JP2006286279A - Combustion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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を行う燃料電池システム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。 The present invention relates to a combustion apparatus used for heating a hydrogen generator of a fuel cell system that generates power by generating a reformed gas containing hydrogen by a reforming reaction of a hydrocarbon-based raw material.
従来、この種の燃焼装置は、燃料電池発電装置の停止時に、燃料電池や燃料改質器等の諸機器における可燃性ガス系内に、水蒸気を流通して可燃性ガスをパージし、燃料改質器中の触媒層の出口温度が所定温度に低下した時点で、原料ガスを導入して前記系内の水蒸気をパージした後、前記系内を外気と遮断するが、この時に原料ガスを導入して前記系内の水蒸気をパージする際、前記系外に排出する原料ガス(可燃性ガスを含む)を燃焼させて排出するようにしている。(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、前記従来技術では、燃料電池システムの諸系路、例えば水素生成器(改質器)の水素発生系路や燃料電池のカソード(空気極)の系路やアノード(燃料極)の系路のパージを行うときは、パージガスやパージガスにより系路外に排出される成分の異なるガス体を安全に安定して燃焼できないという課題があった。 However, in the prior art, various paths of a fuel cell system, for example, a hydrogen generation path of a hydrogen generator (reformer), a cathode (air electrode) path, and an anode (fuel electrode) path of a fuel cell. When purging was performed, there was a problem that the purge gas or the gas bodies having different components discharged out of the system by the purge gas could not be burned safely and stably.
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、燃料電池システムの諸系路から排出されるパージガスやパージガスにより系路外に排出されたガス体を水素生成器の加熱用燃焼装置で、安定して燃焼させる構成を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and purge gas discharged from various paths of the fuel cell system and gas bodies discharged out of the path by the purge gas are stabilized by a combustion apparatus for heating a hydrogen generator. It is an object of the present invention to provide a structure for burning.
また、この構成により燃料電池システムの諸系路のパージガス排出処理が確実に行えるので、燃料電池システムの触媒層の劣化防止や水素雰囲気の解消による安全性の確保を行うことができる。 Also, with this configuration, the purge gas discharge processing of the various paths of the fuel cell system can be performed reliably, so that it is possible to prevent the catalyst layer of the fuel cell system from being deteriorated and to secure safety by eliminating the hydrogen atmosphere.
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃焼装置は、燃料を噴出するディストリビュータと、このディストリビュータの周囲に設け、燃料に空気を供給する空気噴出部と、この空気噴出部の周囲に設ける空気室と、この空気室に空気を供給する送風手段と、前記空気室の内部に隔壁により、空気噴出部の周囲に、空気室と仕切られた混合室と、この混合室の内部に燃料電池システムのパージガスまたはパージガスにより系路外に排出されるガス体を供給するためにその端部を開口して設けるパージガス管を備えたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, a combustion apparatus according to the present invention is provided around a distributor for ejecting fuel, an air ejection portion for supplying air to the fuel, and around the air ejection portion. An air chamber, a blowing means for supplying air to the air chamber, a partition inside the air chamber, a mixing chamber partitioned from the air chamber around the air ejection portion, and a fuel cell inside the mixing chamber In order to supply a purge gas of the system or a gas body discharged from the system path by the purge gas, a purge gas pipe provided with an open end is provided.
この燃焼装置によって、パージ管から供給されるパージガスまたはパージガスにより系路外に排出されるガス体を混合室内で均一に混合し、この混合気を空気噴出部から噴出して燃焼を可能にするものである。 With this combustion device, purge gas supplied from a purge pipe or a gas body discharged outside the system by a purge gas is uniformly mixed in a mixing chamber, and this mixture is jetted from an air jetting portion to enable combustion. It is.
本発明の燃焼装置は、燃料電池システムの諸経路から排出されるパージガスやパージガスにより系路外に排出されたガス体を安全に安定して燃焼させることができ、燃料電池システムの諸系路のパージガス排出処理が確実に行えるので、水素生成器の触媒層の劣化防止や水素雰囲気の解消による安全性の確保を行うことができる。 The combustion apparatus of the present invention can safely and stably burn purge gas discharged from various paths of the fuel cell system and gas bodies discharged out of the system path by the purge gas. Since the purge gas discharge process can be performed reliably, it is possible to prevent the deterioration of the catalyst layer of the hydrogen generator and to ensure safety by eliminating the hydrogen atmosphere.
第1の発明は、燃料を噴出するディストリビュータと、このディストリビュータの周囲に設け、燃料に空気を供給する空気噴出部と、この空気噴出部の周囲に設ける空気室と、この空気室に空気を供給する送風手段と、前記空気室の内部に隔壁により、空気噴出部の周囲に、空気室と仕切られた混合室と、この混合室の内部に燃料電池システムのパージガスを供給するためにその端部を開口して設けるパージガス管を備えたことにより、燃料電池システムの諸系路から排出されるパージガスやパージガスにより系路外に排出されたガス体をパージ管から供給し混合室内で均一に混合し、この混合気を空気噴出部から噴出してで、安定して燃焼させ、燃料電池システムの諸系路のパージガス排出処理が確実に行えるので、水素生成器の触媒層の劣化防止や水素雰囲気の解消による安全性の確保を行うことができる。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a distributor that ejects fuel, an air ejection section that is provided around the distributor and supplies air to the fuel, an air chamber that is disposed around the air ejection section, and air is supplied to the air chamber An air blowing means, a partition inside the air chamber, a mixing chamber partitioned from the air chamber around the air ejection portion, and an end portion for supplying the purge gas of the fuel cell system to the inside of the mixing chamber Since the purge gas pipe provided with an opening is provided, the purge gas discharged from the various paths of the fuel cell system and the gas body discharged out of the path by the purge gas are supplied from the purge pipe and mixed uniformly in the mixing chamber. Since the air-fuel mixture is jetted from the air jet section, it can be stably burned, and the purge gas discharge processing of the various paths of the fuel cell system can be reliably performed. It can be carried out to ensure the safety by eliminating the prevention or hydrogen atmosphere.
第2の発明は、特に、第1の発明の燃焼装置は、燃料電池システムに供給する水素を発生させる水素生成器の加熱用に用いたことにより、水素生成器の加熱用とバージガス排出処理用の燃焼装置を共通化できるので、構成も簡単になりコストダウンを図ることができる。 In the second invention, in particular, the combustion apparatus of the first invention is used for heating the hydrogen generator for generating hydrogen to be supplied to the fuel cell system, so that the hydrogen generator is heated and the barge gas is discharged. Since the combustion apparatus can be shared, the configuration is simplified and the cost can be reduced.
第3の発明は、特に、第1または第2の発明の燃焼装置は、パージガスは、燃料電池システムに水素を供給する水素生成器の原料ガスと同一にしたことにより、水素生成器の加熱用燃焼装置で定常の燃焼を行うのと同等の燃焼でパージガス排出処理が行えるので、構成も簡素化し、信頼性を高めることができる。 According to a third aspect of the invention, in particular, in the combustion apparatus of the first or second aspect of the invention, the purge gas is the same as the raw material gas of the hydrogen generator that supplies hydrogen to the fuel cell system. Since purge gas discharge processing can be performed with combustion equivalent to steady combustion with a combustion device, the configuration can be simplified and the reliability can be improved.
第4の発明は、特に、第1〜3のいずれか1つの発明の混合室は、隔壁に複数個の連通口を設け、空気室から空気を供給したことにより、混合室内に複数個の連通口から空気を分散して供給するので、パージガスと空気の混合を促進し濃度を均一に保ち、空気噴出部から噴出して、安定な燃焼を行うことができる。 In the fourth aspect of the invention, in particular, the mixing chamber of any one of the first to third aspects is provided with a plurality of communication ports in the partition wall, and air is supplied from the air chamber, so that a plurality of communication paths are provided in the mixing chamber. Since air is distributed and supplied from the mouth, mixing of purge gas and air is promoted, the concentration is kept uniform, and the gas is ejected from the air ejection part, so that stable combustion can be performed.
