JP2005226898A - Combustion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の水素生成器に用いる燃焼装置に関するものである。 The present invention relates to a combustion apparatus used for a hydrogen generator of a fuel cell.
従来のこの種の燃焼装置としては、外周壁にファンを介して燃焼用空気が供給される炎孔を有し、その内側に燃焼室を有したバーナヘッドと、燃焼室に二重管を使用して高カロリーガスと低カロリーガス(オフガス)を供給し、共通の炎孔を用いて燃焼可能に構成されている形態のものがある(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、前記従来技術では、燃料電池の水素生成器を加熱する時に、実際の使用状態を想定して、水素生成器の触媒層に窒素パージを行わないで、水蒸気の投入のみで加熱を続けると、触媒層の急激な温度上昇により、触媒層に炭素析出が生じ、触媒を損傷して長期間の使用に耐えられなくなる。そこで、燃焼装置を空気過剰の状態で運転し、その余剰空気により触媒層を冷却し、触媒層の急激な温度上昇を防止する方法を採用しようとすると、燃焼装置の空気過剰率が大きすぎて、火炎の保炎が不安定になり、多量の一酸化炭素が発生するという課題があった。 However, in the above prior art, when heating the hydrogen generator of the fuel cell, assuming that it is actually used, if the heating is continued only by adding steam without performing nitrogen purging on the catalyst layer of the hydrogen generator. The rapid temperature rise of the catalyst layer causes carbon deposition in the catalyst layer, which damages the catalyst and cannot withstand long-term use. Therefore, if the combustion device is operated in an excess air state and the catalyst layer is cooled by the excess air and an attempt is made to adopt a method for preventing a rapid temperature rise of the catalyst layer, the excess air ratio of the combustion device is too large. However, there is a problem that the flame holding becomes unstable and a large amount of carbon monoxide is generated.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、水素生成器の触媒層を冷却する時に空気過剰率が大きくなる場合でも、火炎の保炎を乱さずに一酸化炭素の発生も防止する燃焼装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and even when the excess air ratio becomes large when cooling the catalyst layer of the hydrogen generator, combustion that prevents the generation of carbon monoxide without disturbing the flame holding. An object is to provide an apparatus.
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃焼装置は、空気噴出部の上流側に設ける空気室と独立して外側空気室を設け、外側空気室の空気を流出させる空気流出部と、外側空気室に供給する空気を制御する空気制御器を備えたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the combustion apparatus of the present invention is provided with an outer air chamber independently of an air chamber provided on the upstream side of the air ejection portion, and an air outflow portion that causes the air in the outer air chamber to flow out, An air controller for controlling the air supplied to the outer air chamber is provided.
これによって、空気噴出部の空気室と独立した外側空気室から燃焼ガスを冷却する空気を供給するため、火炎を空気過剰状態としないで燃焼ガスだけを空気過剰状態にし、水素生成器の触媒層を冷却するようにしている。 Thus, in order to supply the air for cooling the combustion gas from the outer air chamber independent of the air chamber of the air ejection part, only the combustion gas is brought into an excess air state without setting the flame in an excess air state, and the catalyst layer of the hydrogen generator To cool down.
本発明の燃焼装置は、燃焼ガスを余剰の空気で希釈しても火炎の保炎を乱さずに一酸化炭素の発生を防止することができる。これによって、水素生成器の触媒層に窒素パージを行わずに水蒸気の投入のみで加熱を続ける時、良好な燃焼を維持しながら、且つ触媒層の急激な温度上昇による触媒層の炭素析出を防止し、触媒層の耐久性を向上することができる。 The combustion apparatus of the present invention can prevent the generation of carbon monoxide without disturbing the flame holding even if the combustion gas is diluted with excess air. This prevents carbon deposition in the catalyst layer due to rapid temperature rise of the catalyst layer while maintaining good combustion when continuing heating by simply introducing steam without purging the catalyst layer of the hydrogen generator In addition, the durability of the catalyst layer can be improved.
