JP2005180812A - Burner and reformer - Google Patents

Burner and reformer Download PDF

Info

Publication number
JP2005180812A
JP2005180812A JP2003423140A JP2003423140A JP2005180812A JP 2005180812 A JP2005180812 A JP 2005180812A JP 2003423140 A JP2003423140 A JP 2003423140A JP 2003423140 A JP2003423140 A JP 2003423140A JP 2005180812 A JP2005180812 A JP 2005180812A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
burner
liquid fuel
casing
reformer
opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003423140A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Mizuno
康 水野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eneos Corp
Original Assignee
Nippon Oil Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Oil Corp filed Critical Nippon Oil Corp
Priority to JP2003423140A priority Critical patent/JP2005180812A/en
Publication of JP2005180812A publication Critical patent/JP2005180812A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Spray-Type Burners (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a burner and a reformer that can secure good maintainability, reduce the space required, and be made compact, the burner vaporizing liquid fuel using a heating surface. <P>SOLUTION: The burner that burns liquid fuel by vaporizing it and mixing it with an oxygen-containing gas comprises a casing provided with an oxygen-containing gas inlet and having an opening at its lower end; a nozzle through which the liquid fuel flows down into the casing; and a heating surface provided inside the casing for vaporizing the liquid fuel that flowed down. The burner has a burner mat provided at or downstream of the opening and has a nozzle downstream of the burner mat for supplying a hydrogen-electrode off-gas. The reformer that provides a reformed gas by reforming raw materials for manufacture of hydrogen has the reformer burner that supplies heat for a reforming reaction by vaporizing liquid fuel, mixing it with an oxygen-containing gas, and burning the mixture. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は灯油等の液体燃料を気化して燃焼させるバーナに関する。特には、燃料電池システムに用いられる改質器に必要な熱を供給するためのバーナに関する。また、本発明は、水素製造用原料を改質して水素を含有する改質ガスを得る改質器に関する。   The present invention relates to a burner that vaporizes and burns liquid fuel such as kerosene. In particular, the present invention relates to a burner for supplying heat necessary for a reformer used in a fuel cell system. The present invention also relates to a reformer for reforming a raw material for hydrogen production to obtain a reformed gas containing hydrogen.

燃料電池システムの改質器に用いられるような、液体燃料を燃料とする小型バーナにおいて、燃料を圧力噴霧して拡散燃焼させることが困難であった。このため、このようなバーナにおいては、燃料を気化した後に空気(一次空気)と混合したうえで、複数の炎孔を有するバーナヘッドなどを用いて燃焼を行っていた。   In a small burner that uses liquid fuel as a fuel, such as used in a reformer of a fuel cell system, it is difficult to diffuse and burn the fuel by pressure spraying. For this reason, in such a burner, after vaporizing the fuel, it is mixed with air (primary air) and then burned using a burner head having a plurality of flame holes.

液体燃料を気化するには、一般的に、気化器と呼ばれる、電気ヒータで加熱したカップ様の容器に液体燃料を滴下などして供給し、これを液体燃料が気化するに足る温度に加熱された加熱面(容器内壁)に接触させていた。また、燃料電池システムに用いられるバーナは、水素極オフガスを燃焼させるために、液体燃料を燃焼させるバーナヘッド近傍に水素極オフガスノズルを設け、水素極オフガスも燃焼可能な構造になっている。このような液体燃料用バーナの構造は、例えば、特許文献1(特開平7−237902号公報)に記載される。
特開平7−237902号公報
In order to vaporize the liquid fuel, the liquid fuel is generally supplied dropwise to a cup-like container heated by an electric heater, called a vaporizer, which is heated to a temperature sufficient to vaporize the liquid fuel. In contact with the heated surface (inner wall of the container). The burner used in the fuel cell system has a structure in which a hydrogen electrode off gas nozzle is provided in the vicinity of the burner head for burning the liquid fuel so that the hydrogen electrode off gas can be combusted. Such a structure of the burner for liquid fuel is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-237902.
JP 7-237902 A

このように、液体燃料用小型バーナにおいては、液体燃料の流量が小さいため、噴霧による液体燃料の安定供給は困難である。このため、先端が細くなった管(ノズル)から液体燃料を流下させて供給する。液体燃料はノズル先端から鉛直下方に落下するため、カップ様の容器を用いる従来の気化器においては、ノズル先端の鉛直下方に気化器壁面(加熱面)が設けられる。このため、気化器の開口部は鉛直上向きあるいは横(水平)向きとなり、従って、火炎の形成方向も上向きあるいは横向きに限定される。   Thus, in the small burner for liquid fuel, since the flow rate of the liquid fuel is small, it is difficult to stably supply the liquid fuel by spraying. For this reason, liquid fuel is supplied by flowing down from a pipe (nozzle) whose tip is narrowed. Since liquid fuel falls vertically downward from the nozzle tip, in a conventional vaporizer using a cup-like container, a vaporizer wall surface (heating surface) is provided vertically below the nozzle tip. For this reason, the opening of the vaporizer is vertically upward or laterally (horizontal), and therefore the flame formation direction is limited to upward or laterally.

例えば燃料電池システム内の改質装置に火炎が上向きに形成されるバーナが設けられる場合、火炎形成のための空間が上部に必要なため、通例改質装置の最下部にバーナが配置される。バーナは取り外すなどしてメンテナンスを行う必要があるが、このように下部にバーナが取り付けられていると、メンテナンスのための空間を確保することが難しく、また、メンテナンス空間の確保を優先すると、通常運転時には無駄となる空間が生じ、装置が大きくなってしまう。火炎方向が横向きである場合も同様である。   For example, when a reformer in a fuel cell system is provided with a burner in which a flame is formed upward, a space for flame formation is required in the upper part, so that the burner is usually arranged at the lowermost part of the reformer. It is necessary to perform maintenance by removing the burner, etc. However, if the burner is attached at the bottom like this, it is difficult to secure space for maintenance, and if priority is given to securing maintenance space, it is usually Space is wasted during operation, and the device becomes large. The same applies when the flame direction is horizontal.

本発明は、熱面によって液体燃料を気化させるバーナにおいて、良好なメンテナンス性を確保しつつ、省スペース化、コンパクト化を図ることを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to achieve space saving and compactness while ensuring good maintainability in a burner that vaporizes liquid fuel by a hot surface.

本発明の別の目的は、バーナのメンテナンス性が良好で、省スペース化、コンパクト化が可能な改質器を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a reformer that has good burner maintainability, and can be space-saving and compact.

本発明により、液体燃料を気化し、酸素含有ガスと混合して燃焼させるバーナにおいて、
酸素含有ガス導入口が設けられた、下端に開口を有するケーシング;
該ケーシング内に液体燃料を流下させるための液体燃料ノズル;および
該ケーシング内に設けられた、該流下された液体燃料を気化するための加熱面
を有する気化器を備えることを特徴とするバーナが提供される。
In the burner according to the present invention, the liquid fuel is vaporized and mixed with the oxygen-containing gas and burned.
A casing having an opening at the lower end provided with an oxygen-containing gas inlet;
A burner comprising: a liquid fuel nozzle for flowing liquid fuel into the casing; and a vaporizer provided in the casing and having a heating surface for vaporizing the flowed liquid fuel. Provided.

上記バーナにおいて、前記液体燃料ノズルは略鉛直下方に向けて設けられ、
前記加熱面は該液体燃料ノズルの下方に、略水平に設けられ、
該加熱面とケーシングとの間に空隙が設けられて、気化した燃料が前記開口に到達可能とされたことが好ましい。
In the burner, the liquid fuel nozzle is provided substantially vertically downward,
The heating surface is provided substantially horizontally below the liquid fuel nozzle,
It is preferable that a gap is provided between the heating surface and the casing so that vaporized fuel can reach the opening.

上記バーナにおいて、気化した液体燃料と酸素含有ガスとの混合ガスが流れる流路が、1回以上4回以下方向転換されていることが好ましい。   In the burner, it is preferable that the flow path in which the mixed gas of the vaporized liquid fuel and the oxygen-containing gas flows is changed in the direction of 1 to 4 times.

上記バーナにおいて、さらに、前記開口を覆う位置または該開口の下方に、該開口から導出される気化された液体燃料を燃焼させるためのバーナマットを備えることが好ましい。   The burner preferably further includes a burner mat for burning the vaporized liquid fuel derived from the opening at a position covering the opening or below the opening.

