴出部９と、空気噴出部９の一部から挿入し、燃料を周囲方向に噴出するディストリビュータ８と、空気噴出部９の開口部の火炎１４放出方向に延長する筒状の燃焼通路２２を備えたものである。これによって、都市ガス６や燃料電池発電装置より戻るオフガス７等の異なる燃料ごとに適正な火炎１４を形成し、燃料を小さく絞った場合や各燃料を低空気比において燃焼を行う場合に燃焼を促進し、燃焼音を低下すると共に火炎長を短縮するようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化水素系の原料から水素を生成し、その水素を利用して発電する燃料電池発電装置の水素生成器の加熱に用いる燃焼装置に関するものである。

燃料電池発電装置の水素生成器に用いる燃焼装置に関する第１の従来技術としては、第１円筒管と、この第１円筒管の内側に同軸に設置され、第１円筒管との間に改質ガス戻りガス通路を形成する第２円筒管と、この第２円筒管の内側に設置され、天然ガスを主燃料とした予混合バーナと、この予混合バーナの先端に第１円筒管と同軸に設置され、第２円筒管との間に二次空気供給通路を形成する保円炎筒と、第１円筒管の外壁に設置された断熱材を備え、火炎の失火を回避し、燃料電池の広い負荷変動に対応しえるものがある（例えば特許文献１参照）。

また、燃焼装置の第２の従来技術としては、燃焼室と、燃焼室に燃焼用の空気を導入する空気導入機構と、第１の燃料ガスを燃焼室に所望の速度で噴射する第１の燃料ノズルと、第１の燃料ガスより単位体積あたりの発熱量が小さい第２の燃料ガスを燃焼室に所望の速度で噴射する第２の燃料ノズルを備え、単位体積あたりの発熱量が大きく異なる複数の燃料ガスが供給されても、燃料ガスの供給圧力昇圧のための補機や大きな補機動力を必要とせず、大きな燃焼室も必要とせずにコンパクトな燃焼を実現しているものがある（例えば特許文献２参照）。

また、燃焼装置の第３の従来技術としては、低カロリーガス用炎口部と高カロリーガス用炎口部とを有するバーナと、低カロリーガス供給手段と、高カロリーガス供給手段と、バーナに空気を供給する空気供給手段と、バーナの上流にて高カロリーガスと空気とを混合する混合手段と、高カロリーガス供給手段に設ける高カロリーガス噴出部と、混合手段に設ける高カロリーガスと空気の共通の流通経路に配置する拡散板を備え、低カロリーガス用炎口部では拡散燃焼を行って逆火を防止し、高カロリーガス用炎口部では予混合燃焼を行って短炎化し、性質の異なる２種類のガス燃料を使用しても何の不都合の生じないものがある（例えば特許文献３参照）。
特開２００３−１４８７０９号公報特開２００３−７４８０４号公報特許第３３４２２０３号公報

しかしながら、上記の第１の従来技術では、保炎筒内での天然ガス等の一次燃焼（予混合燃焼）と二次空気供給通路から供給される希釈用二次空気と改質戻りガスを混合して二次燃焼（拡散燃焼）させる場合に、円筒状の先端に単一の火炎を形成するので、所定の良好な燃焼特性を得るためには天然ガスや改質戻りガスと希釈二次空気の流速を速くする必要があり、そのため燃焼音が大きくなるという課題があった。

また、燃料電池の負荷を小さく変化させる時には加熱用バーナの出力も低下させることになり、排ガス特性の維持のために希釈二次空気量も減少させる。これにより冷却効果が低下して、予混合バーナや保炎筒の円筒壁が過熱され、焼損するという課題があった。

また、改質ガス戻りガスの燃焼では改質器の冷却を防止して効率を向上する必要があるが、低空気比にすると予混合バーナや保炎筒の円筒壁が過熱されるので、希釈二次空気を相当量入れることになり、効率を上げられないという課題があった。