第5の発明は、特に、第1〜4のいずれか1つの発明のパージガス管は、その管内流速がパージガスの燃焼速度以上になるように構成したことにより、混合室内に逆火してもパージガス管内に逆火することが無く、燃料電池システムの諸系路、例えばカソード側の系路に逆火して燃料電池システムを損傷することを防止することができる。 According to the fifth aspect of the invention, in particular, the purge gas pipe of any one of the first to fourth aspects of the invention is configured so that the flow velocity in the pipe is equal to or higher than the combustion speed of the purge gas, so There is no backfire in the pipe, and it is possible to prevent the fuel cell system from being damaged by backfire on various paths of the fuel cell system, for example, the cathode side.
第6の発明は、特に、第1〜5のいずれか1つの発明のパージガス管は、混合室に臨ませる開口に複数個の孔を有するフタを設け、その孔の開口がパージガスの消炎距離以下の径または長さになるように構成したことにより、混合室内に逆火してもフタの複数個の孔に火炎が形成しないので、燃料電池システムの諸系路、例えばカソード側の系路に逆火して燃料電池システムを損傷することを防止することができる。 In the sixth invention, in particular, the purge gas pipe of any one of the first to fifth inventions is provided with a lid having a plurality of holes in the opening facing the mixing chamber, and the opening of the hole is equal to or less than the extinguishing distance of the purge gas. Since the flame is not formed in the plurality of holes of the lid even if backfired in the mixing chamber, the fuel cell system can be connected to various paths such as the cathode side. Backfire can be prevented from damaging the fuel cell system.
第7の発明は、特に、第1〜6のいずれか1つの発明のパージガス管は、その開口から混合室に流入するパージガスが空気噴出部から噴出するときに炎検知部に影響を与えないような位置に設けたことにより、パージガスの流れが火炎の一部を乱して火炎をリフトさせる部分を避けるので、炎検知部の誤動作を防止して、安定した燃焼状態を持続させパージガス排出処理を行うことができる。 In the seventh invention, in particular, the purge gas pipe of any one of the first to sixth inventions does not affect the flame detection unit when the purge gas flowing into the mixing chamber from the opening is ejected from the air ejection unit. Since the part where the purge gas flow disturbs part of the flame and lifts the flame is avoided, the flame detection part is prevented from malfunctioning and a stable combustion state is maintained to perform purge gas discharge processing. It can be carried out.
第8の発明は、特に、第1〜7のいずれか1つの発明のパージガス管は、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、カソード側のパージガスを混合室に供給し、空気噴出部から空気とともに噴出し、燃焼させたことにより、カソード(空気極)側から供給されるパージガスまたはパージガスと空気の混合気が混合室に供給され、空気と混合するだけなので、空気噴出部から噴出する混合気濃度は定常の燃焼よりも希薄で、ディストリビュータから噴出する燃料の燃焼を妨げることが無く、混合室内への逆火も防止することができ、安定したパージガス排出処理を行うことができる。 According to an eighth aspect of the invention, in particular, the purge gas pipe according to any one of the first to seventh aspects of the invention supplies the cathode-side purge gas to the mixing chamber at least before the start of power generation and after the end of power generation in the fuel cell system, By ejecting together with air from the air ejection section and burning it, the purge gas or mixture of purge gas and air supplied from the cathode (air electrode) side is supplied to the mixing chamber and only mixed with the air. The concentration of the air-fuel mixture ejected from the fuel is leaner than that of steady combustion, does not interfere with the combustion of fuel ejected from the distributor, can prevent backfire into the mixing chamber, and can perform stable purge gas discharge processing. it can.
第9の発明は、特に、第1〜8のいずれか1つの発明のディストリビュータは、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、アノード側のパージガスまたはパージオフガスを燃料とともに噴出し、燃焼させたことにより、パージガスまたはパージオフガスをディストリビュータから噴出させる燃料として使用できるので、水素生成器を加熱する時の動作と同等の燃焼でパージガス排出処理行い、構成を簡素化し、信頼性を高めることができる。 According to a ninth aspect of the invention, in particular, the distributor of any one of the first to eighth aspects of the present invention ejects the purge gas or purge off gas on the anode side together with the fuel at least before the start of power generation and after the end of power generation of the fuel cell system. By burning, purge gas or purge off gas can be used as fuel to be ejected from the distributor, so purge gas discharge processing is performed with combustion equivalent to the operation when heating the hydrogen generator, simplifying the configuration and improving reliability be able to.
第10の発明は、特に、第1〜9のいずれか1つの発明のディストリビュータは、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、水素生成器のパージガスまたはパージオフガスを燃料とともに噴出し、燃焼させたことにより、パージガスまたはパージオフガスをディストリビュータから噴出させる燃料として使用できるので、水素生成器を加熱する時の動作と同等の燃焼でパージガス排出処理行い、構成を簡素化し、信頼性を高めることができる。 According to a tenth aspect of the invention, in particular, the distributor according to any one of the first to ninth aspects of the present invention ejects the purge gas or purge off gas of the hydrogen generator together with the fuel at least before the start of power generation and after the end of power generation of the fuel cell system Since it can be used as a fuel for jetting purge gas or purge off gas from the distributor, the purge gas is discharged with the same combustion as when the hydrogen generator is heated, simplifying the configuration and improving reliability. Can be increased.
第11の発明は、特に、第1〜10のいずれか1つの発明のカソード側またはアノード側または水素生成器側のパージガスまたはパージオフガスを噴出し、燃焼させる時に、ディストリビュータから噴出する燃料と空気噴出部から供給する空気を用いて行う定常燃焼の空気比よりも空気過剰側に設定したことにより、カソード側のパージガスを空気噴出部から噴出した時やアノード側と水素生成器側のパージガスまたはパージオフガスをディストリビュータから噴出した時に定常燃焼の燃料の流量に追加されても空気量を増加させているので、安定した燃焼状態を実現し、パージガスまたはパージオフガスの増加分を吸収してパージガス排出処理を行い、信頼性を高めることができる。 In the eleventh aspect of the invention, in particular, when the purge gas or the purge-off gas on the cathode side, the anode side, or the hydrogen generator side of any one of the first to tenth inventions is jetted and burned, fuel and air jetted from the distributor When the purge gas on the cathode side is ejected from the air ejection section or the purge gas or purge off gas on the anode side and the hydrogen generator side is set to the excess air side of the air ratio of steady combustion performed using the air supplied from the section Even if it is added to the steady combustion fuel flow rate when it is ejected from the distributor, the amount of air is increased, so a stable combustion state is realized, and the purge gas discharge process is performed by absorbing the increase in purge gas or purge off gas , Can increase the reliability.
第12の発明は、特に、第1〜11のいずれか1つの発明のカソード側のパージガスとアノード側または水素生成器側のパージガスまたはパージオフガスの噴出が同時に起こらないようにパージガスまたはパージオフガスの供給を行ったことにより、カソード側のパージガスの燃焼による加熱量の増加とアノード側または水素生成器側のパージガスまたはパージオフガスの燃焼による加熱量の増加が同時に起こらないので、水素生成器の温度上昇を抑制して触媒層の劣化を防止することができる。 In the twelfth aspect of the invention, in particular, supply of the purge gas or purge-off gas so that the purge gas on the cathode side and the purge gas or purge-off gas on the anode side or hydrogen generator side of the invention of any one of the first to eleventh inventions do not occur simultaneously. As a result, the increase in the heating amount due to the combustion of the purge gas on the cathode side and the increase in the heating amount due to the combustion of the purge gas or purge off gas on the anode side or the hydrogen generator side do not occur at the same time. It can suppress and can prevent deterioration of a catalyst layer.
第13の発明は、特に、第1〜12のいずれか1つの発明のアノード側のパージガスは、水素生成器側の原料ガスの供給用流路を通過した後にアノード側に供給したことにより、アノード側と水素生成器側のパージガス排出処理を一連の動作で行うので、構成を簡素化でき、コストダウンを図ると共に信頼性を高めることができる。 In the thirteenth aspect of the invention, in particular, the anode-side purge gas of any one of the first to twelfth aspects of the invention is supplied to the anode side after passing through the flow path for supplying the source gas on the hydrogen generator side. Since the purge gas discharge processing on the side and the hydrogen generator side is performed in a series of operations, the configuration can be simplified, the cost can be reduced and the reliability can be improved.
