JP2009216301A - Burner for reforming fuel - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は燃料電池システム等に使用される燃料改質用バ−ナに関するものである。 The present invention relates to a fuel reforming burner used in a fuel cell system or the like.
従来よりこの種の燃料改質用バーナでは、液体燃料と燃焼用空気とを気化室内の気化壁に衝突させて気化した後、混合気通路を通り混合しながらバーナ部分へ供給されて、ここで完全燃焼させるものであった。(例えば、特許文献1参照。)
ところでこの従来のものでは、液体燃料を噴霧するノズルの内径が小さいと液体燃料の微細化は良好に行えるが、液体燃料の流路の圧力損失が大きくなってしまい、液体燃料を供給する装置側は能力の大きいものを選択しなければならず、コスト高を招いてしまうという問題点を有する。逆に、前記ノズルの内径が大きいと、今度はノズルから噴霧される液体燃料の微細化がうまく行われず、安定した燃焼を得られないという問題点を有するものであった。 By the way, in this conventional apparatus, if the inner diameter of the nozzle for spraying the liquid fuel is small, the liquid fuel can be finely miniaturized, but the pressure loss in the flow path of the liquid fuel becomes large, and the apparatus side for supplying the liquid fuel Has a problem that it is necessary to select one having a large capacity, resulting in high costs. On the contrary, if the inner diameter of the nozzle is large, the liquid fuel sprayed from the nozzle is not finely refined, and stable combustion cannot be obtained.
本発明は前記従来の課題を解決するものであり、液体燃料を噴霧するノズルの内径が大きい場合であっても液体燃料の微細化を良好に行え、安定した燃焼を得ることができる燃料改質用バーナを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and even when the inner diameter of a nozzle for spraying liquid fuel is large, the fuel reforming can be performed finely and the stable combustion can be obtained. The purpose is to provide a burner.
この発明は上記課題を解決する為、特に請求項1ではその構成を、改質器に改質反応用の熱を供給する燃料改質用バーナにおいて、前記バーナは加熱ヒータを備え液体燃料を気化し一次空気と予混合する予混合方式で、前記一次空気と燃料噴霧用のノズルからの液体燃料の噴霧とを受けて気化ガスを含む予混合気を生成する気化室と、前記気化室からの予混合気の気化及び混合を促進する気化混合室と、前記気化室と前記気化混合室とを連通し前記気化室で生成された予混合気を前記気化混合室の内側壁に向けて噴出させる噴出部を設け、さらに前記気化室の流入口にオリフィス部を設けると共に、該オリフィス部近傍に前記ノズルの先端部を配置するものとした。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is particularly configured in claim 1 in a fuel reforming burner for supplying heat for reforming reaction to a reformer. The burner is provided with a heater and vaporizes liquid fuel. A premixing system for premixing with primary air, and generating a premixed gas containing vaporized gas upon receiving the primary air and liquid fuel spray from a fuel spray nozzle; A vaporization and mixing chamber that promotes vaporization and mixing of the premixed gas, and the vaporized chamber and the vaporized and mixed chamber communicate with each other, and the premixed gas generated in the vaporized chamber is ejected toward the inner wall of the vaporized and mixed chamber. An ejection part is provided, an orifice part is provided at the inlet of the vaporization chamber, and a tip part of the nozzle is disposed in the vicinity of the orifice part.
また、請求項2では、前記オリフィス部は、前記気化室側に向かって先細り形状となる絞り部と、該絞り部と前記気化室とを連通する連通部とから成り、前記ノズルの先端部を前記絞り部に配置するものとした。 According to a second aspect of the present invention, the orifice portion includes a throttle portion that is tapered toward the vaporization chamber side, and a communication portion that communicates the throttle portion with the vaporization chamber. It shall be arrange | positioned at the said aperture_diaphragm | restriction part.
また、請求項3では、前記ノズルの先端部は、正面及び背面から先端に向かって鋭角にカットされ、両側面に防風壁を形成すると共に、該防風壁を先端に向かって鋭角にカットされた形状とし、さらに前記噴出部の軸線方向と前記防風壁の先端同士を結んでできる線方向とが略一致するように前記ノズルを配置するものとした。 According to a third aspect of the present invention, the tip of the nozzle is cut at an acute angle from the front and back to the tip, and windbreak walls are formed on both sides, and the windbreak is cut at an acute angle toward the tip. In addition, the nozzle is arranged so that the axial direction of the ejection portion and the linear direction formed by connecting the tips of the windbreak walls substantially coincide.