第２の従来技術では、第２の燃料ノズルから第２の燃料ガスを燃焼室に噴射する時に第１の燃料ノズルに供給する第１の燃料ガスを停止しているので、第１の燃料ノズルが過熱され、焼損するという課題があった。

また、第２の燃料ノズルは、第１の燃料ノズルの外側に同心円上に設けられるので、構成が複雑になり、コストアップなるという課題があった。

また、第１の燃料ガスと第２の燃料ガスは、空気案内羽根によって旋回がかけられた空気と混合して拡散燃焼を行うので、特に都市ガス１３Ａを成分とする第１の燃料ガスでは、予混合燃焼に比較して火炎長が長くなるという課題があった。

第３の従来技術では、一つの燃焼室に向けて低カロリーガス用炎口部と高カロリーガス用炎口部のそれぞれに低カロリーガス供給手段と高カロリーガス供給手段を設けるので、構成が複雑となりコストアップなるという課題があった。

また、低カロリーガス用炎口部から低カロリーガスが供給され、２次空気噴出部から噴出する２次空気により拡散燃焼するので、火炎長が長くなるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、空気噴出部の開口部の火炎放出方向に延長する筒状の燃焼通路を備え、都市ガスや燃料電池発電装置より戻るオフガス等の異なる燃料の燃焼を行い、燃料を小さく絞った場合や各燃料の理論空気量に近い低空気比でも良好な燃焼を行い、また燃焼音を軽減すると共に火炎長を短縮しコンパクトな火炎を形成して、燃料電池の負荷変動やばらつきに耐える燃焼装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の燃焼装置は、中央に向かって空気を噴出する複数個の空気噴出孔を設ける有底カップ状の空気噴出部と、空気噴出部の一部から挿入し、燃料を周囲方向に噴出するディストリビュータと、空気噴出部の開口部の火炎放出方向に延長する筒状の燃焼通路を備えたものである。

これによって、空気噴出部の空気噴出孔から噴出する空気とディストリビュータから噴出する燃料とが衝突混合し、都市ガスや燃料電池発電装置より戻るオフガス等の異なる燃料ごとに適正な火炎を形成し、それぞれに良好な燃焼特性を得られるようにしている。

また、燃料を小さく絞った場合や各燃料を低空気比において燃焼を行う場合に空気量が減少して流速低下をまねいても、燃料と空気の衝突により混合促進し、また燃焼通路内に火炎を収束して火炎温度の低下を防止して燃焼を促進するようにしている。

また、空気噴出部の空気噴出孔から分散して空気を噴出し火炎を形成させ、空気の流速を遅くして燃焼音を低下するようにしている。

また、燃焼通路内に火炎を収束して火炎温度を上昇させ、燃焼反応を促進して火炎長を短縮するようにしている。

以上のように本発明によれば、都市ガス（またはＬＰＧ）や燃料電池発電装置より戻るオフガス等の異なる燃料ごとに適正な火炎を形成し、それぞれに良好な燃焼特性を得ることができる。

また、燃料ガスを小さく絞った場合や各燃料を低空気比において燃焼を行う場合に燃焼用空気が減少して流速低下をまねいても、燃料ガスと燃焼用空気の衝突により混合促進し、燃焼通路内に火炎を収束して火炎の温度の低下を防止するので、燃焼を促進することができる。

請求項１に記載の発明は、中央に向かって空気を噴出する複数個の空気噴出孔を設ける有底カップ状の空気噴出部と、この空気噴出部の一部から挿入し、燃料を周囲方向に噴出するディストリビュータと、前記空気噴出部の開口部の火炎放出方向に延長する筒状の燃焼通路を備えることにより、空気噴出部の空気噴出孔から噴出する空気とディストリビュータから噴出する燃料とが衝突混合するので、都市ガスや燃料電池発電装置より戻るオフガス等の異なる燃料ごとに適正な火炎を形成し、それぞれに良好な燃焼特性を得ることができる。