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。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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiment.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における燃料電池システムに用いられる水素生成器の全体構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a hydrogen generator used in a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
また、図2は、本発明の第1の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図である。 FIG. 2 is a system path diagram of the combustion apparatus and the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention.
図1において、1は、都市ガス(またはLPG)を原料として燃料電池システムに供給する水素を生成する水素生成器であり、2は、脱硫装置(図示なし)で処理を行った後の都市ガス(またはLPG)等の炭化水素系の成分で形成した原料ガス、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。
In FIG. 1, 1 is a hydrogen generator that generates hydrogen to be supplied to a fuel cell system using city gas (or LPG) as a raw material, and 2 is a city gas after being processed in a desulfurization apparatus (not shown). (Or LPG) A
燃焼装置5は、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を混合して燃料とし、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。
18は、燃焼室15に空気11を供給する空気室で、空気室18は、空気噴出部10の周囲に設けられ、空気の流れの上流側に位置している。空気室18一部には、管状の送風通路19が連通している。送風通路19の他方には送風手段20が設けられている。送風手段20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、それを制御部21のコントロールのもとにモータで回転させるようにしている。
22は、燃焼装置5によって生じる火炎12が触媒容器23に直接触れることを避け、さらに燃焼ガス24の流路を規定するための燃焼筒である。燃焼ガス24は、触媒容器23の周囲に沿って流れ、水素生成器1の外部に排出される。
25は、ディストリビュータ9の中央に、ディストリビュータ9を貫通するように設ける挿入通路で、挿入通路25は、ディストリビュータ9とは、隔離して構成され、燃料ガス8が進入することはない。26は、挿入通路25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26の周囲は、絶縁用の絶縁碍子27で被覆されている。絶縁碍子27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26の先端は、燃焼室15に臨み、ディストリビュータ9の天板28に火花放電が飛ぶように、位置決めを行っている。
29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、火炎12の有無を検知している。炎検知手段29の周囲は、絶縁用の絶縁碍子30で被覆されている。絶縁碍子30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29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29の装着は、空気噴出部10の上部に設ける燃焼筒22の下部の一部を拡管して設ける空間31から炎検知手段29の先端を延長して、空気噴出部10の内壁に沿って臨ませている。制御部21の指示により、炎検知手段29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29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。
32は、混合室で、空気室18の内部に空気噴出部10の周囲を円筒状の隔壁33で覆うように構成している。隔壁33は、空気噴出部10と同じ耐熱材料(例えばステンレスのSUS310S等)で構成され、空気室18の内部を仕切る形で混合室を形成している。これにより空気噴出部10を中心にして、その外側に混合室32と隔壁33と空気室18が略同心円上に配置されている。隔壁33には、複数個の連通口34が設けられ、送風通路19から空気室18に供給される空気11を分散して混合室32に供給するようにしている。35は、パージガス管で、その先端が混合室32の内部に開口されている。パージガス管35は、耐熱材料(例えばステンレスのSUS310S等)で構成され、混合室32の底板部分に漏れのないように溶接され連結している。36は、都市ガス6(またはLPG)等で形成するパージガスである。パージガス管35内をパージガス36またはパージガス36と空気の混合体または空気が流通するようにしている。37は、燃料供給管で、ディストリビュータ9の上流に連結している。燃料供給管37には、燃料電池システムの起動時に使用する都市ガス6(またはLPG)等の炭化水素系の燃料ガス8と燃料電池システムの発電中に燃料電池から排出されるオフガス7(未反応水素ガス)を供給するようにしている。
図2において、燃焼装置5は、水素生成器1の下部に装着している。燃焼装置5のディストリビュータ9には、燃料供給管37が連結され、燃料供給管37の他方は、燃料電池38のアノード(燃料極)39側の出口40と連結している。
In FIG. 2, the
水素生成器1には、触媒容器23に充填された触媒層3に原料ガス2を供給する原料供給管41が連結され、この原料供給管41は、ポンプやブースターで構成する加圧手段42を介して家庭等のガス配管(図示なし)と連結している。燃料ガス8は、この原料供給管41を通り、水素生成器1を通過し、オフガス管43を介して燃料電池38のアノード39の入口44に供給される。ただし、水素生成器1の起動の加熱時は、燃料ガス8をアノード39に送るのではなく、オフガス管43の途中に設けた燃料入り弁45を介して連通管46から燃料供給管37に送るようにしている。この連通管46と燃料供給管37の結合部分とアノード39の出口40の途中に燃料出弁47を設けている。水素生成器1の温度が上昇し原料ガス2が触媒層3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に変化したときに、燃料入り弁45と燃料出弁47を切り替えて生成ガス4をアノード39の入口44に送るようにしている。
The
水素生成器1では、触媒層3を出た生成ガス4を変成部48と選択酸化部49を通過させて、CO濃度を低下させた後にアノード39に供給するようにしている。水素生成器1は、触媒層3とこの触媒層3を加熱する燃焼装置5と変成部48と選択酸化部49を一体化させて構成している。
In the
燃焼装置5の混合室32に開口されたパージガス管35の他方は、燃料電池38のカソード(空気極)50側の出口51と連結し、このカソード50の入口52には、送風機やポンプで構成されるカソード空気供給手段53が空気供給管54を介して連結されている。この空気供給管54の途中に空気入り弁55が設けられ、パージガス排出処理以外の時は、空気供給管54を介してカソード空気56をカソード50の入口52に供給するようにしている。
The other of the
発電を停止してカソード50をパージガス36aで置換するときは、原料供給管41から燃料弁57を介してカソードパージガス管58を空気入り弁55に結合し、空気入り弁55を切り替えてパージガス36aをカソード50内に導入する。カソード50の出口51に連結されたパージガス管35の途中に空気出弁59が設けられ、この空気出弁59の切替により、カソード50内からパージガス36aにより押し出されたカソード空気56やカソード空気56とパージガス36aの混合ガスがパージガス管35を通り混合室32に供給され、空気噴出部10から燃焼室15に噴出し、火炎12と共に燃焼するようにして、カソード50側のパージガス排出処理を行うようにしている。このパージガス排出処理を所定の時間行い、カソード50内がパージガス36aだけで充填された後に、空気出弁59の下流に設けた封止弁60と燃料弁57を閉止状態にしてカソード50側の系路をパージガス36aで封止するようにしている。発電を停止しないときは、カソード50の出口51からは、カソード空気56の残りと水蒸気の混合ガスが排出されるので、空気出弁59の切替により、パージガス管35にこの混合ガスが行かないようにして熱交換器(図示なし)の系路に向かうようにしている。
When power generation is stopped and the
また、カソード50の入口52に連結された空気供給管54と空気入り弁55の途中に置換空気供給管61を連結し、この置換空気供給管61の他方にはポンプやブースターで構成する置換空気供給手段62を設けている。置換空気供給手段62の下流側の置換空気供給管61の途中に置換空気弁63を設け、置換空気供給管63を閉止できるようにしている。
Further, a replacement air supply pipe 61 is connected in the middle of the