この発明の請求項1によれば、気化室の流入口にオリフィス部を設けると共に、オリフィス部近傍にノズルの先端部を配置したことで、ノズルから噴霧される液体燃料の微細化を良好に行うことができ、液体燃料の気化が促進され、安定した燃焼を得ることができるものである。 According to the first aspect of the present invention, the orifice portion is provided at the inlet of the vaporizing chamber, and the tip portion of the nozzle is disposed in the vicinity of the orifice portion, so that the liquid fuel sprayed from the nozzle is finely refined. Therefore, vaporization of the liquid fuel is promoted, and stable combustion can be obtained.
また、請求項2によれば、オリフィス部を気化室側に向かって先細り形状となる絞り部と連通部とで構成し、ノズルの先端部を絞り部に配置することで、燃焼用の一次空気をノズルの先端部に邪魔されることなく、且つ一次空気が流れる経路の圧力損失を大きくすることなくスムーズに気化室側に流すことができると共に、ノズルから噴霧される液体燃料の微細化を良好に行うことができ、安定した燃焼を得ることができるものである。 According to the second aspect of the present invention, the orifice part is composed of a throttle part and a communication part that are tapered toward the vaporization chamber side, and the tip part of the nozzle is arranged in the throttle part, thereby combusting primary air. Can be smoothly flown to the vaporizing chamber without being obstructed by the tip of the nozzle and without increasing the pressure loss of the path through which the primary air flows, and the liquid fuel sprayed from the nozzle can be finely atomized. And stable combustion can be obtained.
また、請求項3によれば、ノズルの先端部がノズルの先端に向かって鋭角にカットされているので、ノズルの先端部への燃焼空気の回り込みがなく、小火力燃焼時においても燃焼空気は鋭角にカットされたノズル先端に沿って勢い良く気化室側へ噴出でき、小火力燃焼時でも脈動燃焼は起こらず良好に燃焼するので、燃焼幅を広げることができ、燃料電池で使用するバーナとしては極めて使用勝手が良いものである。さらに、噴出部の軸線方向と防風壁の先端同士を結んでできる線方向とが略一致するようにノズルを配置したことにより、噴出部に向かう一次空気の送風力が直接液体燃料に作用して液体燃料が粒径の大きい油滴のまま気化室に送られることなく、液体燃料の気化が促進され、安定した燃焼を得ることができるものである。 According to the third aspect of the present invention, since the tip of the nozzle is cut at an acute angle toward the tip of the nozzle, there is no wraparound of the combustion air to the tip of the nozzle, and the combustion air is not burned even during small thermal power combustion. As the burner can be used in fuel cells, it can be ejected vigorously along the tip of the nozzle cut at an acute angle and burns well without pulsating combustion even during small thermal combustion. Is extremely easy to use. Furthermore, by arranging the nozzle so that the axial direction of the jet part and the line direction formed by connecting the tips of the windbreak walls substantially coincide with each other, the blowing force of the primary air toward the jet part directly acts on the liquid fuel. The liquid fuel is not sent to the vaporization chamber as oil droplets having a large particle size, but the vaporization of the liquid fuel is promoted and stable combustion can be obtained.
次に、本発明の燃料改質用バーナの一実施形態を図面に基づき説明する。
1はU字状の加熱ヒータ2を埋設した有底筒状のアルミダイキャスト製の気化器で、改質器(図示せず)が内蔵された筒体3の上部に下向きに取り付けられているものであり、この気化器1の側壁内で、加熱ヒータ2近傍の上部一側内には燃料噴霧用のノズル4と、燃焼用の一次空気供給路5とが上部に連通した小容積の気化室6を有し、この気化室6で前記一次空気と燃料噴霧用のノズル4からの液体燃料の噴霧とを受けて気化ガスを含む予混合気を生成し、気化室6からの予混合気の気化及び混合を促進する大容積の気化混合室7を気化室6の横に備え、この気化室6と気化混合室7を噴出部8で連通している。
Next, an embodiment of the fuel reforming burner of the present invention will be described with reference to the drawings.