また、燃料を小さく絞った場合や各燃料を低空気比において燃焼を行う場合に空気量が減少して流速低下をまねいても、燃料と空気の衝突により混合促進し、燃焼通路内に火炎を収束して火炎温度の低下を防止して燃焼を促進することができる。

また、空気噴出部の空気噴出孔から分散して空気を噴出し火炎を形成させ、空気の流速を遅くして燃焼音を低下できる。

また、燃焼通路内に火炎を収束して火炎温度を上昇させ、燃焼反応を促進して火炎長を短縮できる。

請求項２に記載の発明は、特に、請求項１に記載の燃焼通路を、端部に絞り部を構成することにより、燃焼通路内の火炎や燃焼ガスの膨張を収束し、燃焼通路内に燃焼ガスを滞留させ燃焼通路内部の温度を上昇させて燃焼反応を促進し、燃焼特性向上することができる。

請求項３に記載の発明は、特に、請求項１又は２に記載の空気噴出部を、ディストリビュータの周囲の内壁を空気噴出部の開口部の火炎放出方向に徐々に拡大するように傾斜する傾斜部を設けることにより、ディストリビュータの周囲に噴出する燃料が傾斜部に沿って拡大し、空気噴出孔から噴出する空気と混合を促進して部分予混合火炎を形成し、火炎長の短いコンパクトな火炎を形成できる。

請求項４に記載の発明は、特に、請求項１〜３に記載の空気噴出部を、傾斜部に複数個の空気噴出孔を設けることにより、ディストリビュータの周囲に噴出する燃料が傾斜部に沿って拡大する方向に合わせて連続的に空気噴出孔から空気を噴出して、燃料との混合を促進して部分予混合火炎を形成し、さらに火炎長の短いコンパクトな火炎を形成できる。

請求項５に記載の発明は、特に、請求項１〜４に記載の燃焼通路を、その外周に別設する支持フランジにより固定することにより、一体で構成する空気噴出部と燃焼通路が別部品の支持フランジにより支えられるので、一体で構成する空気噴出部と燃焼通路の熱が他の構成部分に伝熱しにくくなり、燃焼通路内部の温度を高温に保ち、燃焼反応を促進することができる。

請求項６に記載の発明は、特に、請求項１〜５に記載のディストリビュータを、空気噴出部の一部に設ける開口部を介して着脱可能の構成にすることにより、ディストリビュータの組み立てやメンテナンスを容易に行うことができる。

請求項７に記載の発明は、特に、請求項１〜６に記載の燃焼通路を、側部にフレームロッドを挿入して燃焼検知を行うことにより、燃焼通路内に収束して形成する火炎の炎電流を安定に検知することができる。

請求項８に記載の発明は、特に、請求項１〜７に記載の燃焼通路を、一部に突起部を設け、その突起部の外側から熱電対を接触させて、間接的に温度測定を行うことにより、熱電対の高温腐食を防止して、長期間の使用に耐える燃焼検知を行うことができる。

請求項９に記載の発明は、特に、請求項１〜８に記載のディストリビュータのその略中央に点火用の電極を挿入することにより、燃焼通路内に収束してディストリビュータの周囲に集合した混合気にディストリビュータの天板に火花放電を飛ばすので、容易に着火を行なうことができる。

請求項１０に記載の発明は、特に、請求項１〜９に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、都市ガスや燃料電池発電装置より戻るオフガスの異なる燃料の燃焼を行い、燃料を小さく絞った場合や各燃料の理論空気量に近い低空気比でも良好な燃焼を行い、また燃焼音を軽減すると共に火炎長を短縮しコンパクトな火炎を形成して、燃料電池の負荷変動やばらつきに耐える水素生成器を提供することができる。

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。

（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。

また、図２は、本発明の第１の実施例における燃焼装置の拡大断面図である。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３である。