また、発電を停止してアノード39をパージガス36bで置換するときは、燃焼装置5の燃焼を停止し、送風手段20によりポストパージを行い、触媒層3の温度を約150℃に低下させた(触媒層3の炭素析出による劣化防止のため)後に、原料供給管41からパージガス36bを水素生成器1の触媒層3と変成部48と選択酸化部49に順次供給し、オフガス管43を介してアノード39の入口44からアノード39内に導入する。アノード39の出口40に連結された燃料供給管37を介して、アノード39内からパージガス36bにより押し出されたオフガス7やオフガス7とパージガス36bの混合ガスが燃料供給管37を通りディストリビュータ9に供給され、ノズル13から燃焼室15に噴出し、火炎12を形成し、燃焼するようにして、アノード39側のパージガス排出処理を行うようにしている。この時、燃料入り弁45と燃料出弁47を適宜切り替えている。このパージガス排出処理を所定の時間行い、アノード39内がパージガス36bだけで充填された後に、燃料入り弁45と燃料出弁47を閉止状態にしてアノード39側の系路をパージガス36bで封止するようにしている。
Further, when the power generation was stopped and the
また、水素生成器1の触媒層3と変成部48と選択酸化部49をパージガス36bで置換するときは、アノード39側のパージガス排出処理と合わせて行い、パージガス36bにより押し出されたオフガス7やオフガス7とパージガス36bの混合ガス(アノードオフガスと同じ)が燃料供給管37を通りディストリビュータ9に供給され、ノズル13から燃焼室15に噴出し、火炎12を形成し、燃焼するようにして、水素生成器1側のパージガス排出処理を行うようにしている。このパージガス排出処理を所定の時間行い、水素生成器1の触媒層3と変成部48と選択酸化部49内がパージガス36bだけで充填された後に、水素生成器1に連結した原料供給管41の水素生成器1の上流に設けた閉止弁64とディストリビュータ9に連結する燃料供給管37に設けたバーナ弁65を閉止状態にして水素生成器1側の系路をパージガス36bで封止するようにしている。
Further, when replacing the
燃料電池システムを起動するときは、カソード50側では、置換空気供給手段62を作動し、置換空気弁63を開放し置換空気供給管61から空気供給管54を介してカソード50の入口からカソード50内に置換空気66を供給し、カソード50内に充填されていたパージガス36bをカソード50の出口51からパージガス管35に押し出す。この時、封止弁60を開放し、パージガス36bや置換空気66とパージガス36bの混合ガスがパージガス管35を通り混合室32に供給され、空気噴出部10から燃焼室15に噴出し、火炎12と共に燃焼するようにして、カソード50側のパージガス排出処理を行うようにしている。このパージガス排出処理を所定の時間行い、カソード50内が置換空気66だけで充填された後に空気入り弁55を切り替えて、空気供給管54を介してカソード空気供給手段53によって供給されるカソード空気56をカソード50の入口52に供給するようにしている。
When starting the fuel cell system, on the
燃料電池システムを起動するときは、アノード39側では、水素生成器1の温度が所定の温度に上昇するまでは、パージガス36bで封止状態を維持している。水素生成器1側では、閉止弁64とバーナ弁65を開放してオフガス管43の途中に設けた燃料入り弁45を介して連通管46から燃料供給管37にパージガス36bを送るようにしている。原料供給管41からは、燃料ガス8(パージガス36bと同じ)を供給し、水素生成器1の触媒層3と変成部48と選択酸化部49をパージガス36bで置換するような形で燃焼装置5を燃焼させ、水素生成器1を加熱するようにして、パージガス排出処理を行うようにしている。
When the fuel cell system is started, the sealed state is maintained with the purge gas 36b on 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、燃焼装置5で水素生成器1を加熱する時は、制御部21により送風手段20を作動し、燃焼用の空気11を送風する。空気11は、送風ダクト19を通り空気室18に流入し、空気噴出部10の空気噴出孔14から燃焼室15に供給される。ここで、ディストリビュータ9のノズル13から燃焼速度や流量の異なる都市ガス6(またはLPGまたは炭化水素系燃料)の燃料ガス8を噴出すると、このディストリビュータ9から放射状に噴出された燃料ガス8と略対向する最下段の空気噴出孔16から供給された空気11とが衝突し混合する。この時、ディストリビュータ9の中央に、ディストリビュータ9を貫通するように設ける挿入通路25から燃焼室15に臨ませた電極26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、部分的な予混合の火炎12を生じて燃焼する。この燃焼により水素生成器1の触媒層3を加熱し、改質反応を促進し生成ガス4を発生させる。触媒層3を出た生成ガス4を変成部48と選択酸化部49を通過させて、CO濃度を低下させた後にアノード(燃料極)39に供給し、カソード(空気極)50との間で発電を行う。発電時は、水素生成器1から燃料電池システム(図示なし)に供給された生成ガス4の残りとして排出されるオフガス7(未反応水素ガス)を燃料供給管37を介して燃料ガス8として供給し、水素生成器1の触媒層3を加熱し、改質反応を促進していく。この時、炎検知手段29により火炎12が安定した燃焼状態を維持しているのかをモニターする。火炎12の燃焼ガス24は、水素生成器1から排気用の通路(図示なし)を介して燃料電池システムの外部に排出する。以上の燃焼が定常の燃焼である。パージガス排出処理を行うときは、この燃焼が種火となり、定常の燃焼の空気比(安定燃焼を維持するための所定の燃料ガス8(都市ガス6またはオフガス7等)に対する空気11の量の比率)を過剰に設定し、前もって空気11の量を増加させておく。
First, when the
発電を停止してカソード50をパージガス36aで置換するときは、燃料弁57を切り替えて、原料供給管41からカソードパージガス管58にパージガス36aを送り、空気入り弁55を切り替えてパージガス36aをカソード50内に導入する。空気出弁59を切り替えてカソード50内からパージガス36aにより押し出されたカソード空気56やカソード空気56とパージガス36aの混合ガスをパージガス管35に送り、混合室32に供給して空気噴出部10から燃焼室15に噴出し、火炎12と共に燃焼するようにして、カソード50側のパージガス排出処理を行う。このパージガス排出処理を所定の時間行い、カソード50内がパージガス36aだけで充填された後に封止弁60と燃料弁57を閉止状態にしてカソード50側の系路をパージガス36aで封止する。
When power generation is stopped and the
また、発電を停止してアノード39をパージガス36bで置換するときは、燃焼装置5の燃焼を停止し、送風手段20によりポストパージを行い、触媒層3の温度を約150℃に低下させた後に、原料供給管41からパージガス36bを水素生成器1の触媒層3と変成部48と選択酸化部49に順次供給し、オフガス管43を介してアノード39内に導入する。アノード39内からパージガス36bにより押し出されたオフガス7やオフガス7とパージガス36bの混合ガス(アノードオフガス)が燃料供給管37を通りディストリビュータ9に供給され、ノズル13から燃焼室15に噴出し、火炎12を形成し、アノード39側のパージガス排出処理を行う。このパージガス排出処理を所定の時間行い、アノード39内がパージガス36bだけで充填された後に、燃料入り弁45と燃料出弁47を閉止状態にしてアノード39側の系路をパージガス36bで封止するようにしている。
Further, when the power generation is stopped and the
また、水素生成器1の触媒層3と変成部48と選択酸化部49をパージガス36bで置換するときは、アノード39側のパージガス排出処理と合わせて行い、パージガス36bにより押し出されたオフガス7やオフガス7とパージガス36bの混合ガス(アノードオフガスと同じ)が燃料供給管37を通りディストリビュータ9に供給され、ノズル13から燃焼室15に噴出し、火炎12を形成し、燃焼するようにして、水素生成器1側のパージガス排出処理を行うようにしている。このパージガス排出処理を所定の時間行い、水素生成器1の触媒層3と変成部48と選択酸化部49内がパージガス36bだけで充填された後に、閉止弁64とバーナ弁65を閉止状態にして水素生成器1側の系路をパージガス36bで封止するようにしている。
Further, when replacing the
燃料電池システムを起動する時は、燃焼装置5で水素生成器1を加熱する前に置換空気供給手段62を作動し、置換空気弁63を開放し置換空気供給管61から空気供給管54を介してカソード50の入口からカソード50内に置換空気66を供給し、カソード50内に充填されていたパージガス36aをカソード50の出口51からパージガス管35に押し出す。この時、封止弁60を開放し、パージガス36aや置換空気66とパージガス36aの混合ガスがパージガス管35を通り混合室32に供給され、空気噴出部10から燃焼室15に噴出し、火炎12と共に燃焼するようにして、カソード50側のパージガス排出処理を行う。このパージガス排出処理を所定の時間行い、カソード50内が置換空気66だけで充填された後に空気入り弁55を切り替えて、空気供給管54を介してカソード空気供給手段53によって供給されるカソード空気56をカソード50の入口52に供給するようにしている。
When starting the fuel cell system, the replacement air supply means 62 is operated before the
燃料電池システムを起動するときは、アノード39側では、水素生成器1の温度が所定の温度に上昇するまでは、パージガス36bで封止状態を維持している。水素生成器1側では、閉止弁64とバーナ弁65を開放して、燃料入り弁45を介して連通管46から燃料供給管37にパージガス36bを送るようにしている。原料供給管41からは、燃料ガス8(パージガス36bと同じ)を供給し、水素生成器1の触媒層3と変成部48と選択酸化部49をパージガス36bで置換するような形で燃焼装置5を燃焼させ、水素生成器1を加熱するようにして、パージガス排出処理行うようにしている。
When the fuel cell system is started, the sealed state is maintained with the purge gas 36b on the