第1の発明は、燃料を周囲に噴出するディストリビュータと、ディストリビュータに向かって空気を噴出する空気噴出部と、空気噴出部とディストリビュータで囲むように形成した燃焼室と、空気噴出部の上流側に設ける空気室と、空気室と独立して設ける外側空気室と、外側空気室の空気を流出させる空気流出部と、外側空気室に供給する空気を制御する空気制御器とを備え、空気制御器は、外側空気室に供給した空気により燃焼ガスを冷却し、火炎を空気過剰状態としないで燃焼ガスだけを空気過剰状態にすると水素生成器の触媒層を冷却するようになり、また火炎の保炎を乱さずに一酸化炭素の発生も防止することができる。これによって水素生成器の触媒層に窒素パージを行わないで、水蒸気の投入のみで加熱を続ける時、良好な燃焼を維持しながら触媒層急激な温度上昇による触媒層の炭素析出を防止し、触媒層の耐久性を向上することができる。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a distributor for ejecting fuel to the surroundings, an air ejection section for ejecting air toward the distributor, a combustion chamber formed so as to be surrounded by the air ejection section and the distributor, and an upstream side of the air ejection section An air controller comprising: an air chamber to be provided; an outer air chamber provided independently of the air chamber; an air outflow portion for allowing the air in the outer air chamber to flow out; and an air controller for controlling the air supplied to the outer air chamber. If the combustion gas is cooled by the air supplied to the outer air chamber, and the combustion gas alone is brought into an excess air state without bringing the flame into an excess air state, the catalyst layer of the hydrogen generator is cooled, and the flame is maintained. Generation of carbon monoxide can be prevented without disturbing the flame. As a result, when the catalyst layer of the hydrogen generator is not purged with nitrogen, and heating is continued only by supplying steam, the catalyst layer is prevented from carbon deposition due to rapid temperature rise while maintaining good combustion, The durability of the layer can be improved.
第2の発明は、空気制御器は、炭化水素系原料の水蒸気改質反応により、水素を含む改質ガスを生成する水素生成器を加熱する時、外側空気室に空気を供給し空気流出部から流出する動作を行うことにより、その空気量により水素生成器の温度上昇をコントロールするようになり、水素生成器の加熱時に最適の温度に保ちながら加熱速度を制御し、改質用の触媒層を炭素析出から保護することができる。 In the second invention, when the air controller heats the hydrogen generator that generates the reformed gas containing hydrogen by the steam reforming reaction of the hydrocarbon-based raw material, the air controller supplies air to the outer air chamber. By performing the operation of flowing out of the hydrogen generator, the temperature rise of the hydrogen generator is controlled by the amount of air, and the heating rate is controlled while maintaining the optimum temperature when the hydrogen generator is heated, and the catalyst layer for reforming Can be protected from carbon deposition.
第3の発明は、空気制御器は、水素生成器が所定の温度に到達した時、外側空気室に供給する空気を停止する動作を行うことにより、燃焼ガスの冷却を停止し、余剰の空気の流入を停止するようになり、水素生成器の冷却による放熱損失を防止し、燃料ガスの消費を低減することができる。 According to a third aspect of the invention, the air controller stops the cooling of the combustion gas by performing an operation of stopping the air supplied to the outer air chamber when the hydrogen generator reaches a predetermined temperature. Inflow is stopped, heat loss due to cooling of the hydrogen generator can be prevented, and fuel gas consumption can be reduced.
第4の発明は、空気制御器は、燃料電池から排出されるオフガスを燃焼させる時に、外側空気室に供給する空気を停止する動作を行うことにより、燃焼ガスに余剰の空気が供給されないようになり、オフガス燃焼時に水素生成器の効率を向上することができる。 According to a fourth aspect of the invention, when the air controller burns off gas discharged from the fuel cell, the air controller stops the air supplied to the outer air chamber so that excess air is not supplied to the combustion gas. Thus, the efficiency of the hydrogen generator can be improved during off-gas combustion.
第5の発明は、空気制御器は、外側空気室に逆流防止のために空気を導入する動作を行うことにより、外側空気室を介して常時空気が流出するようになり、多量の空気が流出していない時でも高温の燃焼ガスが外側空気室に逆流することなく、構造体の熱による損傷を防止することができる。 In the fifth aspect of the invention, the air controller performs an operation of introducing air into the outer air chamber to prevent backflow, so that air always flows out through the outer air chamber, and a large amount of air flows out. Even when it is not, high temperature combustion gas does not flow back into the outer air chamber, and damage to the structure due to heat can be prevented.