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、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。燃焼装置５は、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、混合燃料としてディストリビュータ８から噴出し、空気噴出部９の周囲から燃焼用空気１０を供給して燃焼を行なっている。１１は、燃焼用空気１０を供給する空気室、１３は、燃焼装置５によって生じる火炎１４が触媒容器１２に直接触れることを避け、さらに燃焼ガス１５の流路を規定するための燃焼筒である。燃焼ガス１５は、触媒容器１２の周囲に沿って流れ、水素生成器１の外部に排出される。

また、都市ガス６やオフガス７または都市ガス６とオフガス７の混合燃料は、燃料ガス１６として円管状のディストリビュータ８へ供給される。ディストリビュータ８の先端には、燃料ガス１６のガス噴出孔１７がディストリビュータ８の周囲に等間隔で複数個設けられ、燃料ガス１６を放射状に噴出している。空気噴出部９は、複数個の空気噴出孔１８が設けられ、ディストリビュータ８を中心として火炎１４放出方向に向かってテーパ形状に開口している（有底カップ状の構成）。この空気噴出部９で燃焼室１９を形成し、燃焼用空気１０を燃焼室１９内に供給する構成としている。空気噴出孔１８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８は空気噴出部９の中心部に位置しており、ディストリビュータ８のガス噴出孔１７が空気噴出部９に設ける空気噴出孔１８の最下段の空気噴出孔２０とほぼ対向する位置になるように燃焼室１９内へ突出して臨まされている。また、空気噴出部９の底部（カップ形状の底）には複数個の下部空気噴出孔２１を設け、ディストリビュータ８の軸方向と平行方向に燃焼用空気１０の一部を供給する構成としている。

２２は、燃焼通路で、空気噴出部９の火炎１４放出側に開口した端部を延長する形で円筒状に構成されている。燃焼通路２２は、ほぼ垂直にディストリビュータ８と同軸上に配置され、空気噴出部９のテーパ形状の端部とは、適当な角度差をつけて構成され、火炎１４や燃焼ガス１５の流れを外に向かって広がらないようにしている。燃焼通路２２には、空気噴出孔１８を設けないようにして、燃焼通路２２の側壁が燃焼用空気１０で冷却されないように構成している。燃焼通路２２の端部を延長して燃焼通路２２を支持する固定フランジ２３を設けている。

燃焼通路２２の開口径にあわせて、燃焼筒１３の内径を構成し、燃焼ガス１５が適正に流れるようにしている。

２４は、ディストリビュータ８の中央に、ディストリビュータ８を貫通するように設ける挿入通路で、挿入通路２４は、ディストリビュータ８とは、隔離して構成され、燃料ガス１６が進入することはない。２５は、挿入通路２４内に挿入する着火用の電極で、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２５の周囲は、絶縁用の絶縁碍子２６で被覆されている。絶縁碍子２６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２５の先端は、燃焼室１９に臨み、ディストリビュータ８の天板２７に火花放電が飛ぶように、位置決めを行なっている。

図３において、ディストリビュータ８のみはガス噴出孔１７の位置をわかりやすくするために、ガス噴出孔１７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はガス噴出孔１７から噴出される燃料ガス１６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１８のうち破線Ｃで示した最下段の空気噴出孔２０から噴出される燃焼用空気１０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１６の噴出方向と燃焼用空気１０の噴出方向が直線上に位置するように両噴出孔の位置を調節している。更に、本発明では下部空気噴出口２１から噴出される燃焼用空気１０が上記燃料ガス１６の噴出方向の矢印Ａに交差する位置に下部空気噴出孔２１の一部を配置している。

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。

燃焼の初期段階では、燃焼装置５には、都市ガス６を成分とする燃料ガス１６が供給され、ディストリビュータ８から放射状に噴出された燃料ガス１６と略対向する最下段の空気噴出孔２０から供給された燃焼用空気１０が衝突し混合する。この時、ディストリビュータ８の挿入通路２４を介して燃焼室１９に臨ませた電極２５により、火花放電が行なわれ、燃料ガス１６に着火が行なわれる。燃料ガス１６は空気噴出部９の開口部方向へ流れて行くが、空気噴出部９の形状を図示したようにテーパ状としているため燃料ガス１６の流路断面積が連続的に拡大し、それによって燃料ガス１６の流速が減少し、その流速が都市ガス６の燃焼速度と同等またはそれ以下となった場所で火炎１４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。