上記バーナにおいて、前記バーナマットが、金属繊維の織布もしくは不織布からなることが好ましい。   In the burner, the burner mat is preferably made of a woven or non-woven metal fiber.

上記バーナにおいて、前記バーナマットの単位面積あたりの液体燃料の燃焼量が200kW/m2以上4500kW/m2以下であることが好ましい。 In the burner, it is preferable that the combustion amount of the liquid fuel per unit area of the burner mat is 200 kW / m 2 or more and 4500 kW / m 2 or less.

上記バーナにおいて、燃焼量が8.1kW以下であることが好ましい。   In the burner, the combustion amount is preferably 8.1 kW or less.

本発明により、燃料電池システムにおいて用いられる、水素製造用原料を改質して水素を含有する改質ガスを得る改質器に、液体燃料を気化し酸素含有ガスと混合して燃焼させて改質反応用の熱を供給するための改質器用バーナにおいて、
酸素含有ガス導入口が設けられた、下端に開口を有するケーシング;
該ケーシング内に液体燃料を流下させるための液体燃料ノズル;および
該ケーシング内に設けられた、該流下された液体燃料を気化するための加熱面
を有する気化器を備え、
前記開口を覆う位置または該開口の下方に、該開口から導出される気化された液体燃料を燃焼させるためのバーナマットを備え、
該バーナマットの下流に燃料電池の水素極オフガスを供給する水素極オフガスノズルを備えることを特徴とする改質器用バーナが提供される。
According to the present invention, a reformer used in a fuel cell system for reforming a raw material for hydrogen production to obtain a reformed gas containing hydrogen is vaporized and mixed with an oxygen-containing gas and burned. In a reformer burner for supplying heat for quality reaction,
A casing having an opening at the lower end provided with an oxygen-containing gas inlet;
A liquid fuel nozzle for flowing liquid fuel into the casing; and a vaporizer provided in the casing having a heating surface for vaporizing the flowed liquid fuel;
A burner mat for burning the vaporized liquid fuel derived from the opening at a position covering the opening or below the opening;
A reformer burner comprising a hydrogen electrode off-gas nozzle for supplying a hydrogen electrode off-gas of a fuel cell downstream of the burner mat is provided.

本発明により、水素製造用原料を改質して水素を含有する改質ガスを得る改質器であって、液体燃料を気化し、酸素含有ガスと混合して燃焼させて改質反応用の熱を供給するための改質器用バーナを備える改質器において、
該改質器用バーナが、
酸素含有ガス導入口が設けられた、下端に開口を有するケーシング;
該ケーシング内に液体燃料を流下させるための液体燃料ノズル;および
該ケーシング内に設けられた、該流下された液体燃料を気化するための加熱面
を有する気化器を備えることを特徴とする改質器が提供される。
According to the present invention, a reformer for reforming a raw material for hydrogen production to obtain a reformed gas containing hydrogen, which vaporizes liquid fuel, mixes it with an oxygen-containing gas, and burns it for reforming reaction. In a reformer comprising a reformer burner for supplying heat,
The reformer burner is
A casing having an opening at the lower end provided with an oxygen-containing gas inlet;
A reformer comprising: a liquid fuel nozzle for flowing liquid fuel into the casing; and a vaporizer provided in the casing and having a heating surface for vaporizing the flowed liquid fuel. A vessel is provided.

本発明によれば、加熱面によって液体燃料を気化させるバーナにおいて、火炎を鉛直下方に形成できるため、バーナが装着される改質装置などの機器の上部にバーナを配置することができ、従って、特にメンテナンス用のスペースを設けずとも、改質装置などの上方から容易にバーナにアクセス可能である。このようにメンテナンス性とコンパクト化を両立し得るバーナが得られ、バーナを備える装置あるいはその設置スペースも含めてコンパクト化を図ることができる。家庭用給湯用あるいは暖房用機器など、また特には燃料電池システムにおいて、コンパクトさは重要なファクターであり、本発明のバーナはこのような機器において好適に用いることができる。   According to the present invention, in the burner that vaporizes the liquid fuel by the heating surface, the flame can be formed vertically downward, so that the burner can be arranged on the upper part of the equipment such as a reformer to which the burner is attached, and therefore In particular, without providing a space for maintenance, the burner can be easily accessed from above the reformer or the like. In this way, a burner capable of achieving both maintainability and compactness can be obtained, and compactness can be achieved including an apparatus equipped with the burner or its installation space. Compactness is an important factor in household hot water supply or heating equipment, and particularly in fuel cell systems, and the burner of the present invention can be suitably used in such equipment.

また、このようなバーナを備える本発明の改質器は、メンテナンス性が良好であり、かつ、省スペース化、コンパクト化が可能であり、水素製造装置や燃料電池システムに好適である。   Moreover, the reformer of the present invention provided with such a burner has good maintainability, can save space and can be made compact, and is suitable for a hydrogen production apparatus and a fuel cell system.

液体燃料としては、常温常圧(25℃、0.101MPa)で液体である可燃性物質を適宜使用できる。例えば、炭化水素類、アルコール類など分子中に炭素と水素を有する化合物を用いることがでる。工業用あるいは民生用に安価に入手できる好ましい例として、メタノール、エタノール、ガソリン、灯油、軽油などを挙げることができる。なかでも灯油は工業用としても民生用としても入手容易であり、その取り扱いも容易なため、好ましい。   As the liquid fuel, a combustible substance that is liquid at normal temperature and normal pressure (25 ° C., 0.101 MPa) can be used as appropriate. For example, compounds having carbon and hydrogen in the molecule such as hydrocarbons and alcohols can be used. Preferable examples that can be obtained at low cost for industrial use or consumer use include methanol, ethanol, gasoline, kerosene, and light oil. Of these, kerosene is preferable because it is easily available for industrial use and consumer use, and is easy to handle.

バーナにて燃焼に用いる酸素含有ガスとしては、入手容易性から空気(大気)が好ましいが、酸素濃度が高められた酸素富化空気を用いることもでき、燃料電池システムにおいては燃料電池の空気極(カソード)から排出される空気極オフガスを利用することもできる。   Air (atmosphere) is preferable as the oxygen-containing gas used for combustion in the burner, but oxygen-enriched air with an increased oxygen concentration can also be used, and in the fuel cell system, the air electrode of the fuel cell is used. The cathode off-gas discharged from the (cathode) can also be used.

以下、図面を用いて本発明の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、酸素含有ガスとして空気を例に説明する。   Hereinafter, although the form of this invention is demonstrated using drawing, this invention is not limited to these. Further, air will be described as an example of the oxygen-containing gas.

図1に本発明のバーナに用いられる気化器の一形態を示す。気化器ケーシング2は外形が鉛直方向の中心軸を有する筒状であり、上面に空気導入口4を有し、下端に開口3を有する。外部から液体燃料を供給できるように空気導入口を通じて液体燃料ノズル1が略鉛直下方に向けて設けられる。気化器ケーシング内には、液体燃料ノズルの下方に、加熱面5が略水平に設けられる。加熱面は、気化器ケーシングと一体とされ、気化器ケーシングに埋め込まれた電気ヒータ6からの熱伝導により液体燃料が気化するに適した温度に加熱可能となっている。   FIG. 1 shows an embodiment of a vaporizer used in the burner of the present invention. The carburetor casing 2 has a cylindrical shape whose outer shape has a central axis in the vertical direction, and has an air inlet 4 on the upper surface and an opening 3 on the lower end. A liquid fuel nozzle 1 is provided substantially vertically downward through an air inlet so that liquid fuel can be supplied from the outside. In the carburetor casing, a heating surface 5 is provided substantially horizontally below the liquid fuel nozzle. The heating surface is integrated with the vaporizer casing, and can be heated to a temperature suitable for vaporizing the liquid fuel by heat conduction from the electric heater 6 embedded in the vaporizer casing.