第6の発明は、空気制御器は、燃焼装置の停止時に、外側空気室に空気を導入する動作を行うことにより、多量の空気が流入し水素生成器の触媒層を冷却するようになり、短時間で水素生成器の温度を低下し、安全を確保することができる。 In the sixth aspect of the invention, the air controller performs an operation of introducing air into the outer air chamber when the combustion device is stopped, so that a large amount of air flows and cools the catalyst layer of the hydrogen generator, The temperature of the hydrogen generator can be lowered and safety can be ensured in a short time.
第7の発明は、空気流出部は、燃焼室の外部に設けたことにより、燃焼室側に流入する余剰の空気を防止するようになり、火炎の保炎の乱れや冷却による一酸化炭素の発生を防止することができる。 According to the seventh aspect of the invention, the air outflow portion is provided outside the combustion chamber, so that excess air flowing into the combustion chamber side is prevented. Occurrence can be prevented.
第8の発明は、空気流出部は、複数個の透孔で構成したことにより、均一な空気の流れが水素生成器の触媒層に沿って流れるようになり、触媒層の冷却を加速し、触媒層の温度コントロールを精度良く行うことができる。 In the eighth aspect of the invention, the air outflow portion is constituted by a plurality of through holes, so that a uniform air flow flows along the catalyst layer of the hydrogen generator, and the cooling of the catalyst layer is accelerated. The temperature of the catalyst layer can be accurately controlled.
第9の発明は、空気流出部は、燃焼室の上方に設ける燃焼筒の内側に配置したことにより、空気は燃焼筒の内壁に沿って空気が流れ、燃焼ガスの流れを乱さないようになり、燃焼が完結した部分で空気と燃焼ガスが混合し、燃焼ガスの特性の悪化を防止することができる。 In the ninth aspect of the present invention, the air outflow portion is arranged inside the combustion cylinder provided above the combustion chamber, so that the air flows along the inner wall of the combustion cylinder and does not disturb the flow of the combustion gas. The air and the combustion gas are mixed in the part where the combustion is completed, and the deterioration of the characteristics of the combustion gas can be prevented.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Note that the present invention is not limited to the present embodiment.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1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、本発明の実施の形態1における燃焼装置の部分断面図である。また、図3は、本発明の実施の形態1における燃焼装置を下流側から見た構造図である。また、図4は、本発明の実施の形態1における燃焼装置の動作を示す図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a hydrogen generator used in a fuel cell device according to
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を水蒸気改質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。
1 and 2,
5は、燃焼装置で都市ガス6(またはLPG)や燃料電池から排出されるオフガス7(未反応水素ガス)、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の周囲から燃焼用の空気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。
5 is a combustion device that mixes city gas 6 (or LPG), off-gas 7 (unreacted hydrogen gas) discharged from the fuel cell, or
18は、空気11を供給する空気室で、空気室18は、その外側に隔壁19により独立した区画として外側空気室20を構成している。空気室18には、管状の送風通路21が、外側空気室20には、管状の外側送風通路22が連通している。送風通路21と外側送風通路22の端部には、空気制御器23が連結され、制御器24のコントロールにより外側送風通路22に導入する空気11のコントロールをおこなっている。