このとき空気噴出部９の端部を延長して構成する燃焼通路２２の内に沿って火炎１４や燃焼ガス１５が流れ、その流れが燃焼通路２２内で収束することにより燃焼通路２２内の温度が上昇して燃焼反応を促進していく。

また、燃料電池から排出されるオフガス７を燃焼するときは、ディストリビュータ８から放射状に噴出されたオフガス７と略対向する最下段の空気噴出孔２０から供給された燃焼用空気１０とが衝突する位置で、オフガス７の流速は最も速く、オフガス７中の燃焼速度の速い水素がこの部分で燃焼可能となり火炎１４を生じて燃焼する。このとき空気噴出部９の端部を延長して構成する燃焼通路２２の内に沿って火炎１４や燃焼ガス１５が流れ、その流れが燃焼通路２２内で収束することにより燃焼通路２２内の温度が上昇して燃焼反応を促進していく。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。

以上のように、本実施例においては、空気噴出部９の空気噴出孔１８から噴出する燃焼用空気１０とディストリビュータから噴出する燃料ガス１６とが衝突混合し、混合が促進され、また、空気噴出部９の形状を火炎１４の放出方向に開口部が広がったテーパ状としているため、燃料ガス１６の流速を高速から低速まで連続的に減少できるので、都市ガス６や燃料電池発電装置より戻るオフガス７等の燃焼速度や可燃範囲の異なる燃料ごとに火炎１４を空気噴出孔１８の適正な位置に形成し、それぞれに良好な燃焼特性を得ることができる。

また、燃料ガス１６を小さく絞った場合や各燃料を低空気比において燃焼を行う場合に燃焼用空気１０が減少して流速低下をまねいても、燃料ガス１６と燃焼用空気１０の衝突により混合促進し、燃焼通路２２内に火炎１４を収束して火炎１４の温度の低下を防止するので、燃焼を促進することができ、水素生成器１を余剰の燃焼用空気１０で冷却しないので、効率を向上できる。

また、空気噴出部９の空気噴出孔１８から分散して燃焼用空気１０を噴出し火炎１４を形成させるので、燃焼用空気１０の流速を遅くして燃焼音を低下できる。

また、燃焼通路２２内に火炎１４を収束して火炎温度を上昇させ、燃焼反応を促進して火炎長を短縮でき、コンパクトな燃焼装置を構成できる。

また、燃焼通路２２により火炎１４を細く収束するので、燃焼筒１３と触媒容器１２の内径を小さくでき、その結果水素生成器１の外径も小さくなり、表面積も縮小して放熱が抑制され、水素生成器１の効率が向上できる。

また、燃料ガス１６と燃焼用空気１０が混合を促進するためにガス噴出孔１７と最下段の空気噴出孔２０を略対向して配置しているため、この部分では燃焼速度が速く燃焼しやすい水素が空気と十分に混合し、火炎１４は常に安定して存在することができる。

また、下部空気噴出孔２１を介して燃焼用空気１０を燃料ガス１６に対して下方から交差する位置から噴出するので、燃料ガス１６と燃焼用空気１０の混合をより良好にすることができる。この燃焼用空気１０は、単にガスの混合を良くするのみではなく、燃焼ガス１６の流量に対して燃焼用空気１０の流量が相対的に過剰に供給した場合でも火炎１４を保つ作用が認められ、燃焼の安定化に大きな効果を有している。