以上のように、本実施の形態においては、空気噴出部10の周囲に設けた混合室32にパージガス管35を介して燃料電池38のカソード50側のパージガス36aやパージガス36aとカソード空気56の混合ガスを供給して、燃焼室15内に形成した火炎12で燃焼できるので、パージガス36aを燃料電池システムの外部にそのまま可燃ガスとして放出することがなく、安全性の確保を行うことができる。
As described above, in the present embodiment, the purge gas 36 a on the
また、燃料電池38のアノード39側のパージガス36bやパージガス36bにより系路外に排出されるガス体をディストリビュータ9から燃料ガス8と同等に噴出して火炎12として燃焼できるので、パージガス36bやパージガス36bにより系路外に排出されるガス体を燃料電池システムの外部にそのまま可燃ガスとして放出することがなく、安全性の確保を行うことができる。
Further, since the gas body discharged outside the system path by the purge gas 36b or the purge gas 36b on the
また、水素生成器1側のパージガス36bやパージガス36bにより系路外に排出されるガス体をディストリビュータ9から燃料ガス8と同等に噴出して火炎12として燃焼できるので、パージガス36bやパージガス36bにより系路外に排出されるガス体を燃料電池システムの外部にそのまま可燃ガスとして放出することがなく、安全性の確保を行うことができる。
Further, since the gas body discharged out of the system path by the purge gas 36b and the purge gas 36b on the
また、カソード50側のパージガス36aやパージガス36aとカソード空気56の混合ガスを空気噴出部10側に供給して、そこで更に空気11で希釈する形となるので、空気噴出部10の上流側への逆火する条件を減少することができる。
Further, the purge gas 36a on the
また、空気室18と空気噴出部10の間に隔壁33を介して混合室32を形成し、混合室32にパージガス36a等を供給するので、混合室32に火炎12が逆火してもその周囲に空気室18が構成しているので、燃焼装置5外部への放熱を防止して安全性を確保することができる。
Further, since the mixing
また、水素生成器1の加熱用の燃焼装置5によりパージガス36a、bやパージガス36により系路外に排出されるガス体を燃焼できるので、パージガス排出処理のための構成を簡素化でき、コストダウンや信頼性を確保することを行うことができる。
In addition, since the purge gas 36a, b and the gas body discharged outside the system path by the
また、燃料電池システムの諸系路のパージガス排出処理が確実に行えるので、水素生成器1の触媒層3の劣化防止や水素雰囲気の解消による安全性の確保を行うことができる。
Further, the purge gas discharge process of the various paths of the fuel cell system can be performed reliably, so that the
また、燃焼装置5によりパージガス36a、bやパージガス36a、bにより系路外に排出されるガス体を良好な燃焼で処理できるので、きれいな排気ガス(不活性ガス)として排出することができる。
In addition, since the gas discharged from the system path by the purge gas 36a, b and the purge gas 36a, b by the
(実施の形態2)
図2は、本発明の第2の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図である。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a system diagram of the combustion apparatus and the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention.
図2において、燃焼装置5は、燃料電池システムに供給する生成ガス4を発生させる水素生成器1の加熱用に用いる構成にしている。
In FIG. 2, the
以上のように構成された燃焼装置5について、以下その動作、作用について説明する。
About the
燃料電池38のカソード(空気極)50のパージガス36a(都市ガス6やLPG等の炭化水素系燃料)やパージガス36aによりカソード50から排出されるカソード空気56やカソード空気56とパージガス36aの混合ガスをパージガス管35により燃焼装置5の混合室32に送り、空気噴出部10から空気11と共に噴出させて燃焼させる。燃料電池38のアノード(燃料極)39のパージガス36bやパージガス36bによりアノード39から排出されるオフガス7やオフガスとパージガス36bの混合ガスを燃焼装置5のディストリビュータ9に送り、燃料ガス8(都市ガス6やLPG等の炭化水素系燃料)と共に噴出するか燃料ガス8の替わりに噴出して火炎12を形成し燃焼させる。水素生成器1(触媒層3や変成部48や選択酸化部49を含む系路)のパージガス36bやパージガス36bによりアノード39から排出されるオフガス7やオフガスとパージガス36bの混合ガスを燃焼装置5のディストリビュータ9に送り、燃料ガス8(都市ガス6やLPG等の炭化水素系燃料)と共に噴出するか燃料ガス8の替わりに噴出して火炎12を形成し燃焼させる。
The purge gas 36a (hydrocarbon fuel such as
以上のように、本実施の形態においては、水素生成器1の加熱用の燃焼装置5でバージガス排出処理を行うことができるので、燃焼装置5を共通化でき、構成も簡単になりコストダウンを図ることができる。
As described above, in the present embodiment, since the barge gas discharge processing can be performed by the
また、カソード空気56が含まれるカソード50のパージガス排出処理において、パージガス36a等を空気噴出部10側に導入して空気11と混合して噴出するので、燃焼装置5の燃焼室15等の構成を変えることなく使用でき、安定した燃焼を行うことができる。
Further, in the purge gas discharge process of the
(実施の形態3)
図2は、本発明の第3の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図である。
(Embodiment 3)
FIG. 2 is a system diagram of the combustion apparatus and the fuel cell system according to the third embodiment of the present invention.
図2において、燃焼装置5は、パージガス36aを燃料電池システムに水素を供給する水素生成器1の原料ガス2を使用する構成にしている。
In FIG. 2, 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.
発電を停止してカソード50をパージガス36aで置換するときは、燃料弁57を切り替えて、原料供給管41からカソードパージガス管58にパージガス36aを送り、空気入り弁55を切り替えてパージガス36aをカソード50内に導入する。
When power generation is stopped and the
また、発電を停止してアノード39をパージガス36bで置換するときは、燃焼装置5の燃焼を停止し、送風手段20によりポストパージを行い、触媒層3の温度を約150℃に低下させた後に、原料供給管41からパージガス36bを水素生成器1の触媒層3と変成部48と選択酸化部49に順次供給し、オフガス管43を介してアノード39内に導入する。
Further, when the power generation is stopped and the
また、水素生成器1の触媒層3と変成部48と選択酸化部49をパージガス36bで置換するときは、アノード39側のパージガス排出処理と合わせて行い、原料供給管41からパージガス36bを水素生成器1の触媒層3と変成部48と選択酸化部49に順次供給する。
Further, when the
以上のように、本実施の形態においては、パージガス36aは、燃料電池システムに水素を供給する水素生成器1の原料ガス2と同一にしたことにより、水素生成器1の加熱用燃焼装置5で定常の燃焼を行うのと同等の燃焼でパージガス排出処理が行えるので、構成も簡素化し、コストダウンを実現し、信頼性を高めることができる。
As described above, in the present embodiment, the purge gas 36a is the same as the
また、原料ガス2をパージガス36aとして使用するので、窒素ガス等の不活性ガス用のボンベ設備やガスの供給の手間が省略され、パージガス36aの供給を簡便化することができる。
Further, since the
また、原料ガス2より、カソード39側のカソード空気56やアノード50側のオフガス7や水素生成器1側のオフガス7を系路外に排出するので、燃料電池システムの劣化防止や安全性の確保を行うことができる。
Further, since
(実施の形態4)
図1は、本発明の第4の実施の形態における燃焼装置5を示す断面図である。
(Embodiment 4)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a
また、図2は、本発明の第4の実施の形態における燃料電池システムの系路図である。 FIG. 2 is a system diagram of a fuel cell system according to the fourth embodiment of the present invention.