空気制御器23は、開閉によって外側送風通路22の送風の入り切りをおこなうダンパ25と、このダンパ25を駆動する駆動装置26とで構成されている。ダンパ25は、板面を回転させて外側送風通路22を開閉するか、あるいは板面を外側送風通路22の入り口に押し当てる構成で設けられている。駆動装置26はステッピングモータやソレノイドやモータと歯車、カム等を用いて、ダンパ25の動作を行うように構成されている。空気制御器23の上流には、送風手段27が設けられている。送風手段27は、空気11を供給する送風機で構成され、羽根車には高圧を出せるターボファンやラジアルファン等を用い、それをモータで回転させるようにしている。
The
28は、外側空気室20の端部に設けた複数個の透孔で構成する空気流出部で、この空気流出部28は、燃焼室15の外部に開口している。
29は、燃焼装置5によって生じる火炎12が触媒容器30に直接触れることを避け、さらに燃焼ガス31の流路を規定するための燃焼筒である。燃焼筒29の上部は、開口され(または複数個の透孔が上部に開口)、燃焼ガス31は、この開口より排出され、触媒容器30の周囲に沿って流れ、水素生成器1の外部に排出される。前記の空気流出部28は、燃焼筒29の内側に配置するように構成している。
32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32の周囲は、絶縁用の絶縁碍子33で被覆されている。絶縁碍子33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32の先端は、ディストリビュータ9の略中央に挿入通路34を設け、その挿入通路34から燃焼室15に臨むように挿入している。電極32の先端からディストリビュータ9の天板部分に火花放電が飛ぶように、位置決めをおこなっている。
35は、炎検知手段で、耐熱性のカンタル線やエスイット線でフレームロッドを構成している。炎検知手段35の周囲は、絶縁用の絶縁碍子36で被覆されている。絶縁碍子36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。炎検知手段35の先端は、燃焼室15に臨み、曲率をもって屈曲し、空気噴出部10の内壁に沿って、所定の間隙を有しながら、火炎12中に臨むように位置を決められている。炎検知手段35の装着は、空気噴出部10の上部に設ける燃焼筒29の内側下部から炎検知手段35の先端を延長している。制御器24の指示により、炎検知手段35に交流もしくは直流の電圧を印加して、火炎12中のイオン電流を検知している。炎検知手段35のデータは、電圧値または電流値として判定を行っている。また、燃焼装置5の一部よりグランド線37を引き出している。
Reference numeral 35 denotes a flame detection means, which constitutes a frame rod with a heat-resistant Kanthal wire or an sweat wire. The periphery of the flame detecting means 35 is covered with an insulating
38は、水素生成器1の外周に設けるアルミナ、シリカ等で形成する断熱層である。
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。
In FIG. 3, only the
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。 About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、図4(a)において、水素生成器1の触媒層3を冷却して、水素生成器1の温度コントロールを行う時は、送風手段27により供給され空気11は、制御器24の指示を受けた空気制御器23の駆動装置27がダンパ25を作動して外側送風通路22を開放するので、そこから外側空気室20に流入して空気流出部28から燃焼室15の外部に噴出される。また、常時開放されている送風通路21を介して空気11の一部が空気室18に流入して空気噴出孔14から燃焼室15に噴出される。
First, in FIG. 4A, when the temperature of the
この時、燃焼室15側では、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から供給された空気11とが衝突し混合する。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を加熱するようにしている。火炎12の燃焼状態は、炎検知手段35により、モニターされて、異常がなければ、燃焼を継続していく。
At this time, on the combustion chamber 15 side, the
また、燃焼室15の外部に設けた空気流出部28から噴出する空気流により、燃焼ガス31が希釈され、この温度が低下した燃焼ガス31が触媒容器30に沿って流れ、触媒層3の急激な温度上昇を防止するようにしている。
Further, the
図4(b)において、水素生成器1を起動する時、また、水素生成器1が所定の温度(水素生成器1内の触媒層3の炭素析出を防止ししながら、徐々に温度上昇を行った後の触媒層3の温度)に到達した時、また、燃料電池から排出されるオフガス7(未反応水素ガス)を燃焼する時は、送風手段27により供給され空気11は、制御器24の指示を受けた空気制御器23の駆動装置26がダンパ25を作動して外側送風通路22を閉止するので、外側空気室20の端部に設ける空気流出部28から燃焼室15の外部に噴出される空気11を停止する。また、常時開放されている送風通路21を介して空気11が空気室18に流入して空気噴出孔14から燃焼室15に噴出される。
In FIG. 4B, when the
この時、燃焼室15側では、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から供給された空気11とが衝突し混合する。この時、水素生成器1を起動する場合は、燃焼室15に臨ませた着火用の電極32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を加熱するようにしている。
At this time, on the combustion chamber 15 side, the
また、ディストリビュータ9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16や下部空気室20の下流に設けられた空気噴出孔14から供給される加速された空気11とが衝突するので、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を加熱するようにしている。
Moreover, accelerated