また、ディストリビュータ８のガス噴出孔１７から都市ガス６や燃料電池発電装置より戻るオフガス７の異なる燃料を噴出できるので、構成が簡単になりコストを低減することができ、またディストリビュータ８からは常に都市ガス６かオフガス７が噴出するので、ディストリビュータ８が冷却され、火炎１４で過熱されず、長期間の使用に耐えることができる。

なお、空気噴出部９は、ディストリビュータ８の周囲の内壁を空気噴出部９の開口部の火炎１４放出方向に徐々に拡大するように傾斜する傾斜部２９と、ディストリビュータ８の周囲の底部から傾斜部２９まで曲率部分を設け、連続的に構成することで、ディストリビュータ８の周囲に噴出する燃料ガス１６が傾斜部２９に沿って拡大し、空気噴出孔１８から噴出する燃焼用空気１０と混合を促進して部分予混合火炎１４を形成するようにしている。

また、燃料ガス１６がディストリビュータ８の周囲の底部から傾斜部２９まで曲率部分に沿って移動し、燃焼通路２２に乱れの少ない流れで流入するようにしている。

以上のように、本実施例においては、燃焼ガス１６の乱れが少なく、燃焼用空気１０と混合するので、燃焼音の低減された火炎長の短いコンパクトな火炎１４を形成できる。

また、空気噴出部９は、傾斜部２９に複数個の空気噴出孔３０を設けることで傾斜部２９に複数個の空気噴出孔３０を設けることにより、ディストリビュータ８の周囲に噴出する燃料ガス１６が傾斜部２９に沿って拡大する方向に合わせて連続的に空気噴出１８孔から燃焼用空気１０を噴出して、燃料ガス１６との混合を促進して部分予混合火炎１４を形成するようにしている。

傾斜部２９では、燃料ガス１６の流路断面積が連続的に拡大し、それによって燃料ガス１６の流速が減少し、その流速が都市ガス６の燃焼速度と同等またはそれ以下となった場所で火炎１４を生じて燃焼し、オフガス７を燃焼するときは、ディストリビュータ８から放射状に噴出されたオフガス７と略対向する最下段の空気噴出孔２０から供給された燃焼用空気１０とが衝突する位置で、オフガス７の流速は最も速く、オフガス７中の燃焼速度の速い水素がこの部分で燃焼可能となり火炎１４を生じて燃焼するようにしている。

また、都市ガス６やオフガス７のように燃焼速度の異なる燃料ガス１６が供給されても空気噴出孔３０のそれぞれの適正な位置に火炎１４を形成して燃焼特性を向上できる。

なお、ディストリビュータ８の略中央に点火用の電極２５を挿入し、ディストリビュータ８の略中央には、天板２７より電極２５と絶縁碍子２６を突出させている。例えば、絶縁碍子２６は、天板２７より２〜３ｍｍ、電極２５は、その絶縁碍子２６から更に１〜２ｍｍ突出すると、火花放電が天板２７より露出している絶縁碍子２６に沿って、天板２７上の任意の位置に複数個発生し、天板２７上を回転するように移動し、広い範囲で着火を行うようにしている。この時、ディストリビュータ８から噴出する都市ガス６（主に都市ガス６で、オフガス７の場合もある）が、空気噴出部９からの燃焼用空気１０に混合されながらディストリビュータ８の天板２７の周囲に収束してくるので、火花放電により着火を行うようにしている。

また、燃焼通路２２により、燃料ガス１６は、よりディストリビュータ８の天板２７の周囲に収束して、着火性能を向上している。

以上のように、本実施例においては、ディストリビュータ８の天板２７の任意の位置に火花放電を飛ばすので、電極２５の放電距離の精密な管理が必要でなく、装着を容易に行うことができる。

また、電極２５を略直線上の形状に構成するので、挿入通路２４に装着を容易に行なうことができる。また、ディストリビュータ８の略中央に電極２５が収納されるので、電極２５が燃焼装置５の内部に収まり、燃焼装置５をコンパクトに構成し、製造コストを低減することができる。