液体燃料ノズルから流下された液体燃料は、加熱面5に接触し、気化する。液体燃料はノズルから断続的に滴下されてもよいが、混合気中の燃料の濃度をより一定にする観点からは連続的に流下されることが好ましい。液体燃料を安定して連続的に流下させる観点から、ノズルからの液体燃料の吐出速度を5cm/秒以上とすることが好ましい。また送液の圧力損失の観点から60cm/秒以下とすることが好ましい。このように吐出速度を調節するためには、液体燃料を、流量調節バルブや定量ポンプなどの流量調節手段により流量をこの範囲に調節した上で液体燃料ノズルに供給すればよい。   The liquid fuel flowing down from the liquid fuel nozzle contacts the heating surface 5 and vaporizes. The liquid fuel may be dropped intermittently from the nozzle, but it is preferable that the liquid fuel is continuously flowed from the viewpoint of making the concentration of the fuel in the air-fuel mixture more constant. From the viewpoint of stably and continuously flowing down the liquid fuel, it is preferable that the discharge speed of the liquid fuel from the nozzle is 5 cm / second or more. Moreover, it is preferable to set it as 60 cm / sec or less from a viewpoint of the pressure loss of liquid feeding. In order to adjust the discharge speed in this way, the liquid fuel may be supplied to the liquid fuel nozzle after the flow rate is adjusted to this range by a flow rate adjusting means such as a flow rate adjusting valve or a metering pump.

液体燃料ノズルを略鉛直下方以外の方向、例えば水平に設けることもできるが、比較的大きな液滴の形成を抑制し、混合気中の燃料濃度をより一定にする観点から、ノズル自体が略鉛直下方に向いていることが好ましい。略鉛直下方とは、ノズルの延在方向が必ずしも厳密に鉛直下方でなくてもよいことを意味し、鉛直下方からのずれが10°以内であることが好ましく、5°以内であることがより好ましく、3°以内であることがさらに好ましくい。   Although the liquid fuel nozzle can be provided in a direction other than substantially vertically downward, for example, horizontally, the nozzle itself is substantially vertical from the viewpoint of suppressing the formation of relatively large droplets and making the fuel concentration in the mixture more constant. It is preferable to face downward. “Substantially vertically downward” means that the extending direction of the nozzle does not necessarily have to be strictly vertically downward, and the deviation from the vertically downward is preferably within 10 °, more preferably within 5 °. Preferably, it is more preferably within 3 °.

液体燃料ノズルの少なくとも先端において、液体燃料ノズルが空気流路の中にあり、液体燃料ノズルと空気流れ方向とが同じ方向に向いていることが好ましく、液体燃料ノズルと空気導入口が同軸であることがさらに好ましい。例えば、図1に示されるように、液体燃料ノズルの先端が鉛直下方を向き、円柱状の空気導入口の中心軸と液体燃料ノズルの中心軸が一致する構成が好ましい。このような構成によって、空気の流れが液体燃料をノズル先端から取り去る効果が生じ、ノズル先端において液滴が大きく成長することを抑制し、混合気中の液体燃料濃度がより一定になるからである。   At least at the tip of the liquid fuel nozzle, the liquid fuel nozzle is in the air flow path, and the liquid fuel nozzle and the air flow direction are preferably oriented in the same direction, and the liquid fuel nozzle and the air inlet are coaxial. More preferably. For example, as shown in FIG. 1, a configuration in which the tip of the liquid fuel nozzle faces vertically downward and the central axis of the cylindrical air inlet and the central axis of the liquid fuel nozzle coincide is preferable. This is because the air flow has the effect of removing the liquid fuel from the nozzle tip, suppresses the large growth of droplets at the nozzle tip, and the liquid fuel concentration in the mixture becomes more constant. .

加熱面は敵下された液体燃料が均一に拡散するため略水平であることが好ましい。略水平とは加熱面が必ずしも厳密に水平でなくてもよいことを意味し、水平からのずれが10°以内であることが好ましく、5°以内であることがより好ましく、3°以内であることがさらに好ましくい。   It is preferable that the heating surface is substantially horizontal so that the liquid fuel that has been subjected to the enemy diffuses uniformly. “Substantially horizontal” means that the heating surface does not necessarily have to be exactly horizontal, and the deviation from the horizontal is preferably within 10 °, more preferably within 5 °, and more preferably within 3 °. More preferably.

また、加熱面の形状は滴下後の液体燃料が均一に拡散するように円形が望ましい。   In addition, the heating surface is preferably circular so that the liquid fuel after dripping diffuses uniformly.

加熱面は気化器ケーシングと一体的に形成することもでき、例えば気化器の外壁を形成する中空円筒状部分と、加熱面を形成する板状部分とを一体的に形成することができる。あるいは例えば、加熱面となる面を有する板状部材を気化器ケーシングに溶接などにより接合して形成することもできる。気化器は、ヒータを埋め込むための部分や、凸部などを有することができる。   The heating surface can also be formed integrally with the vaporizer casing. For example, a hollow cylindrical portion that forms the outer wall of the vaporizer and a plate-like portion that forms the heating surface can be formed integrally. Alternatively, for example, a plate-like member having a surface to be a heating surface can be joined to the vaporizer casing by welding or the like. The vaporizer can have a portion for embedding the heater, a convex portion, or the like.

加熱面を有する部材、および気化器ケーシングの材料などは、熱伝導率の観点から、金属が好ましい。例えばアルミニウムや真鍮が好適である。   The member having the heating surface and the material of the vaporizer casing are preferably metal from the viewpoint of thermal conductivity. For example, aluminum or brass is suitable.

加熱面の温度は、供給される液体燃料の種類に応じて適宜設定できる。例えば、液体燃料が灯油の場合、好ましくは180℃以上250℃以下、より好ましくは190℃以上220℃以下である。これは、180℃未満では灯油の初留温度付近になるため、高沸点成分の気化速度が遅くなり混合気中の燃料濃度が安定せず火炎が不安定になる傾向があるという点で不利であり、また、250℃を超えると滴下された液滴が気化した燃料蒸気で覆われる、いわゆる膜沸騰状態になるため気化速度が遅くなり混合気中の燃料濃度が安定せず火炎が不安定になる傾向があるという点で不利であり、このような状況を回避するためである。   The temperature of the heating surface can be appropriately set according to the type of liquid fuel to be supplied. For example, when the liquid fuel is kerosene, it is preferably 180 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, more preferably 190 ° C. or higher and 220 ° C. or lower. This is disadvantageous in that it is near the initial distillation temperature of kerosene below 180 ° C., so the vaporization rate of the high boiling point component is slow, the fuel concentration in the mixture tends to be unstable, and the flame tends to become unstable. In addition, when the temperature exceeds 250 ° C., the dropped liquid droplet is covered with vaporized fuel vapor, so that a so-called film boiling state occurs, the vaporization speed becomes slow, the fuel concentration in the mixture becomes unstable, and the flame becomes unstable. This is disadvantageous in that it tends to be, and this is to avoid such a situation.

燃焼用空気は、空気導入口4から鉛直下方に導入され、気化された液体燃料と混合しながら、加熱面に衝突する。燃焼用空気と液体燃料との混合気の流路は加熱面で90°方向転換し、加熱面に沿って水平方向となった後、気化器ケーシング2の側壁によって再び90°方向転換し、混合気は加熱面と気化器ケーシングの側壁との間の空隙7を通過する。混合気の流路は、気化器ケーシング内壁の凸部8によって90°方向転換し、さらに気化器ケーシングの側壁によって開口3に向けて90°方向を変える。このように混合気の流路が4回方向転換されることによって、空気と気化した液体燃料との混合が促進される。必ずしも4回の方向転換が必要ではなく、方向転換の角度も必ずしも90°でなくてもよいが、混合促進の観点から、混合気の流路は少なくとも1回方向転換されることが好ましく、2回以上方向転換されることがより好ましい。また、混合気の方向転換の回数は、装置の複雑化を抑える観点からは4回以下とすることが好ましい。図1中の白抜き矢印は、混合気流路の方向転換の様子を示すものである。   Combustion air is introduced vertically downward from the air inlet 4 and collides with the heating surface while mixing with the vaporized liquid fuel. The flow path of the air-fuel mixture of combustion air and liquid fuel turns 90 ° on the heating surface, becomes horizontal along the heating surface, and then turns 90 ° again by the side wall of the vaporizer casing 2 for mixing. The gas passes through a gap 7 between the heating surface and the side wall of the vaporizer casing. The flow path of the air-fuel mixture is changed by 90 ° by the convex portion 8 on the inner wall of the vaporizer casing, and further changed by 90 ° toward the opening 3 by the side wall of the vaporizer casing. In this way, the flow of the air-fuel mixture is changed four times, thereby promoting the mixing of the air and the vaporized liquid fuel. The direction change of four times is not necessarily required and the angle of the direction change may not necessarily be 90 °. However, from the viewpoint of promoting the mixing, the flow path of the air-fuel mixture is preferably changed at least once. More preferably, the direction is changed more than once. In addition, the number of times of changing the direction of the air-fuel mixture is preferably 4 times or less from the viewpoint of suppressing the complexity of the apparatus. The white arrow in FIG. 1 shows a state of changing the direction of the mixture flow path.