Reference numeral 1 denotes a bottomed cylindrical aluminum die-cast vaporizer with a
さらに、この噴出部8は気化混合室7の内側壁に向かって略直角方向に形成され、気化室6で気化された気化ガス及び気化されなかった液体燃料を一次空気と共に気化混合室7内の内側壁に向けて噴出し、ここでもう一度気化促進を図り、完全に気化した気化ガスと一次空気とをこの気化混合室7で混合し、この混合気を気化混合室7下端で2段の炎孔9を形成した第1炎孔部10で燃焼させるもので、この気化器1と第1炎孔部10等で起動時や熱量の不足時に燃焼する補助燃焼部11を構成するものである。
Further, the
前記燃料噴霧用のノズル4は、外径3.2mmのステンレス管からなる送油管12の先端側を内径が0.7mmになるように絞り加工で細くして形成したもので、しかもその先端部13は正面及び背面から先端に向かって30度の鋭角にカットされ、両側面に三角形の防風壁14を形成すると共に、さらにこの防風壁14の先端をノズル4の先端に向かって30度の鋭角にカットされた形状としたことで、小火力燃焼時の燃焼空気のノズル4の先端部13への回り込みを防止して、油滴の発生をなくし脈動燃焼を阻止して燃焼幅を広げるようにできるものである。
The
前記気化室6の流入口には、一次空気供給路5からの一次空気とノズル4から噴霧される液体燃料とが通過する流路を狭めるオリフィス部15が設けられ、このオリフィス部15は、気化室6側に向かって先細り形状となる絞り部16と、絞り部16と気化室6とを連通する連通部17とから成り、ノズル4の先端部13をオリフィス部15の近傍に配置するようにしている。ここでは、ノズル4の先端部13をオリフィス部15を成す絞り部16に配置するようにしたことで、一次空気供給路5からの燃焼用の一次空気はノズル4の先端部13に邪魔されることなく、且つ一次空気が流れる経路の圧力損失を大きくすることなくスムーズに気化室6側に送られると共に、ノズル4の内径が大きい場合でも、ノズル4から噴霧される液体燃料の微細化を良好に行うことができ、安定した燃焼を得ることができるものである。
The inlet of the vaporizing
また、燃料噴霧用のノズル4の先端部13は、図6に示すように噴出部8の軸線方向Aと防風壁14の先端同士を結んでできる線方向Bとが略一致するようにノズル4を配置するようにしたものである。ここで、図7に示すように、噴出部8の軸線方向Aと防風壁14の先端同士を結んでできる線方向Bとが略直交するようにノズル4を配置すると、噴出部8側に流れようとする一次空気が、図5の正面図に示すようなノズル4の先端部13の大きく開口したカット面から直接液体燃料に作用して液体燃料が粒径の大きい油滴のまま気化室6に送られてしまい、一次空気に対して燃料過多により赤炎が発生し安定した燃焼を得ることができない。しかし、先に説明した図6に示すようにノズル4を配置したことにより、噴出部8に向かう一次空気の送風力が防風壁14により抑制され、直接液体燃料に作用して液体燃料が粒径の大きい油滴のまま気化室6に送られることなく、微細化した液体燃料が気化室6に送られ、気化が促進され安定した燃焼を得ることができるものである。
Further, as shown in FIG. 6, the
18は起動時に改質器からの改質ガス、また発電時に燃料電池スタック(図示せず)から排出される水素を含む可燃性のオフガスを燃焼させるオフガス燃焼部で、気化器1の気化室6と対向する側壁を貫通したオフガス供給管19と、該オフガス供給管19と連通し、前記第1炎孔部10の傾斜面のほぼ延長線上の傾斜面にオフガス用の炎孔20を形成した第2炎孔部21とで構成されたものである。
22は気化器1の他壁を貫通して形成された二次空気供給路で、気化器1の外周から流入してきた二次空気を、案内板23の案内によって第1炎孔部10及び第2炎孔部21に案内して二次燃焼させるものである。
24は気化器1底部に取り付けられ該気化器1の温度を検知する温度センサ、25は二次空気供給路22と対向する位置に取り付けられた点火電極である。
次にこの一実施形態の作動について説明する。
本燃料電池システムの起動時では、加熱ヒータ2に通電し、気化器1が加熱されて液体燃料の気化に適する所定の温度に達したことを温度センサ24が検知すると、ノズル4からの液体燃料及び一次空気供給路5から供給される一次空気が共に気化室6内に噴霧される。
Next, the operation of this embodiment will be described.