また、燃焼室15の外部に設けた空気流出部28から噴出する空気11を停止して、燃焼ガス31の温度低下を防止し、余剰の空気11により、水素生成器1の温度が低下しないようにしている。
In addition, the
以上のように、本実施の形態においては、燃料を周囲に噴出するディストリビュータ9と、ディストリビュータ9に向かって空気11を噴出する空気噴出部10と、空気噴出部10とディストリビュータ9で囲むように形成した燃焼室15と、空気噴出部10の上流側に設ける空気室18と、空気室18と独立して設ける外側空気室20と、外側空気室20の空気11を流出させる空気流出部28と、外側空気室20に供給する空気11を制御する空気制御器23を備え、空気制御器23は、外側空気室20に供給した空気11により、燃焼ガス31を冷却する動作を行わせたことにより、火炎12を空気過剰としないで燃焼ガス31だけを空気過剰状態にして水素生成器1の触媒層3を冷却するようになり、火炎12の保炎を乱さずに一酸化炭素の発生も防止するので、水素生成器1の触媒層3に窒素パージを行わないで、水蒸気の投入のみで加熱を続ける時に、良好な燃焼を維持しながら、急激な温度上昇による触媒層3の炭素析出を防止して、触媒層3の耐久性を向上することができる。
As mentioned above, in this Embodiment, it forms so that the
また、燃料ガス8と空気11が混合を促進するためにノズル13と最下段の空気噴出孔16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12は常に安定した保炎を得ることができる。
In addition, since the
また、下部空気噴出孔17を介して空気11をノズル13から噴出する燃料ガス8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8と空気11の混合をより良好にすることができる。この空気11は、単にガスの混合を良くするのみではなく、燃料ガス8の流量に対して空気11の流量が相対的に過剰に供給した場合でも火炎12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。
Further, since the
また、点火用の電極32の装着を簡素化するので、製造コストを低減できる。
Further, since the mounting of the
また、電極32とディストリビュータ9を一体化させるので、火花放電の大きさや位置を精度よく設定でき、燃料ガス8への着火を確実に行なうことができる。
Further, since the
また、都市ガス6(またはLPG)の燃焼量が変化してもテーパ状の空気噴出部10が構成する燃焼室15内に火炎12を収納させて、安定に燃焼を継続することができる。
Further, even if the amount of combustion of the city gas 6 (or LPG) changes, the
(実施の形態2)
図1は、本発明の実施の形態2における燃焼装置を示す断面図である。図1において、空気制御器23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を加熱する時に、外側空気室20に空気11を供給し、空気流出部28から流出する動作を行う構成としている。
(Embodiment 2)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a combustion apparatus according to
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。 About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、燃焼室15の外部に設けた空気流出部28から噴出する空気11により、燃焼ガス31が希釈され、この温度が低下した燃焼ガス31が触媒容器30に沿って流れ、触媒層3の急激な温度上昇を防止するようにしている。これにより、水素生成器1の起動時に最適の温度に保ちながら加熱速度を制御するようにしている。
First, the
以上のように、本実施の形態においては、空気流出部28の空気11により水素生成器1の温度上昇をコントロールすることにより、水素生成器1の水蒸気改質用の触媒層3を炭素析出から保護することができる。
As described above, in the present embodiment, the temperature of the
(実施の形態3)
図5は、本発明の実施の形態3における燃焼装置を示す部分断面図である。図5において、空気制御器23は、水素生成器1が所定の温度に到達した時に、外側空気室20に供給する空気11を停止する動作を行う構成としている。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a combustion apparatus according to
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。 About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、水素生成器1が所定の温度(水素生成器1内の触媒層3の炭素析出を防止ししながら、徐々に温度上昇を行った後の触媒層3の温度)に到達すると、燃焼室15の外部に設けた空気流出部28から噴出する空気11を停止して、燃焼ガス31の温度低下を防止し、余剰の空気11により、水素生成器1の温度が低下しないようにしている。
First, when the
以上のように、本実施の形態においては、燃焼ガス31の冷却を停止し、余剰の空気11の流入を停止するようになり、水素生成器1の冷却による放熱損失を防止し、燃料ガス8の消費を低減し、水素生成器1の改質効率を向上することができる。
As described above, in the present embodiment, the cooling of the
(実施の形態4)
図5は、本発明の実施の形態4における燃焼装置を示す部分断面図である。図5において、空気制御器23は、燃料電池から排出されるオフガス7を燃焼させる時に、外側空気室20に供給する空気11を停止する動作を行う構成としている。
(Embodiment 4)
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a combustion apparatus in