気化器内の混合気流路となる空隙は、混合気流の偏流防止の観点から略対称に配されることが好ましい。   It is preferable that the gaps serving as the air-fuel mixture flow path in the carburetor are arranged approximately symmetrically from the viewpoint of preventing the drift of the mixed air flow.

なお、燃焼用空気導入口4が気化器ケーシング上面に設けられ、ここから燃焼用空気が下方に向かって供給され、加熱面が略水平方向に形成されていれば、加熱面の上方において混合気が形成されはじめ、この混合気が加熱面に衝突することによって混合気流路は一回方向転換されることになる。さらに、加熱面と気化器ケーシングとの間の空隙を混合気が通過して開口3に至る構造になっていれば、さらに少なくとも一回方向転換が行われる。   If the combustion air introduction port 4 is provided on the upper surface of the carburetor casing, the combustion air is supplied downward from this and the heating surface is formed in a substantially horizontal direction, the air-fuel mixture is provided above the heating surface. When the air-fuel mixture collides with the heating surface, the air-fuel mixture flow path is turned once. Further, if the air-fuel mixture passes through the gap between the heating surface and the vaporizer casing and reaches the opening 3, the direction change is performed at least once.

なお、電気ヒータは、液体燃料気化のための熱を供給することに加え、燃焼用空気の予熱のための熱を供給する機能を兼ねている。燃焼用空気は、気化器ケーシングなどとの熱交換によって予熱される。場合によっては、燃料用空気をバーナに供給する前に別途予熱することも可能である。燃焼用空気を別途充分予熱した場合、気化器加熱用の電気ヒータを廃止することも可能であるが、温度の制御性の観点から加熱手段として電気ヒータを用いることが好ましい。   The electric heater has a function of supplying heat for preheating the combustion air in addition to supplying heat for vaporizing the liquid fuel. The combustion air is preheated by heat exchange with a carburetor casing or the like. In some cases, it is possible to preheat the fuel air separately before supplying it to the burner. When the combustion air is sufficiently preheated separately, it is possible to eliminate the electric heater for heating the vaporizer, but it is preferable to use an electric heater as a heating means from the viewpoint of temperature controllability.

開口3から導出される可燃性混合ガスは、イグナイターなどにより適宜着火させて燃焼させることができる。混合ガスの導出方向が鉛直下方であるため、火炎も鉛直下方に向けて形成される。このため、バーナが装着される改質装置などの機器の上部にバーナを配置することができ、バーナが機器の下部に配置された場合に比べて、メンテナンス時にバーナへのアクセスが容易になるため、機器全体として良好なメンテナンス性を確保しつつ省スペース化を図ることが可能となる。   The combustible mixed gas derived from the opening 3 can be appropriately ignited and burned by an igniter or the like. Since the lead-out direction of the mixed gas is vertically downward, the flame is also formed vertically downward. For this reason, the burner can be placed on the upper part of equipment such as a reformer to which the burner is attached, and access to the burner becomes easier during maintenance than when the burner is placed on the lower part of the equipment. Thus, it is possible to save space while ensuring good maintainability as a whole device.

混合ガスの導出方向を鉛直下方に整えるために、流路の開口3に直接向かう部分の長さを調節したり、整流器を設けたりすることができる。   In order to adjust the derived direction of the mixed gas vertically downward, the length of the portion directly facing the opening 3 of the flow path can be adjusted, or a rectifier can be provided.

燃焼安定性向上のために、開口3の下流側に保炎器を設けることもできる。   In order to improve combustion stability, a flame holder can be provided on the downstream side of the opening 3.

また、バーナマットを用いて上記可燃性混合ガスを燃焼させると、燃焼量が小さくても燃焼安定性に優れるため好ましい。   Further, it is preferable to burn the combustible mixed gas using a burner mat because the combustion stability is excellent even if the combustion amount is small.

バーナマットには、金属繊維の不織布もしくは織布を焼結したものや、コージェライト、チタニア、ムライト、アルミナ、シリカ、アルミナ−シリカ等のセラミックからなる繊維の不織布もしくは織布を用いることができる。また、パンチングプレートを用いることもできる。均熱性と逆火防止性の観点から、バーナマットとして金属繊維の織布もしくは不織布からなるマットが好ましい。また、バーナマットが織布もしくは不織布であると、開口率がパンチングプレートなどに比べて大きいため、バーナマットを通過する際の混合気の速さが遅くなる。このため、例えば200kW/m2程度の低燃焼域では火炎がバーナマットのより近傍に火炎が形成され、バーナマットが火炎により直ぐに赤熱するので、良好な燃焼安定性が得られる。また、例えば4500kW/m2程度の高燃焼域では、バーナマットを通過する混合気の速さが比較的遅いため、火炎の吹き飛びが抑えられる。 As the burner mat, a non-woven fabric or woven fabric of metal fibers, or a non-woven fabric or woven fabric of fibers made of ceramics such as cordierite, titania, mullite, alumina, silica, and alumina-silica can be used. A punching plate can also be used. From the viewpoint of heat uniformity and prevention of backfire, a mat made of woven or non-woven metal fibers is preferable as the burner mat. In addition, when the burner mat is a woven fabric or a non-woven fabric, since the opening ratio is larger than that of a punching plate or the like, the speed of the air-fuel mixture when passing through the burner mat becomes slow. For this reason, for example, in a low combustion region of about 200 kW / m 2 , a flame is formed in the vicinity of the burner mat, and the burner mat is immediately red hot by the flame, so that good combustion stability is obtained. In addition, in a high combustion range of, for example, about 4500 kW / m 2, the speed of the air-fuel mixture passing through the burner mat is relatively slow, so that flame blow-off can be suppressed.

バーナマットの単位面積あたりの気化された液体燃料の燃焼量は、燃焼安定性の観点から200kW/m2以上が好ましく、600kW/m2以上がより好ましく、1000kW/m2以上がさらに好ましい。また、火炎の吹き飛び抑制の観点から、4500kW/m2以下が好ましく、4000kW/m2以下がより好ましく、3500kW/m2以下がさらに好ましい。このために、機器が必要とする燃焼範囲に対してこのような範囲を実現するに適した面積のバーナマットを設ければよい。 Combustion amount of vaporized liquid fuel per unit area of the burner mat, preferably 200 kW / m 2 or more in terms of combustion stability, and more preferably from 600 kW / m 2 or more, 1000 kW / m 2 or more is more preferable. Further, from the viewpoint of the flame blown off suppression, preferably 4500kW / m 2 or less, more preferably 4000 kW / m 2 or less, more preferably 3500kW / m 2 or less. For this purpose, a burner mat having an area suitable for realizing such a range with respect to the combustion range required by the device may be provided.

本発明のバーナは、特に小燃焼量のバーナに好適である。液体燃料を加熱面によって気化して燃焼させるタイプのバーナは小燃焼量のバーナに好適であり、特にバーナマットによる燃焼は小燃焼量でも安定して燃焼可能だからである。また、このような小燃焼量バーナにおいては特にコンパクトさに対する要求が強いからでもある。具体的には燃焼量の最大値が8.1kW(7000kcal/h)以下であるバーナにおいて、さらには5.8kW(5000kcal/h)以下であるバーナにおいて、本発明の効果が顕著である。   The burner of the present invention is particularly suitable for a burner with a small combustion amount. This is because a burner of a type in which liquid fuel is vaporized by a heating surface and burned is suitable for a burner with a small combustion amount, and particularly combustion with a burner mat can be stably burned even with a small combustion amount. This is also because there is a strong demand for compactness in such a small combustion amount burner. Specifically, the effect of the present invention is remarkable in a burner having a maximum combustion amount of 8.1 kW (7000 kcal / h) or less, and in a burner having a maximum value of 5.8 kW (5000 kcal / h) or less.