また、水素生成器１本体には、電極２５取り付け用の開口を設ける必要がないので、触媒容器１２が密閉構造となり放熱損失を防止して、水素生成器１の熱効率を向上できる。

燃焼装置５は、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１に搭載することにより、都市ガス６や燃料電池発電装置より戻るオフガス７の異なる燃料の燃焼を行い、燃料を小さく絞った場合や各燃料の理論空気量に近い低空気比でも良好な燃焼を行い、また燃焼音を軽減すると共に火炎長を短縮しコンパクトな火炎１４を形成するようにしている。

以上のように、本実施例においては、本発明の燃焼装置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て水素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。

（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、２８は絞り部で、燃焼通路２２は、その端部に、内側に向かって折り曲げられた形状の絞り部２８を構成する点である。

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。

ディストリビュータ８から噴出する燃料ガス１６と空気噴出部９の空気噴出孔１８から噴出する燃焼用空気１０が衝突混合し、空気噴出孔１８近傍に火炎１４が形成される。火炎１４や燃焼ガス１５は、燃焼通路２２に沿って移動し、膨張しようとするが燃焼通路２２内で収束され、この時、燃焼通路２２の端部に設ける絞り部２８によりさらに火炎１４や燃焼ガス１５の流れが内向きとなり火炎１４や燃焼ガス１６の温度を上昇するようにしている。

以上のように、本実施例においては、燃焼通路２２は、端部に絞り部２８を構成することにより、燃焼通路２２内の火炎１４や燃焼ガス１５の膨張を収束し、燃焼通路２２内に燃焼ガス１５を滞留させ燃焼通路２２内部の温度を上昇させて燃焼反応を促進し、燃焼特性を向上することができる。

また、絞り部２８により燃焼通路２２に通路抵抗をかけて燃焼用空気１０の過剰時に保炎力を高め、火炎１４のブローオフを防止できる。

また、絞り部２８により燃焼通路２２内に突出する構造物を構成し、その温度が上昇して赤熱状態を維持するので、燃焼ガス１５に対して助燃体の効果を有し、燃焼特性を向上することができる。

なお、本実施例において、絞り部２８は、燃焼通路２２の内壁の途中に周方向の突起物として構成してもよい。

また、燃焼通路２２の内壁に傾斜を付けて、火炎１４放出方向の開口部の内径を最小に設けてもよい。

（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。実施例１と異なるところは、燃焼通路２２は、その外周に別設する支持フランジ３１により固定する点である。

一体で構成する空気噴出部９と燃焼通路２２が別部品の支持フランジ３１により支えられるので、一体で構成する空気噴出部９と燃焼通路の熱が他の構成部分に伝熱しにくくなり、燃焼通路２２内部の温度を高温に保つようにしている。燃焼通路２２への支持フランジ３１の装着は、溶接またはビス止めで行い、燃焼用空気１０の漏れがある場合は、断熱パッキンを介して支持を行うようにしている。

以上のように、本実施例においては、燃焼通路２２の端部から逃げる熱を軽減できるので、燃焼通路２２の内部を高温に保ち、燃焼反応を促進して燃焼特性を向上できる。

（実施例４）
図６は、本発明の第４の実施例の燃焼装置を示す断面図である。実施例１と異なるところは、空気噴出部９は、その内壁の一部を開口して設ける開口部から、ディストリビュータ８を燃焼室１９内に挿入し、着脱可能の構成とする点である。

ディストリビュータ８を空気噴出部９の開口部から挿入するときに、ディストリビュータ８の一部に設ける取り付けフランジ３３を空気室１１の底板３２に装着することにより、ディストリビュータ８は、燃焼室内１９での位置決めを行うようにしている。

以上のように、本実施例においては、ディストリビュータ８を空気噴出部９に容易に装着でき、製造コストを低減することができる。

また、燃焼装置５を分解せずに、ディストリビュータ８を着脱できるので、メンテナンスを容易に行うことができる。

（実施例５）
図７は、本発明の第５の実施例の燃焼装置を示す断面図である。実施例１と異なるところは、３４はフレームロッド、３５は絶縁碍子で、燃焼通路２２は、側部にフレームロッド３５を挿入して燃焼検知を行う点である。