図1、図2において、混合室32は、隔壁33に複数個の連通口34を設け、空気室18から空気11を供給している。
In FIG. 1 and FIG. 2, the mixing
以上のように構成された燃焼装置5について、以下その動作、作用について説明する。
About the
発電を停止してカソード50をパージガス36aで置換するときは、原料供給管41からカソードパージガス管58にパージガス36aを送り、カソード50内からパージガス36aにより押し出されたカソード空気56やカソード空気56とパージガス36aの混合ガスをパージガス管35に送り、混合室32に供給して空気噴出部10から燃焼室15に噴出し、火炎12と共に燃焼するようにして、カソード50側のパージガス排出処理を行う。この時、混合室32には、隔壁33に設けた複数個の連通口34から送風手段20から供給される空気11が均一化されて流入し、混合室32内でパージガス36aやパージガス36aにより押し出される混合ガスと混合して、新たな混合気を形成して燃焼室15に噴出する。
When power generation is stopped and the
以上のように、本実施の形態においては、混合室32内に複数個の連通口34から空気11を分散して供給するので、パージガス36aやパージガス36aにより押し出される混合ガスと空気11の混合を促進し濃度を均一に保ち、空気噴出部から噴出して、安定な燃焼を行うことができる。
As described above, in the present embodiment, since the
また、カソード50側のパージガス36aやパージガス36aとカソード空気56の混合ガスを空気噴出部10側に供給して、そこで更に空気11で希釈する形となるので、空気噴出部10の上流側への逆火する条件を減少することができる。
Further, the purge gas 36a on the
また、混合室32は、隔壁33により空気室18と仕切られているので、空気室18には可燃ガスが流入せず、空気室18への逆火を防止し、外部への熱の放射も遮断でき、安全を確保することができる。
Further, since the mixing
(実施の形態5)
図2は、本発明の第5の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図である。
(Embodiment 5)
FIG. 2 is a system diagram of the combustion apparatus and the fuel cell system according to the fifth embodiment of the present invention.
図2において、パージガス管35は、その管内流速がパージガス36aの燃焼速度以上になるように構成している。
In FIG. 2, the
以上のように構成された燃焼装置5について、以下その動作、作用について説明する。
About the
発電を停止してカソード50をパージガス36aで置換するときは、原料供給管41からカソードパージガス管58にパージガス36aを送り、カソード50内からパージガス36aにより押し出されたカソード空気56やカソード空気56とパージガス36aの混合ガスをパージガス管35に送る。また、燃料電池システムを起動する時は、カソード50内に置換空気66を供給し、カソード50内に充填されていたパージガス36aをカソード50の出口51からパージガス管35に押し出す。この時、パージガス36aや置換空気66とパージガス36aの混合ガスがパージガス管35を通り混合室32に供給され、空気噴出部10から燃焼室15に噴出し、火炎12と共に燃焼するようにして、カソード50側のパージガス排出処理を行う。この時、パージガス管35内のパージガス36aの単体やパージガス36aの混合ガスの流速をパージガス36aの燃焼速度(例えば、パージガス36aは、原料ガス2を使用する場合は、都市ガス6であるならば、その主成分メタンの燃焼速度は約0.37m/sである)以上になるように、パージガス管36の内径の開口面積を構成している。これにより、パージガス管35内のパージガス36aに着火して燃焼するよりも速く、パージガス管35からパージガス36aが噴出して、パージガス管35内で燃焼できないようにしている。
When power generation is stopped and the
以上のように、本実施の形態においては、パージガス管35は、その管内流速がパージガス36aの燃焼速度以上になるように構成したことにより、混合室32内に逆火してもパージガス管35内に逆火することが無く、燃料電池システムの諸系路、例えばカソード50側の系路に逆火して燃料電池システムを損傷することを防止することができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、加圧手段42で供給する流量を一定に設定しておき、流量のすべてがパージガス36aの時の燃焼速度以上に合わせておけば、パージガス36aと空気56とパージガス36aの混合ガスの場合でも管内流速がパージガス36aの燃焼速度以上になるようにできるので、逆火を防止することができる。
Further, if the flow rate supplied by the pressurizing means 42 is set to be constant and all of the flow rate is set to be equal to or higher than the combustion speed at the time of the purge gas 36a, even in the case of the mixed gas of the purge gas 36a, the
なお、加圧手段42によりカソード50側の系路に供給されるパージガス36aの流量や系路の全体に充填されるパージガス量からも、流速が燃焼速度以上になるようにパージガス排出処理の時間を決めることも可能である。
The purge gas discharge processing time is set so that the flow rate is equal to or higher than the combustion speed based on the flow rate of the purge gas 36a supplied to the system path on the
(実施の形態6)
図2は、本発明の第6の実施の形態における燃料電池システムの系路図である。
(Embodiment 6)
FIG. 2 is a system diagram of a fuel cell system according to the sixth embodiment of the present invention.
また、図3(a)は、本発明の第6の実施の形態における燃焼装置5を示す断面図、図3(b)は燃焼室の上面図である。
FIG. 3A is a cross-sectional view showing the
図2、図3において、パージガス管35は、混合室32に臨ませる開口67に複数個の孔68を有するフタ69を設け、その孔の開口がパージガス36aの消炎距離以下の径または長さになるように構成している。フタ69は、パンチング板または金網または発泡金属、焼結金属、ポーラス状のセラミック等で構成している。
2 and 3, the
以上のように構成された燃焼装置5について、以下その動作、作用について説明する。
About the
発電を停止してカソード50をパージガス36aで置換するときは、原料供給管41からカソードパージガス管58にパージガス36aを送り、カソード50内からパージガス36aにより押し出されたカソード空気56やカソード空気56とパージガス36aの混合ガスをパージガス管35に送る。また、燃料電池システムを起動する時は、カソード50内に置換空気66を供給し、カソード50内に充填されていたパージガス36aをカソード50の出口51からパージガス管35に押し出す。この時、パージガス36aや置換空気66とパージガス36aの混合ガスがパージガス管35を通り混合室32に供給され、空気噴出部10から燃焼室15に噴出し、火炎12と共に燃焼するようにして、カソード50側のパージガス排出処理を行う。この時、パージガス管35の混合室32に臨ませる開口67にフタ69を設け、そのフタ69に孔68の開口がパージガス36aの消炎距離(例えば、パージガス36aは、原料ガス2を使用する場合は、都市ガス6であり、その主成分メタンの消炎距離は約2mmである)以下の径または長さになるように構成し、そこを通過するパージガス36aやカソード空気56とパージガス36aの混合ガスは、複数個の孔68では火炎が形成しないようにしている。
When power generation is stopped and the
以上のように、本実施の形態においては、パージガス管35は、混合室32に臨ませる開口67に複数個の孔68を有するフタ69を設け、その孔68の開口がパージガス36aの消炎距離以下の径または長さ(スキマ)になるように構成したことにより、混合室32内に逆火してもフタ69の複数個の孔68に火炎が形成しないので、パージガス管35を介して燃料電池システムの諸系路、例えばカソード50側の系路に逆火して燃料電池システムを損傷することを防止することができる。
As described above, in the present embodiment, the
(実施の形態7)
図4(a)は、本発明の第7の実施の形態における燃焼装置5を示す断面図、図4(b)は燃焼室の上面図である。
(Embodiment 7)
FIG. 4A is a cross-sectional view showing the
図4において、パージガス管35は、その開口67から混合室32に流入するパージガス36aが空気噴出部10から噴出するときに炎検知部29に影響を与えないような位置に設けている。
In FIG. 4, the
以上のように構成された燃焼装置5について、以下その動作、作用について説明する。
About the
パージガス36aやパージガス36aと空気の混合ガスがパージガス管35を通り混合室32に供給されると、混合室32に空気室18から流入する空気11の量によっては空気噴出部10から燃焼室15に噴出するパージガス36aの影響を受けて火炎12がリフトする(例えば、空気11が少ない場合は、パージガス36aが均一に混合しないで、空気噴出部10から噴出してしまう)ので、火炎12の一部が不安定な保炎となる。しかし、火炎12全体としては、良好な燃焼を維持するので、この火炎12の不安定な部分、例えばパージガス管35の直上の空気噴出部10に設けた空気噴出孔14の近傍を避けた位置に炎検知部29を設けて、火炎12の不安定な部分による誤動作を防止するようにしている。
When the purge gas 36 a or a mixed gas of the purge gas 36 a and air is supplied to the mixing
以上のように、本実施の形態においては、パージガス管35は、その開口67から混合室32に流入するパージガス36aが空気噴出部10から噴出するときに炎検知部29に影響を与えないような位置に設けたので、パージガス36aの流れが空気噴出部10に形成する火炎12の一部を乱してリフトする部分を避けるので、炎検知部29の誤動作を防止して、安定した燃焼状態を持続させパージガス排出処理を行うことができる。
As described above, in the present embodiment, the
なお、熱電対を用いて炎検知部29として構成するときは、例えば空気噴出部10の空気噴出孔14の一部を介して火炎12の温度を測定するときにパージガス管35の直上の空気噴出部10に設けた空気噴出孔14の近傍を避けた位置に設けて、火炎12の不安定によるばらつきを低減して誤動作を防止することも可能である。
When the
(実施の形態8)
図5は、本発明の第8の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図である。
(Embodiment 8)
FIG. 5 is a system diagram of the combustion apparatus and the fuel cell system according to the eighth embodiment of the present invention.