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。 About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、燃焼室15の外部に設けた空気流出部28から噴出する空気11を停止して、燃焼ガス31の温度低下を防止し、余剰の空気11により、水素生成器1の温度が低下しないようにしている。
First, the
以上のように、本実施の形態においては、燃焼ガス31の冷却を停止し、燃焼ガス31に余剰の空気が供給されないようになり、オフガス7の燃焼時に水素生成器1の冷却による放熱損失を防止し、オフガス7の燃焼を特性が良好な範囲で空気不足側に設定し、空気11の量を減少させ、水素生成器1の効率を向上することができる。
As described above, in the present embodiment, the cooling of the
(実施の形態5)
図6は、本発明の実施の形態5における燃焼装置を示す部分断面図である。図6において、空気制御器23は、外側空気室20に逆流防止のための空気11を導入するために、空気制御器23のダンパ25に複数個の透孔39を設け、ダンパ25を閉止しても空気11が外側空気室20に流入する動作を行う構成としている。
(Embodiment 5)
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a combustion apparatus according to
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。 About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、空気制御器23のダンパ25を閉止しても透孔39から少量の空気11(水素生成器1の触媒層3の温度を大きく低下させない程度の量)が外側空気室20に流入し、常時、空気流出部28から流出するようになり、多量の空気11が流出していない時でも高温の燃焼ガス31が外側空気室20に逆流することを防止している。
First, even if the
以上のように、本実施の形態においては、高温の燃焼ガス31が外側空気室20に逆流することがなくなることにより、外側空気室20およびその他の構造体の熱による損傷を防止することができる。
As described above, in the present embodiment, the high-
また、燃焼ガス31の外側空気室20への逆流を防止するので、火炎12の巻き込みによる燃焼特性の悪化を防止することができる。
Moreover, since the backflow of the
なお、ダンパ25に透孔39を設けるのではなく、ダンパ25を完全に閉止しないで、間隙を設けることにより、空気11を外側空気室20に供給して燃焼ガス31の逆流を防止することも可能である。
It is also possible to prevent the backflow of the
(実施の形態6)
図7は、本発明の実施の形態3における燃焼装置を示す部分断面図である。図6において、空気制御器23は、燃焼装置の停止時に、外側空気室20に空気11を導入する動作を行う構成としている。
(Embodiment 6)
FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a combustion apparatus according to
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。 About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、燃焼装置5の停止時に、空気制御器23により、外側空気室20に空気11を供給して空気流出孔28から流出するとともに、空気室18にも空気11を供給して空気噴出部10の空気噴出孔14の全体から空気11を燃焼室15に流入させ、多量の空気11が水素生成器1の触媒層3を冷却するようにしている。
First, when the
また送風手段27により、空気11の送風量も増加させ、燃焼装置5や水素生成器1の冷却を促進している。
In addition, the
以上のように、本実施の形態においては、多量の空気11で水素生成器1の触媒層3を冷却することにより、短時間で水素生成器1の温度を低下し、安全を確保することができる。
As described above, in the present embodiment, by cooling the
(実施の形態7)
図2は、本発明の実施の形態7における燃焼装置を示す部分断面図である。図2において、空気流出部28は、外側空気室20の端部の燃焼室15の外部に設けた構成としている。
(Embodiment 7)
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a combustion apparatus according to
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。 About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、外側空気室20に供給された空気11は、燃焼室15の外部に設けた空気流出部28から流出し、この空気11は、燃焼室15内に形成する火炎12に直接供給されないで、火炎12の下流側の燃焼が完結した燃焼ガス31に供給され、火炎12の保炎を乱さないで、燃焼ガス31を空気過剰状態にして水素生成器1の触媒層3を冷却するようになる。
First, the
以上のように、本実施の形態においては、燃焼室15側に流入する余剰の空気11を防止することにより、火炎12の保炎の乱れや冷却による一酸化炭素の発生を防止し、良好な燃焼を維持しながら水素生成器1の触媒層3を冷却することができる。
As described above, in the present embodiment, by preventing the
(実施の形態8)
図2は、本発明の実施の形態8における燃焼装置の部分断面図である。また、図8は、本発明の実施の形態8における燃焼装置を示す構造図である。図2、図8において、空気流出部23は、外側空気室20の端部に燃焼室15の外部に向けて、複数個の透孔で配列する構成としている。
(Embodiment 8)
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the combustion apparatus in the eighth embodiment of the present invention. FIG. 8 is a structural diagram showing a combustion apparatus according to