本発明のバーナを、燃料電池システム内の改質器に装着する場合、燃料電池の水素極オフガス(燃料電池の水素極すなわちアノードから排出される可燃性ガス)を有効に利用する観点から、バーナマットの下流に水素極オフガスを供給して燃焼させることが好ましい。水素極オフガスに着火後は、液体燃料、燃焼用空気および水素極オフガスの全てを供給し、液体燃料と水素極オフガスの両者を同時に燃焼させることもできる。例えば燃料電池システムの起動時には液体燃料を気化して燃焼させ、発電開始後は液体燃料の使用を減らして混焼したり、あるいは、液体燃料供給を停止して水素極オフガスのみを燃焼させることができる。   When the burner of the present invention is mounted on a reformer in a fuel cell system, the burner is effectively used from the viewpoint of effectively using the hydrogen electrode off-gas of the fuel cell (the hydrogen electrode of the fuel cell, ie, the combustible gas discharged from the anode). It is preferable to supply a hydrogen electrode off-gas downstream of the mat and burn it. After ignition of the hydrogen electrode off-gas, all of the liquid fuel, combustion air, and hydrogen electrode off-gas can be supplied to burn both the liquid fuel and the hydrogen electrode off-gas simultaneously. For example, liquid fuel can be vaporized and combusted at the start of the fuel cell system, and after the start of power generation, the use of liquid fuel can be reduced to co-firing, or the liquid fuel supply can be stopped to combust only the hydrogen off-gas. .

このような用途に好適な燃料改質用バーナの形態を図2に示す。このバーナの基本構成は図1に示したものと同様である。ただし、気化器ケーシング2下端の開口を覆う位置にバーナマット13が配置される。また、水素極オフガスは水素極オフガス入口18から供給され、後述する二次空気の流路の外側に設けられた環状断面の流路を通過し、水素極オフガスノズル18aからバーナマットの下流(火炎保持面側)に供給される。バーナが、水素極オフガスがバーナマット下流に形成される液体燃料の火炎により着火できる構造を有することが望ましいが、切換時の過剰なオフガス噴出により液体燃料が吹き消えることも有り得る。このため、水素極オフガスを液体燃料混合気に着火させるためのイグナイター19により着火できる位置に、水素極オフガスノズルが設置されることが望ましい。また、先述のように水素極オフガスは爆発混合気を形成しやすい水素を例えば20モル%から50モル%含むため、空気と予混合しない拡散燃焼が好ましいことから、バーナマット下流に水素極オフガスを直接噴出させる構造が好ましい。図2では、開口を覆う位置にバーナマットを気化器ケーシングに接して設けている。しかし、開口3の下方にバーナマットを設けることもできる。例えば、気化器ケーシング開口とバーナマットとの間に、混合気の流路を形成するための中空筒状の部材である延長筒を配置し、開口3を出たガスが、延長筒を通って、バーナマットに達するような構成でもよい。バーナマットは火炎が下方を向いて形成できるように略水平に設け、バーナマット上面から混合気が供給されるようにする。このように延長筒を設けることで、火炎と気化器(特には加熱面)との距離を容易に調整でき、加熱面の温度制御が容易になる場合もある。   A form of a fuel reforming burner suitable for such an application is shown in FIG. The basic structure of this burner is the same as that shown in FIG. However, the burner mat 13 is disposed at a position covering the lower end opening of the vaporizer casing 2. Further, the hydrogen electrode off-gas is supplied from the hydrogen electrode off-gas inlet 18 and passes through a flow passage having an annular cross section provided outside a flow passage of secondary air, which will be described later, and is downstream of the burner mat (flame) from the hydrogen electrode off-gas nozzle 18a. Supplied to the holding surface side). The burner preferably has a structure in which the hydrogen electrode off-gas can be ignited by the flame of the liquid fuel formed downstream of the burner mat, but the liquid fuel may be blown off by excessive off-gas injection at the time of switching. For this reason, it is desirable that the hydrogen electrode off gas nozzle be installed at a position where the hydrogen electrode off gas can be ignited by the igniter 19 for igniting the liquid fuel mixture. Further, as described above, since the hydrogen electrode off gas contains, for example, 20 mol% to 50 mol% of hydrogen that tends to form an explosive mixture, diffusion combustion without premixing with air is preferable. A structure for direct ejection is preferred. In FIG. 2, a burner mat is provided in contact with the vaporizer casing at a position covering the opening. However, a burner mat can be provided below the opening 3. For example, an extension cylinder, which is a hollow cylindrical member for forming a gas mixture flow path, is disposed between the vaporizer casing opening and the burner mat, and the gas exiting the opening 3 passes through the extension cylinder. Alternatively, the configuration may reach the burner mat. The burner mat is provided substantially horizontally so that the flame can be formed facing downward, and the air-fuel mixture is supplied from the upper surface of the burner mat. By providing the extension cylinder in this manner, the distance between the flame and the vaporizer (particularly the heating surface) can be easily adjusted, and the temperature control of the heating surface may be facilitated.

また、バーナマットの上流側には、バーナマットに供給される混合気の流れを整え、燃焼の均一化を図るための整流器12が設けられる。整流器においては、下方に向かうに従って水平方向の流路断面積が徐々に大きくなり、下端の開口部はバーナマットの形状と略同一になっている。整流器は全体として漏斗状の形状を有する。   Further, on the upstream side of the burner mat, a rectifier 12 is provided for adjusting the flow of the air-fuel mixture supplied to the burner mat and making the combustion uniform. In the rectifier, the horizontal cross-sectional area gradually increases toward the bottom, and the opening at the lower end is substantially the same as the shape of the burner mat. The rectifier has a funnel shape as a whole.

バーナマット下流側には、鉛直方向に延出した円筒状の保炎リング14が設けられる。保炎リングは、火炎安定性向上効果を有する。たとえば、水素極オフガスや後述する二次空気が直接バーナマットの火炎に吹き付けられ、火炎が吹き飛ぶといった現象を防止できる。さらに、保炎リングは気化器ケーシングに接して設けられているため、火炎によって保炎リングが熱せられ、その熱が気化器ケーシングに伝導して気化器ケーシングを加熱するという機能も有する。このため、保炎リングの大きさは必要とされる熱回収量によって大きさが決められる。   A cylindrical flame holding ring 14 extending in the vertical direction is provided on the downstream side of the burner mat. The flame holding ring has an effect of improving flame stability. For example, it is possible to prevent a phenomenon in which a hydrogen electrode off-gas or secondary air, which will be described later, is directly blown onto a flame of a burner mat and the flame is blown off. Further, since the flame holding ring is provided in contact with the vaporizer casing, the flame holding ring is heated by the flame, and the heat is conducted to the vaporizer casing to heat the vaporizer casing. For this reason, the size of the flame holding ring is determined by the amount of heat recovery required.

バーナマットは整流器と保炎リングに挟まれることになる。   The burner mat is sandwiched between the rectifier and the flame holding ring.

燃焼用空気は燃焼用空気供給管入口16から導入されて空気導入口4から気化器ケーシング内に供給される。これとは別に、二次空気が二次空気入口17から導入され、気化器ケーシングの外側に設けられた環状断面の流路を通って、二次空気ノズル17aからバーナマットの下流に供給され、完全燃焼を促進させる。   Combustion air is introduced from the combustion air supply pipe inlet 16 and supplied from the air inlet 4 into the carburetor casing. Separately, the secondary air is introduced from the secondary air inlet 17 and supplied to the downstream of the burner mat from the secondary air nozzle 17a through the annular cross-sectional flow path provided outside the vaporizer casing. Promotes complete combustion.

熱電対11は、電気ヒータの出力を操作して加熱面の温度を適切な範囲に制御するために気化器の温度を測定するためのものである。   The thermocouple 11 is for measuring the temperature of the vaporizer in order to control the temperature of the heating surface within an appropriate range by operating the output of the electric heater.

このようなバーナの使用方法としては、例えば、電気ヒータ6を作動させて加熱面を加熱し、空気を必要に応じてブロワなどの気体昇圧手段によって昇圧して燃焼用空気供給管入口16および二次空気入口17から供給し、加熱面が所定の温度になった後に、必要に応じて液体燃料をポンプなどの液体昇圧手段によって昇圧して液体燃料ノズル1から液体燃料を流下させるとともにイグナイター19などの着火手段を作動させればよい。水素極オフガスを燃焼させる際も必要に応じて水素極オフガスをブロワなどの気体昇圧手段によって昇圧して水素極オフガス入口18に供給することができる。   As a method of using such a burner, for example, the electric heater 6 is operated to heat the heating surface, and the air is boosted by a gas boosting means such as a blower as necessary, and the combustion air supply pipe inlets 16 and 2 are used. After supplying from the next air inlet 17 and the heating surface reaches a predetermined temperature, the liquid fuel is boosted by a liquid boosting means such as a pump as needed to cause the liquid fuel to flow down from the liquid fuel nozzle 1 and an igniter 19 or the like. The ignition means may be activated. When burning the hydrogen electrode off-gas, the hydrogen electrode off-gas can be boosted by a gas booster such as a blower and supplied to the hydrogen electrode off-gas inlet 18 as necessary.