フレームロッド３４は、カンタル線やエスイット線等の耐熱材料で構成され、燃焼通路２２の側部に絶縁碍子３５を介して火炎１４や燃焼ガス１６の流れにほぼ直角になるように燃焼通路２２の中心に向かって挿入され、燃焼通路２２内に収束して形成する火炎１４の炎電流を検知するようにしている。

以上のように、本実施例においては、燃焼通路２２内に形成する火炎１４を安定して計測することにより、火炎１４の状態を精度良く把握して燃焼装置の安全を保つことができる。

なお、燃焼通路２２の側部へのフレームロッド３４の装着は、断熱パッキンを介して燃焼用空気１０が漏れないようにしてもよい。

また、燃焼通路２２の側部の温度が高すぎる場合は、燃焼に悪影響を与えないように絶縁碍子３５の周囲に冷却用の空気を流入させてもよい。

（実施例６）
図８は、本発明の第６の実施例の燃焼装置を示す断面図である。実施例１と異なるところは、３６は突起部、３７は熱電対で、燃焼通路２２は、一部に突起部３６を設け、その突起部３６の外側から熱電対３７を接触させて、間接的に温度測定を行う点である。

燃焼通路２２は、その側部に内側に向けて突起部３６を設け、その突起部３６の外側から熱電対３７を接触させて、間接的に温度測定を行うことにより、熱電対３７の高温腐食を防止するようにしている。

以上のように、本実施例においては、高温用の熱電対３７は、コストも高く、またセラミック被覆のように応答速度も遅いので、普通の熱電対を３７を間接的に使用することにより、長期間の使用に耐える燃焼検知を行うことができる。

また、燃焼通路２２の内壁に突起部３６を突出するので、突起部３６が火炎１４の熱を受けやすくなり、応答速度の低下を防止できる。

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同装置における燃焼装置の断面図同装置における燃焼装置を下流側から見た構造図本発明の実施例２における燃焼装置の断面図本発明の実施例３における燃焼装置の断面図本発明の実施例４における燃焼装置の断面図本発明の実施例５における燃焼装置の断面図本発明の実施例６における燃焼装置の断面図

符号の説明

８ディストリビュータ
９空気噴出部
１８空気噴出孔
２２燃焼通路
２８絞り部
２９傾斜部
３０空気噴出孔
３１支持フランジ
３２底板
３３取り付けフランジ
３４フレームロッド
３６突起部
３７熱電対

Claims

中央に向かって空気を噴出する複数個の空気噴出孔を設ける有底カップ状の空気噴出部と、前記空気噴出部の一部から挿入し、燃料を周囲方向に噴出するディストリビュータと、前記空気噴出部の開口部の火炎放出方向に延長する筒状の燃焼通路を備える燃焼装置。
燃焼通路は、端部に絞り部を構成する請求項１記載の燃焼装置。
空気噴出部は、ディストリビュータの周囲の内壁を空気噴出部の開口部の火炎放出方向に徐々に拡大するように傾斜する傾斜部を設ける請求項１〜２のいずれか１項に記載の燃焼装置。
空気噴出部は、傾斜部に複数個の空気噴出孔を設ける請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃焼装置。
燃焼通路は、その外周に別設する支持フランジにより固定する請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃焼装置。
ディストリビュータは、空気噴出部の一部に設ける開口部を介して着脱可能の構成にする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃焼装置。
燃焼通路は、側部にフレームロッドを挿入して燃焼検知を行う請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃焼装置。
燃焼通路は、一部に突起部を設け、その突起部の外側から熱電対を接触させて、間接的に温度測定を行う請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃焼装置。
ディストリビュータの略中央に点火用の電極を挿入する請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃焼装置。
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請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃焼装置。