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。 About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、外側空気室20に供給された空気11は、複数個の透孔で構成された空気流出部28から均一化され、分散して、燃焼室15の外部から燃焼室15の上方に噴出し、その流れが、水素生成器の1触媒層3に沿って流れるようになり、触媒層3の冷却を加速するようになる。
First, the
また、空気11は、複数個の流れを形成することにより、燃焼ガス31に沿って流れる時に、空気11と燃焼ガス31の混合を促進するようになる。
In addition, the
以上のように、本実施の形態においては、空気流出部28により、均一な複数個の空気11の流れを形成することにより、水素生成器1の触媒層3に均一な空気11を沿わせることとなり、触媒層3の温度コントロールを精度良く行うことができ、また、空気11と燃焼ガス31の混合を促進して、均一な温度の燃焼ガス31を形成することができる。
As described above, in the present embodiment, the
(実施の形態9)
図1は、本発明の実施の形態9における水素生成器1の全体構成図を示すものである。
(Embodiment 9)
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a
図1において、空気流出部28は、燃焼室15の上方に設ける燃焼筒29の内側に配置する構成としている。
In FIG. 1, the
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。 About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、空気11は燃焼筒29の内壁に沿って流れ、上部の開口された部分から排出し、燃焼ガス31の流れを乱さないようにすることにより、燃焼が完結した部分で空気11と燃焼ガス31が混合するようにしている。
First, the
また、水素生成器1の触媒層3を長い距離に渡って冷却するようにしている。
Further, the
以上のように、本実施の形態においては、空気流出部28を燃焼筒29の内側に配置することにより、燃焼ガス31の流れを乱さないようにして燃焼ガス31の特性の悪化を防止すると共に、水素生成器1の触媒層3を長い距離に渡って均一に冷却するので冷却効果が向上する。
As described above, in the present embodiment, by disposing the
以上のように、本発明にかかる燃焼装置は、天然ガス等の炭化水素系の燃料である都市ガス(またはLPG)と燃料電池から排出される水素を多量に含んだオフガスに対して、水素生成器の加熱時における改質触媒層の炭素析出を防止して改質触媒層の耐久性を向上することが可能となるり、よって炭化水素系の原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成して発電する燃料電池等の用途にも適用できる。 As described above, the combustion apparatus according to the present invention generates hydrogen for off-gas containing a large amount of city gas (or LPG), which is a hydrocarbon fuel such as natural gas, and hydrogen discharged from the fuel cell. It is possible to improve the durability of the reforming catalyst layer by preventing carbon deposition of the reforming catalyst layer during the heating of the vessel, and thus the reformed gas containing hydrogen by the reforming reaction of the hydrocarbon-based raw material It can also be applied to uses such as fuel cells that generate electricity to generate electricity.
9 ディストリビュータ
10 空気噴出部
11 空気
15 燃焼室
18 空気室
20 外側空気室
24 空気制御器
28 空気流出部
29 燃焼筒
31 燃焼ガス
DESCRIPTION OF
Claims (9)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004034668A JP2005226898A (en) | 2004-02-12 | 2004-02-12 | Combustion device |
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Publications (2)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008001594A (en) * | 2007-08-09 | 2008-01-10 | Aisin Seiki Co Ltd | Method for stopping operation of reformer |
US8202333B2 (en) | 2006-03-27 | 2012-06-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of shutdown of reforming apparatus |
-
2004
- 2004-02-12 JP JP2004034668A patent/JP2005226898A/en active Pending
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JP2008001594A (en) * | 2007-08-09 | 2008-01-10 | Aisin Seiki Co Ltd | Method for stopping operation of reformer |
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