〔改質器〕
図3に、このバーナ101を、燃料電池システムにおいて用いられる改質器102に装着した場合の例を示す。バーナは改質器の上部に取り付けられ、上方からアクセス可能とされる。
[Reformer]
FIG. 3 shows an example in which this burner 101 is attached to a reformer 102 used in a fuel cell system. The burner is attached to the top of the reformer and is accessible from above.

改質器は、水素製造用原料と水および/または酸素を反応させ、水素を含有する改質ガスを製造する装置である。この装置で水素製造用原料は主に水素と一酸化炭素に分解される。また、通常、二酸化炭素およびメタンも分解ガス中に含有される。分解反応の例としては水蒸気改質反応、自己熱改質反応を挙げることができる。水蒸気改質反応は大きな吸熱を伴い、このための熱を外部から供給するためにバーナなどが用いられる。自己熱改質反応でも場合によっては外部から熱を供給することもありうる。本発明のバーナは、このように外部から熱を供給する、いわゆる外熱式改質器に好適に用いることができる。改質器内部には、内部に水蒸気改質反応などの改質反応を促進できる触媒を収容した改質管102aなどが配置され、この改質管がバーナの燃焼熱によって加熱され、改質反応を進行させるための熱が供給される。   The reformer is an apparatus for producing a reformed gas containing hydrogen by reacting a raw material for hydrogen production with water and / or oxygen. In this apparatus, the raw material for hydrogen production is mainly decomposed into hydrogen and carbon monoxide. Usually, carbon dioxide and methane are also contained in the cracked gas. Examples of the decomposition reaction include a steam reforming reaction and an autothermal reforming reaction. The steam reforming reaction involves a large endotherm, and a burner or the like is used to supply heat for this purpose from the outside. Even in the autothermal reforming reaction, heat may be supplied from the outside in some cases. The burner of the present invention can be suitably used for a so-called external heat reformer that supplies heat from the outside as described above. Inside the reformer, a reforming tube 102a containing a catalyst capable of promoting a reforming reaction such as a steam reforming reaction is disposed inside, and this reforming tube is heated by the combustion heat of the burner, and the reforming reaction is performed. Heat is supplied to advance the process.

水素製造用原料としては、水蒸気改質法あるいは自己熱改質法により水素を含む改質ガスを得ることのできる物質から適宜選択して使用できる。例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類など分子中に炭素と水素を有する化合物を用いることがでる。工業用あるいは民生用に安価に入手できる好ましい例として、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、都市ガス、LPG(液化石油ガス)、ガソリン、灯油などを挙げることができる。なかでも灯油は工業用としても民生用としても入手容易であり、その取り扱いも容易なため、好ましい。バーナに供給する液体燃料と、水素製造用原料とは、異なっていても良いが、コンパクト化の観点からは、同じものを用いることが好ましい。これらのためのタンク等の貯蔵手段や、ポンプ等の供給系を兼用することが可能となるからである。   The raw material for hydrogen production can be appropriately selected from substances that can obtain a reformed gas containing hydrogen by a steam reforming method or an autothermal reforming method. For example, compounds having carbon and hydrogen in the molecule such as hydrocarbons, alcohols and ethers can be used. Preferable examples that can be obtained inexpensively for industrial use or consumer use include methanol, ethanol, dimethyl ether, city gas, LPG (liquefied petroleum gas), gasoline, kerosene and the like. Of these, kerosene is preferable because it is easily available for industrial use and consumer use, and is easy to handle. The liquid fuel supplied to the burner may be different from the raw material for hydrogen production, but the same one is preferably used from the viewpoint of compactness. This is because a storage means such as a tank for these and a supply system such as a pump can be used together.

水蒸気改質反応は水蒸気と炭化水素を反応させるものであるが、大きな吸熱を伴うため通常外部からの加熱が必要である。通常、ニッケル、コバルト、鉄、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、白金などのVIII族金属を代表例とする金属触媒の存在下反応が行われる。反応温度は450℃〜900℃、好ましくは500℃〜850℃、さらに好ましくは550℃〜800℃の範囲で行うことができる。反応系に導入するスチームの量は、水素製造用原料に含まれる炭素原子モル数に対する水分子モル数の比(スチーム/カーボン比)として定義され、この値は好ましくは0.5〜10、より好ましくは1〜7、さらに好ましくは2〜5とされる。水素製造用原料が液体の場合、この時の空間速度(LHSV)は水素製造用原料の液体状態での流速をA(L/h)、触媒層体積をB(L)とした場合A/Bで表すことができ、この値は好ましくは0.05〜20h-1、より好ましくは0.1〜10h-1、さらに好ましくは0.2〜5h-1の範囲で設定される。 The steam reforming reaction is a reaction between steam and hydrocarbons, but usually involves heating from the outside because it involves a large endotherm. Usually, the reaction is carried out in the presence of a metal catalyst typified by a Group VIII metal such as nickel, cobalt, iron, ruthenium, rhodium, iridium and platinum. The reaction temperature can be 450 ° C to 900 ° C, preferably 500 ° C to 850 ° C, more preferably 550 ° C to 800 ° C. The amount of steam introduced into the reaction system is defined as the ratio of the number of moles of water molecules to the number of moles of carbon atoms contained in the raw material for hydrogen production (steam / carbon ratio), and this value is preferably 0.5-10. Preferably it is 1-7, More preferably, it is 2-5. When the raw material for hydrogen production is liquid, the space velocity (LHSV) at this time is A / B when the flow rate in the liquid state of the raw material for hydrogen production is A (L / h) and the volume of the catalyst layer is B (L). This value is preferably set in the range of 0.05 to 20 h −1 , more preferably 0.1 to 10 h −1 , and still more preferably 0.2 to 5 h −1 .

自己熱改質反応は、水素製造用原料の一部を酸化しながら、この時発生する熱で水蒸気改質反応を進行させることで反応熱のバランスを取りつつ改質を行う方法であり、比較的立ち上げ時間も短く制御も容易であるため、近年燃料電池用の水素製造方法として注目されているものである。この場合にも通常、ニッケル、コバルト、鉄、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、白金などのVIII族金属を代表例とする金属触媒の存在下反応が行われる。反応系に導入するスチームの量は、スチーム/カーボン比として好ましくは0.3〜10、より好ましくは0.5〜5、さらに好ましくは1〜3とされる。   Autothermal reforming is a method of reforming while maintaining a balance of reaction heat by advancing the steam reforming reaction with the heat generated at this time while oxidizing part of the raw material for hydrogen production. In recent years, it has attracted attention as a method for producing hydrogen for fuel cells because it has a short start-up time and is easy to control. Also in this case, the reaction is usually carried out in the presence of a metal catalyst, typically a Group VIII metal such as nickel, cobalt, iron, ruthenium, rhodium, iridium and platinum. The amount of steam introduced into the reaction system is preferably 0.3 to 10, more preferably 0.5 to 5, and still more preferably 1 to 3 as a steam / carbon ratio.

自己熱改質ではスチームの他に酸素が原料に添加される。酸素源としては純酸素でも良いが多くの場合空気が使用される。通常水蒸気改質反応に伴う吸熱反応をバランスできる熱量を発生し得る程度の酸素を添加するが、熱のロスやバーナによる外部加熱量と関係において適宜添加量は決定される。その量は、水素製造用原料に含まれる炭素原子モル数に対する酸素分子モル数の比(酸素/カーボン比)として好ましくは0.05〜1、より好ましくは0.1〜0.75、さらに好ましくは0.2〜0.6とされる。自己熱改質反応の反応温度は水蒸気改質反応の場合と同様、450℃〜900℃、好ましくは500℃〜850℃、さらに好ましくは550℃〜800℃の範囲で設定される。水素製造用原料が液体の場合、この時の空間速度(LHSV)は、好ましくは0.1〜30、より好ましくは0.5〜20、さらに好ましくは1〜10の範囲で選ばれる。   In autothermal reforming, oxygen is added to the raw material in addition to steam. The oxygen source may be pure oxygen, but in many cases air is used. Usually, oxygen is added to such an extent that it can generate an amount of heat that can balance the endothermic reaction associated with the steam reforming reaction, but the amount added is appropriately determined in relation to heat loss and the amount of external heating by the burner. The amount is preferably from 0.05 to 1, more preferably from 0.1 to 0.75, even more preferably as the ratio of the number of moles of oxygen molecules to the number of moles of carbon atoms contained in the raw material for hydrogen production (oxygen / carbon ratio). Is set to 0.2 to 0.6. The reaction temperature of the autothermal reforming reaction is set in the range of 450 ° C. to 900 ° C., preferably 500 ° C. to 850 ° C., more preferably 550 ° C. to 800 ° C., as in the case of the steam reforming reaction. When the raw material for hydrogen production is liquid, the space velocity (LHSV) at this time is preferably selected in the range of 0.1 to 30, more preferably 0.5 to 20, and still more preferably 1 to 10.