図5において、パージガス管35は、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、カソード50側のパージガス36aを混合室32に供給し、空気噴出部10から空気11とともに噴出し、火炎12により燃焼させている。
In FIG. 5, the
以上のように構成された燃焼装置5について、以下その動作、作用について説明する。
About the
発電終了後のカソード50をパージガス36aで置換するときは、燃料弁57を切り替えて、原料供給管41からカソードパージガス管58にパージガス36aを送り、空気入り弁55を切り替えてパージガス36aをカソード50内に導入する。空気出弁59を切り替えてカソード50内からパージガス36aにより押し出されたカソード空気56やカソード空気56とパージガス36aの混合ガスをパージガス管35に送り、混合室32に供給して空気噴出部10から燃焼室15に噴出し、火炎12と共に燃焼するようにして、パージガス排出処理を行う。このパージガス排出処理を所定の時間行い、カソード50内がパージガス36aだけで充填された後に封止弁60と燃料弁57を閉止状態にしてカソード50側の系路をパージガス36aで封止する。
When replacing the
発電開始前の燃料電池システムを起動するときは、カソード50側では、置換空気供給手段62を作動し、置換空気弁63を開放し置換空気供給管61から空気供給管54を介してカソード50の入口からカソード50内に置換空気66を供給し、カソード50内に充填されていたパージガス36aをカソード50の出口51からパージガス管35に押し出す。この時、封止弁60を開放し、パージガス36aや置換空気66とパージガス36aの混合ガスがパージガス管35を通り混合室32に供給され、空気噴出部10から燃焼室15に噴出し、火炎12と共に燃焼するようにして、パージガス排出処理を行うようにしている。このパージガス排出処理を所定の時間行い、カソード50内が置換空気66だけで充填された後に空気入り弁55を切り替えて、空気供給管54を介してカソード空気供給手段53によって供給されるカソード空気56をカソード50の入口52に供給するようにしている。
When starting the fuel cell system before the start of power generation, on the
以上のように、本実施の形態においては、パージガス管35は、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、カソード50側のパージガス36aを混合室32に供給し、空気噴出部10から空気11とともに噴出し、燃焼させたので、カソード(空気極)50側から供給されるパージガス36aまたはパージガス36aとカソード空気56(または置換空気66)の混合気が混合室32に供給され、空気11と混合するだけなので、空気噴出部10から噴出する混合気濃度は定常の燃焼よりも希薄で、ディストリビュータ9から噴出する燃料ガス8の燃焼を妨げることが無く、混合室32内への逆火も防止することができ、安定したパージガス排出処理を行うことができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、パージガス36aやカソード空気56とパージガス36aの混合ガスやパージガス36aや置換空気66とパージガス36aの混合ガスが混合室32に導入され、火炎12と共に燃焼できるので、発電停止時と燃料電池システムの起動時において、パージガス36aやその混合気等の成分が変化しても対応でき、構成が簡素化され信頼性を向上することができる。
Further, since the purge gas 36a, the mixed gas of the
また、カソード(空気極)50をパージガス36aでパージするので、カソード50の酸化による劣化を防止し、寿命を向上することがで来る。
Further, since the cathode (air electrode) 50 is purged with the purge gas 36a, it is possible to prevent deterioration of the
(実施の形態9)
図6は、本発明の第9の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図である。
(Embodiment 9)
FIG. 6 is a system diagram of the combustion apparatus and the fuel cell system according to the ninth embodiment of the present invention.
図6において、ディストリビュータ9は、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、アノード39側のパージガス36bまたはパージオフガス(パージオフガスは、オフガス7やパージガス36bとオフガス7の混合気で形成している)を燃料ガス8とともに噴出し、火炎12を形成して燃焼させている。
In FIG. 6, the
以上のように構成された燃焼装置5について、以下その動作、作用について説明する。
About the
発電終了後のアノード39をパージガス36bで置換するときは、燃焼装置5の燃焼を停止し、送風手段20によりポストパージを行い、触媒層3の温度を約150℃に低下させた後に、原料供給管41からパージガス36bを水素生成器1の触媒層3と変成部48と選択酸化部49に順次供給し、オフガス管43を介してアノード39内に導入する。アノード39内からパージガス36bにより押し出されたオフガス7やパージオフガスが燃料供給管37を通りディストリビュータ9に供給され、ノズル13から燃焼室15に噴出し、火炎12を形成しパージガス排出処理を行う。このパージガス排出処理を所定の時間行い、アノード39内がパージガス36bだけで充填された後に、燃料入り弁45と燃料出弁47を閉止状態にしてアノード39側の系路をパージガス36bで封止するようにしている。
When replacing the
発電開始前の燃料電池システムを起動するときは、アノード39側では、水素生成器1の温度が所定の温度に上昇するまでは、パージガス36bで封止状態を維持している。水素生成器1側では、閉止弁64とバーナ弁65を開放して、燃料入り弁45を介して連通管46から燃料供給管37にパージガス36bを送るようにしている。原料供給管41からは、燃料ガス8(パージガス36bと同じ)を供給し、水素生成器1の触媒層3と変成部48と選択酸化部49をパージガス36bで置換するような形で燃焼装置5を燃焼させ、水素生成器1を加熱するようにしている。
When starting the fuel cell system before the start of power generation, the sealed state is maintained with the purge gas 36b on the
以上のように、本実施の形態においては、ディストリビュータ9は、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、アノード39側のパージガス36bまたはパージオフガスを燃料ガス8とともに噴出し、燃焼させたことにより、パージガス36bまたはパージオフガスをディストリビュータ9から噴出させる燃料ガス8として使用できるので、水素生成器1を加熱する時の動作と同等の燃焼でパージガス排出処理行い、構成を簡素化し、信頼性を高めることができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、パージガス36bまたはパージオフガスは、可燃性の成分のため、火炎12は、定常の燃料ガス8の燃焼と同等の排ガス特性を得ることができる。
Further, since the purge gas 36b or the purge off gas is a combustible component, the
また、アノード(燃料極)50をパージガス36bでパージするので、水素が主体のオフガス7を排出できるので、爆発を防止して安全を確保することができる。
Further, since the anode (fuel electrode) 50 is purged with the purge gas 36b, the off
(実施の形態10)
図6は、本発明の第10の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路である。
(Embodiment 10)
FIG. 6 is a system path between the combustion apparatus and the fuel cell system according to the tenth embodiment of the present invention.