反応温度を制御するには、例えば、反応領域の温度を熱電対などによって検知し、バーナに補助的に供給している液体燃料量を増減させる、燃焼用空気を増減させる、燃料電池での水素使用量を変化させて水素極オフガス中に含まれる水素量を増減させる等の手段を用いる。   To control the reaction temperature, for example, the temperature of the reaction region is detected by a thermocouple, etc., the amount of liquid fuel supplementarily supplied to the burner is increased, the combustion air is increased, the hydrogen in the fuel cell Means such as increasing or decreasing the amount of hydrogen contained in the hydrogen electrode off-gas by changing the amount used is used.

〔燃料電池システム〕
このバーナを備えた改質器を有する燃料電池システムの例につき、概要を図4に示す。燃料電池システムは、バーナ101、バーナの燃焼熱を利用して水蒸気改質反応を行う改質器102、および改質器によって得られた水素を含む改質ガスが水素極に供給される燃料電池103を有する。
[Fuel cell system]
An outline of an example of a fuel cell system having a reformer equipped with this burner is shown in FIG. The fuel cell system includes a burner 101, a reformer 102 that performs a steam reforming reaction using the combustion heat of the burner, and a fuel cell in which a reformed gas containing hydrogen obtained by the reformer is supplied to a hydrogen electrode. 103.

燃料電池103としては、水素極において水素が電極反応の反応物質であるタイプの燃料電池を適宜採用することができる。例えば、固体高分子形、燐酸形、溶融炭酸塩形、固体酸化物形の燃料電池を採用することができる。   As the fuel cell 103, a fuel cell of a type in which hydrogen is a reactant of electrode reaction at the hydrogen electrode can be appropriately employed. For example, a fuel cell of a solid polymer type, a phosphoric acid type, a molten carbonate type, or a solid oxide type can be employed.

例えば、固体高分子型燃料電池は水素極(アノード)103aおよび空気極(カソード)103cとこれらに挟まれる固体高分子電解質からなり、水素極側には改質ガス(水素含有ガス)が、空気極側には空気等の酸素含有ガスが、それぞれ必要であれば適当な加湿処理を行った後導入される。水素極から排出される水素極オフガスには可燃性成分が残存するため、水素極オフガスはバーナ101に供給されて燃焼される。   For example, a solid polymer fuel cell is composed of a hydrogen electrode (anode) 103a and an air electrode (cathode) 103c and a solid polymer electrolyte sandwiched between them, and a reformed gas (hydrogen-containing gas) is placed on the hydrogen electrode side. An oxygen-containing gas such as air is introduced to the pole side after appropriate humidification treatment if necessary. Since a combustible component remains in the hydrogen electrode off-gas discharged from the hydrogen electrode, the hydrogen electrode off-gas is supplied to the burner 101 and burned.

燃料電池システム起動時には、液体燃料を気化して燃焼用空気で燃焼させ、この熱を利用して改質器その他の機器を暖機することができる。起動を終えた後は、バーナにて水素極オフガスを燃焼させ、液体燃料は燃焼させなくてよい。場合によっては、水素極オフガスと液体燃料を同時に燃焼させることもできる。   When the fuel cell system is started, the liquid fuel is vaporized and burned with combustion air, and this heat can be used to warm up the reformer and other devices. After the start-up, the hydrogen off-gas is burned in the burner and the liquid fuel does not have to be burned. In some cases, the hydrogen electrode off-gas and the liquid fuel can be combusted simultaneously.

燃料電池システムにおいて用いることのできる各種機器は適宜設けることができる。例えば、改質器102と燃料電池103との間の改質ガスラインに、改質ガス中のCO濃度を低減するCO変成反応器、さらにCO濃度を低減する選択酸化反応器を設けることができる。また、改質器より上流に、水素製造用原料中の硫黄分の濃度を低減する脱硫器を設けることもできる。この他にも、燃料電池の空気極に空気等の酸素含有ガスを供給する手段、燃料電池に供給するガスを加湿するための水蒸気を発生する水蒸気発生器、燃料電池等の各種機器を冷却するための冷却系、各種流体を加圧するためのポンプ、圧縮機、ブロワなどの加圧手段、流体の流量を調節するため、あるいは流体の流れを遮断/切り替えるためのバルブ等の流量調節手段や流路遮断/切り替え手段、熱交換・熱回収を行うための熱交換器、液体を気化する気化器、気体を凝縮する凝縮器、スチームなどで各種機器を外熱する加熱/保温手段、各種流体の貯蔵手段、計装用の空気や電気系統、制御用の信号系統、制御装置、出力用や動力用の電気系統などを挙げることができる。   Various devices that can be used in the fuel cell system can be provided as appropriate. For example, a reforming gas line between the reformer 102 and the fuel cell 103 can be provided with a CO shift reactor that reduces the CO concentration in the reformed gas and a selective oxidation reactor that further reduces the CO concentration. . A desulfurizer that reduces the concentration of sulfur in the raw material for hydrogen production can also be provided upstream of the reformer. In addition to this, a means for supplying oxygen-containing gas such as air to the air electrode of the fuel cell, a steam generator for generating steam for humidifying the gas supplied to the fuel cell, and various devices such as the fuel cell are cooled. Cooling system, pressurizing means such as pumps, compressors and blowers for pressurizing various fluids, flow regulating means such as valves for regulating the flow rate of fluids, or shutting off / switching the flow of fluids Channel shut-off / switching means, heat exchanger for heat exchange / recovery, vaporizer for vaporizing liquid, condenser for condensing gas, heating / heat-retaining means for externally heating various devices with steam, etc. Examples include storage means, instrumentation air and electrical systems, control signal systems, control devices, and output and power electrical systems.

本発明のバーナは液体燃料を燃焼する場合において広く用いることができる。特に、省スペース性、コンパクト性に優れ、例えば、家庭用の給湯器や暖房器具に好適に利用でき、また自動車などの移動体用、あるいは小規模発電用の燃料電池システムに好適に利用できる。   The burner of the present invention can be widely used when burning liquid fuel. In particular, it is excellent in space saving and compactness, and can be suitably used for, for example, a domestic hot water heater and a heating appliance, and can be suitably used for a fuel cell system for a moving body such as an automobile or for small-scale power generation.

本発明の改質器用バーナは、省スペース性等に加えて水素極オフガスを効率的に利用可能であり、上記のような燃料電池システムに備わる改質器に好適に適用できる。   The reformer burner of the present invention can efficiently use the hydrogen electrode off-gas in addition to space saving and can be suitably applied to the reformer provided in the fuel cell system as described above.

本発明の改質器は、省スペース性、コンパクト性に優れ、上記のような燃料電池システムにおいて好適に利用できる。   The reformer of the present invention is excellent in space saving and compactness, and can be suitably used in the fuel cell system as described above.