図6において、ディストリビュータ9は、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、水素生成器1のパージガス36bまたはパージオフガス(パージオフガスは、オフガス7やパージガス36bとオフガス7の混合気で形成している)を燃料ガス8とともに噴出し、火炎12を形成して燃焼させている。
In FIG. 6, the
以上のように構成された燃焼装置5について、以下その動作、作用について説明する。
About the
発電終了後の水素生成器1の触媒層3と変成部48と選択酸化部49をパージガス36bで置換するときは、アノード39側のパージガス排出処理と合わせて行い、パージガス36bにより押し出されたオフガス7やオフガス7とパージガスオフガス70が燃料供給管37を通りディストリビュータ9に供給され、ノズル13から燃焼室15に噴出し、火炎12を形成し、燃焼するようにして、パージガス排出処理を行う。このパージガス排出処理を所定の時間行い、水素生成器1の触媒層3と変成部48と選択酸化部49内がパージガス36bだけで充填された後に、閉止弁64とバーナ弁65を閉止状態にして水素生成器1側の系路をパージガス36bで封止するようにしている。
When replacing the
発電開始前の燃料電池システムを起動するときは、水素生成器1側では、閉止弁64とバーナ弁65を開放して、燃料入り弁45を介して連通管46から燃料供給管37にパージガス36bを送るようにしている。原料供給管41からは、燃料ガス8(パージガス36bと同じ)を供給し、水素生成器1の触媒層3と変成部48と選択酸化部49をパージガス36bで置換するような形で燃焼装置5を燃焼させ、水素生成器1を加熱するようにして、通常の水素生成器1の加熱と同じ動作を行うようにして、パージガス排出処理を行うようにしている。
When starting the fuel cell system before the start of power generation, on the
以上のように、本実施の形態においては、ディストリビュータ9は、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、水素生成器1のパージガス36bまたはパージオフガス70を燃料ガス8とともに噴出し、燃焼させたことにより、パージガス36bまたはパージオフガスをディストリビュータ9から噴出させる燃料ガス8として使用できるので、水素生成器1を加熱する時の動作と同等の燃焼でパージガス排出処理行い、構成を簡素化し、信頼性を高めることができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、水素生成器1側をパージガス36bでパージするので、水素が主体のオフガス7を排出できるので、爆発を防止して安全を確保することができる。
Further, since the
また、触媒層3や変成部48や選択酸化部49をパージガス36bでパージするので、触媒の劣化を防止して寿命を向上することができる。
Further, since the
(実施の形態11)
図2は、本発明の第11の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図である。
(Embodiment 11)
FIG. 2 is a system diagram of the combustion apparatus and the fuel cell system according to the eleventh embodiment of the present invention.
図2において、カソード50側またはアノード39側または水素生成器1側のパージガス36a、bまたはパージオフガスを噴出し、燃焼させる時に、定常のディストリビュータ9から噴出する燃料ガス8と空気噴出部10から供給する空気11を用いて行う燃焼の空気比よりも空気過剰側に設定している。
In FIG. 2, when the purge gas 36 a, b or purge off gas on the
以上のように構成された水素生成器1について、以下その動作、作用について説明する。
About the
パージガス排出処理を行う前は、ディストリビュータ9から噴出する燃料ガス8と空気噴出部10から供給する空気11で種火を形成し、定常の燃焼の空気比(安定燃焼を維持するための所定の燃料ガス8(都市ガス6またはオフガス7等)に対する空気11の量の比率)を過剰に設定し、前もって空気11の量を増加させておく。燃焼装置5では、空気過剰においてもCOが発生しない排ガス特性が良好な領域があり、送風手段20のばらつきを含めても良好な領域内に空気量の設定を行うようにしている。このような状態で、カソード50側またはアノード39側または水素生成器1側のパージガス36a、bまたはパージオフガスを噴出し、燃料ガス8に追加して燃焼量が増大しても、増加している空気11により、定常の燃焼に近い空気比になるので、安定した火炎12を持続して形成するようにしている。
Before performing the purge gas discharge process, a
以上のように、本実施の形態においては、定常のディストリビュータ9から噴出する燃料ガス8と空気噴出部10から供給する空気11を用いて行う燃焼の空気比よりも空気過剰側に設定して燃焼させたので、カソード50側のパージガス36aを空気噴出部10から噴出した時やアノード39側と水素生成器1側のパージガス36bまたはパージオフガスをディストリビュータ9から噴出した時に、燃料ガス8に追加されるパージガス36bまたはパージオフガスを定常燃焼の空気比に近い形で燃焼し、良好な排ガス特性を得て信頼性を高めることができる。
As described above, in the present embodiment, combustion is performed by setting the air ratio to the excess air side from the air ratio of combustion performed using the
また、空気過剰側に空気11の流量を増加させ、一定に保ち、そこにパージガス36a、bまたはパージオフガスの増加分を供給するので、燃料ガス8の増加に追随するような送風手段20の複雑な制御が必要でなく、コストダウンを行うことができる。
Further, since the flow rate of the
(実施の形態12)
図2は、本発明の第12の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図である。
(Embodiment 12)
FIG. 2 is a system diagram of the combustion apparatus and the fuel cell system according to the twelfth embodiment of the present invention.
図2において、カソード50側のパージガス36aとアノード39側または水素生成器1側のパージガス36bまたはパージオフガスの噴出が同時に起こらないようにパージガス36a、bまたはパージオフガスの供給を行ってパージガス排出処理を行うようにしている。
In FIG. 2, purge gas discharge processing is performed by supplying purge gas 36 a, b or purge off gas so that the purge gas 36 a on the
以上のように構成された水素生成器1について、以下その動作、作用について説明する。
About the
燃料電池システムの発電開始前および発電終了後のパージガス排出処理において、カソード50側のパージガス排出処理とアノード39側または水素生成器1側のパージガス排出処理の動作が、重ならないようにして、パージガス排出処理のための追加されるパージガス36a、bまたはパージオフガスにより、火炎12の燃焼量が増加して、水素生成器1の触媒層3の温度が急激に上昇しないようにしている。これにより、パージガス排出処理中において、触媒層3の温度をコントロールするようにしている。
In the purge gas discharge process before the start of power generation and after the end of power generation in the fuel cell system, the purge gas discharge process is performed so that the purge gas discharge process on the
以上のように、本実施の形態においては、カソード50側のパージガス36aの燃焼による加熱量の増加とアノード39側または水素生成器1側のパージガス36bまたはパージオフガス70の燃焼による加熱量の増加が同時に起こらないので、水素生成器1の温度上昇を抑制して触媒層3の炭素析出を防止して、劣化を防止することができる。
As described above, in the present embodiment, there is an increase in the heating amount due to the combustion of the purge gas 36a on the
(実施の形態13)
図2は、本発明の第13の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図である。
(Embodiment 13)
FIG. 2 is a system diagram of the combustion apparatus and the fuel cell system according to the thirteenth embodiment of the present invention.
図2において、アノード39側のパージガス36bは、水素生成器1側の原料ガス2の供給用の系路を通過した後にアノード39側に供給するようにしている。
In FIG. 2, the purge gas 36 b on the
以上のように構成された燃焼装置5について、以下その動作、作用について説明する。
About the
水素生成器1の触媒層3と変成部48と選択酸化部49をパージガス36bで置換するときは、アノード39側のパージガス排出処理と同じ系路を使用し、パージガス36bにより押し出されたオフガス7やパージオフガスが燃料供給管37を通りディストリビュータ9に供給され、ノズル13から燃焼室15に噴出し、火炎12を形成し、燃焼するようにして、パージガス排出処理を行うようにしている。
When the
燃料電池システムを起動するときは、アノード39側では、水素生成器1の温度が所定の温度に上昇するまでは、パージガス36bで封止状態を維持している。水素生成器1側では、連通管46から燃料供給管37にパージガス36bを送るようにしている。原料供給管41からは、燃料ガス8(パージガス36bと同じ)を供給し、水素生成器1の触媒層3と変成部48と選択酸化部49をパージガス36bで置換するような形で燃焼装置5を燃焼させ、水素生成器1を加熱するようにしている。
When the fuel cell system is started, the sealed state is maintained with the purge gas 36b on the
以上のように、本実施の形態においては、アノード39側と水素生成器1側のパージガス排出処理を一連の動作で行うので、構成を簡素化でき、コストダウンを図ると共に信頼性を高めることができる。
As described above, in the present embodiment, the purge gas discharge processing on the
なお、アノード39側と水素生成器1側が一連の系路で直列に構成しなくても独立した系路によりパージガス36bを供給することも可能である。
The purge gas 36b can be supplied by an independent system path even if the
以上のように、本発明にかかる燃焼装置5は、定常の燃焼状態の火炎12に他の可燃性のガスや空気を供給しても良好な燃焼を行うことができるので、排ガス再循環燃焼やごみ処理機の臭気防止等に適用することができる。
As described above, the
1 水素生成器
5 燃焼装置
8 燃料(燃料ガス)
9 ディストリビュータ
10 空気噴出部
11 空気
18 空気室
20 送風手段
29 炎検知手段(炎検知部)
32 混合室
33 隔壁
35 パージガス管
36a、b パージガス
38 燃料電池
39 アノード
50 カソード
67 開口
68 孔
69 フタ
1
DESCRIPTION OF
32
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