本発明のバーナの一例を示す模式図であり、(a)は垂直断面図、(b)はA−A’矢視図である。It is a schematic diagram which shows an example of the burner of this invention, (a) is a vertical sectional view, (b) is an A-A 'arrow directional view. 本発明のバーナの別の例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows another example of the burner of this invention. 本発明のバーナを装着した改質器を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the reformer equipped with the burner of this invention. 本発明のバーナを装着した改質器を有する燃料電池システムの概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of the fuel cell system which has a reformer equipped with the burner of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 液体燃料ノズル
2 気化器ケーシング
3 気化器ケーシングの開口
4 空気導入口
5 加熱面
6 電気ヒータ
7 加熱面と気化器ケーシング側壁との間の空隙
8 気化器ケーシング凸部
11 熱電対
12 整流器
13 バーナマット
14 保炎リング
16 燃焼用空気供給管入口
17 二次空気入口
17a 二次空気ノズル
18 水素極オフガス入口
18a 水素極オフガスノズル
19 イグナイター
101 バーナ
102 改質器
102a 改質反応管
103 燃料電池
103a 水素極
103c 空気極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid fuel nozzle 2 Vaporizer casing 3 Vaporizer casing opening 4 Air inlet 5 Heating surface 6 Electric heater 7 The space | gap between a heating surface and a vaporizer casing side wall 8 Vaporizer casing convex part 11 Thermocouple 12 Rectifier 13 Burner Matt 14 Flame holding ring 16 Combustion air supply pipe inlet 17 Secondary air inlet 17a Secondary air nozzle 18 Hydrogen electrode off gas inlet 18a Hydrogen electrode off gas nozzle 19 Igniter 101 Burner 102 Reformer 102a Reforming reaction tube 103 Fuel cell 103a Hydrogen Pole 103c Air pole

Claims (9)

液体燃料を気化し、酸素含有ガスと混合して燃焼させるバーナにおいて、
酸素含有ガス導入口が設けられた、下端に開口を有するケーシング;
該ケーシング内に液体燃料を流下させるための液体燃料ノズル;および
該ケーシング内に設けられた、該流下された液体燃料を気化するための加熱面
を有する気化器を備えることを特徴とするバーナ。
In a burner where liquid fuel is vaporized and mixed with an oxygen-containing gas and burned,
A casing having an opening at the lower end provided with an oxygen-containing gas inlet;
A burner comprising: a liquid fuel nozzle for flowing liquid fuel into the casing; and a vaporizer provided in the casing and having a heating surface for vaporizing the flowed liquid fuel.
前記液体燃料ノズルは略鉛直下方に向けて設けられ、
前記加熱面は該液体燃料ノズルの下方に、略水平に設けられ、
該加熱面とケーシングとの間に空隙が設けられて、気化した燃料が前記開口に到達可能とされた請求項1記載のバーナ。
The liquid fuel nozzle is provided substantially vertically downward,
The heating surface is provided substantially horizontally below the liquid fuel nozzle,
The burner according to claim 1, wherein an air gap is provided between the heating surface and the casing so that vaporized fuel can reach the opening.
気化した液体燃料と酸素含有ガスとの混合ガスが流れる流路が、1回以上4回以下方向転換されている請求項1または2記載のバーナ。   The burner according to claim 1 or 2, wherein the flow path in which the mixed gas of the vaporized liquid fuel and the oxygen-containing gas flows is changed in the direction of 1 to 4 times. さらに、前記開口を覆う位置または該開口の下方に、該開口から導出される気化された液体燃料を燃焼させるためのバーナマットを備える請求項1〜3のいずれか一項記載のバーナ。 The burner according to any one of claims 1 to 3, further comprising a burner mat for burning the vaporized liquid fuel derived from the opening at a position covering the opening or below the opening. 前記バーナマットが、金属繊維の織布もしくは不織布からなる請求項4記載のバーナ。   The burner according to claim 4, wherein the burner mat is made of a woven or non-woven metal fiber. 前記バーナマットの単位面積あたりの液体燃料の燃焼量が200kW/m2以上4500kW/m2以下である請求項4または5記載のバーナ。 The burner according to claim 4 or 5, wherein a combustion amount of the liquid fuel per unit area of the burner mat is 200 kW / m 2 or more and 4500 kW / m 2 or less. 燃焼量が8.1kW以下である請求項1〜6のいずれか一項記載のバーナ。   The burner according to any one of claims 1 to 6, wherein the combustion amount is 8.1 kW or less. 燃料電池システムにおいて用いられる、水素製造用原料を改質して水素を含有する改質ガスを得る改質器に、液体燃料を気化し酸素含有ガスと混合して燃焼させて改質反応用の熱を供給するための改質器用バーナにおいて、
酸素含有ガス導入口が設けられた、下端に開口を有するケーシング;
該ケーシング内に液体燃料を流下させるための液体燃料ノズル;および
該ケーシング内に設けられた、該流下された液体燃料を気化するための加熱面
を有する気化器を備え、
前記開口を覆う位置または該開口の下方に、該開口から導出される気化された液体燃料を燃焼させるためのバーナマットを備え、
該バーナマットの下流に燃料電池の水素極オフガスを供給する水素極オフガスノズルを備える
ことを特徴とする改質器用バーナ。
A reformer used in a fuel cell system, which reforms a raw material for hydrogen production to obtain a reformed gas containing hydrogen, vaporizes liquid fuel, mixes it with an oxygen-containing gas, and burns it for reforming reaction. In the reformer burner for supplying heat,
A casing having an opening at the lower end provided with an oxygen-containing gas inlet;
A liquid fuel nozzle for flowing liquid fuel into the casing; and a vaporizer provided in the casing having a heating surface for vaporizing the flowed liquid fuel;
A burner mat for burning the vaporized liquid fuel derived from the opening at a position covering the opening or below the opening;
A reformer burner comprising a hydrogen electrode off-gas nozzle for supplying a hydrogen electrode off-gas of a fuel cell downstream of the burner mat.
水素製造用原料を改質して水素を含有する改質ガスを得る改質器であって、液体燃料を気化し、酸素含有ガスと混合して燃焼させて改質反応用の熱を供給するための改質器用バーナを備える改質器において、
該改質器用バーナが、
酸素含有ガス導入口が設けられた、下端に開口を有するケーシング;
該ケーシング内に液体燃料を流下させるための液体燃料ノズル;および
該ケーシング内に設けられた、該流下された液体燃料を気化するための加熱面
を有する気化器を備えることを特徴とする改質器。
A reformer that reforms a raw material for hydrogen production to obtain a reformed gas containing hydrogen, vaporizes liquid fuel, mixes it with an oxygen-containing gas, burns it, and supplies heat for the reforming reaction In a reformer comprising a reformer burner for
The reformer burner is
A casing having an opening at the lower end provided with an oxygen-containing gas inlet;
A reformer comprising: a liquid fuel nozzle for flowing liquid fuel into the casing; and a vaporizer provided in the casing and having a heating surface for vaporizing the flowed liquid fuel. vessel.
JP2003423140A 2003-12-19 2003-12-19 Burner and reformer Pending JP2005180812A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003423140A JP2005180812A (en) 2003-12-19 2003-12-19 Burner and reformer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003423140A JP2005180812A (en) 2003-12-19 2003-12-19 Burner and reformer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005180812A true JP2005180812A (en) 2005-07-07

Family

ID=34783768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003423140A Pending JP2005180812A (en) 2003-12-19 2003-12-19 Burner and reformer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005180812A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008170030A (en) * 2007-01-10 2008-07-24 Corona Corp Burner for reforming fuel
JP2010071522A (en) * 2008-09-17 2010-04-02 Corona Corp Burner for reforming fuel

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008170030A (en) * 2007-01-10 2008-07-24 Corona Corp Burner for reforming fuel
JP2010071522A (en) * 2008-09-17 2010-04-02 Corona Corp Burner for reforming fuel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8696772B2 (en) Steam reforming fuel processor, burner assembly, and methods of operating the same
CA2667692C (en) Catalytic system for converting liquid fuels into syngas
KR101102804B1 (en) Method of starting solid oxide fuel cell system
US8038748B2 (en) Hydrogen-producing fuel processing assemblies, heating assemblies, and methods of operating the same
US8557189B2 (en) Catalytic system for converting liquid fuels into syngas
US8444951B2 (en) Catalytic process and system for converting liquid fuels into syngas
US20050028445A1 (en) Method and system for catalytic gasification of liquid fuels
EP1516663A2 (en) Steam reformer with burner
EP3022791B1 (en) Fuel cell module
JP4366285B2 (en) Burner and fuel cell system
JP4617079B2 (en) Reformer burner and fuel cell system
JP4187710B2 (en) Burner and fuel cell system
JP2005180812A (en) Burner and reformer
US20130344409A1 (en) Multi-fuel combustor with swirl flame stabilization
JP2004286281A (en) Catalytic combustion burner and fuel cell system
JP4904879B2 (en) Vaporization burner for fuel processor
JP2010266160A (en) Combustion device
JP2006234268A (en) Burner for reformer
JP2006105482A (en) Burner and fuel cell system
JP2003166701A (en) Fuel heater, fuel treatment device using it, and starting method thereof
CA2511880C (en) Steam reforming fuel processor, burner assembly, and methods of operating the same
JP2008222508A (en) Reformer, method of reforming and fuel battery system
JP2002276909A (en) Burner
JP2017183226A (en) Startup combustor, and fuel cell system using startup combustor
JP2002220203A (en) Reformed gas production system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060627

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20071122

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071128

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080125

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080402