At the start of the fuel cell system, when the
この時、正面及び背面から先端に向かって30度の鋭角にカットされ、両側面に三角形の防風壁14を形成すると共に、さらにこの防風壁14の先端をノズル4の先端に向かって30度の鋭角にカットされた形状のノズル4の先端部13を、オリフィス部15を成す絞り部16に配置するようにしたことで、ノズル4の先端部13のカット面の角度と絞り部16の傾斜面の角度とが同じような角度となり、一次空気供給路5からの燃焼用の一次空気はノズル4の先端部13に邪魔されることなく、且つ一次空気が流れる経路の圧力損失を大きくすることなくスムーズに気化室6側に送られると共に、ノズル4から噴霧される液体燃料の微細化を良好に行うことができるものである。
At this time, it is cut at an acute angle of 30 degrees from the front and the back toward the tip, and a
さらに、図6に示すように噴出部8の軸線方向Aと防風壁14の先端同士を結んでできる線方向Bとが略一致するようにノズル4を配置するようにしたことにより、噴出部8に向かう一次空気の送風力が、図5の正面図に示すようなノズル4の先端部13の大きく開口したカット面から直接液体燃料に作用して液体燃料が粒径の大きい油滴のまま気化室6に送られることなく、微細化した液体燃料が気化室6に送られ、気化が促進されるものである。
Furthermore, as shown in FIG. 6, the
ここで、気化室6内に達した一次空気及び液体燃料は、一部は気化ガスとなるが、気化せず液体燃料のままのものも存在し、そして一次空気と一部気化した気化ガスは混合した状態で、噴出部8から気化混合室7の内側壁に向かって噴出される。
Here, the primary air and the liquid fuel that have reached the
また、気化室6内で十分に気化されない液体燃料も一次空気供給路5からの一次空気と一部気化して体積の増大したガスが噴出力で、噴出部8から気化混合室7の内側壁に向かって噴出され、内側壁に衝突して拡散しながら気化し、最終的には供給された液体燃料は全て気化ガスとなり、気化混合室7内を一次空気と良好に混合しながら第1炎孔部10まで流通し、炎孔9から噴出して点火電極25で点火された後、二次空気供給路22からの二次空気の供給も受けて、先ず補助燃焼部11が燃焼を開始し、この補助燃焼部11の燃焼熱は改質用の熱として改質器に全て供給される。
Further, the liquid fuel that is not sufficiently vaporized in the vaporizing
したがって、液体燃料を気化する部分を2箇所とし、しかも連続させることにより、液体燃料を確実に気化させることができ、バーナとしての寸法的や形状的な制約をクリアーすると共に、気化不良を防止して常に安定した燃焼を得ることができるものである。 Therefore, the liquid fuel can be vaporized surely by making the liquid fuel vaporized in two places, and the liquid fuel can be surely vaporized, clearing the dimensional and shape restrictions as a burner and preventing vaporization defects. Therefore, stable combustion can be always obtained.
また、噴出部8は気化混合室7の内側壁に向かって略直角方向に形成されているので、抵抗となることがなく、噴出がスムーズで噴出力が低下することもなく、さらに良好な液体燃料の気化を得ることができるものである。
Further, since the
次に、燃料電池システムの起動時に改質器からの改質ガス、または発電時に燃料電池スタックから排出される水素を含む可燃性のオフガスが、オフガス供給管19から第2炎孔部21に供給され、オフガス用の炎孔20から噴出することにより、補助燃焼部11の火炎で着火し供給されている二次空気を燃焼空気として、オフガス燃焼部18が拡散燃焼を開始するものであり、第2炎孔部21の炎孔20も第1炎孔部10の延長線上の傾斜面に形成されているので、リフト燃焼の防止は勿論、オフガスの噴出が中央に集中して、補助燃焼部11の燃焼時には点火電極25を使用することなく、確実な着火ができるものである。
Next, the reformed gas from the reformer at the start of the fuel cell system or the combustible off gas containing hydrogen discharged from the fuel cell stack at the time of power generation is supplied from the off
このオフガス燃焼部18の燃焼開始により、改質器への供給熱量が多くなり、改質用触媒(図示せず)が所定温度に達することで、補助燃焼部11の燃焼を一旦停止するものであり、また電力の使用量が増えてオフガス量が減少し、改質用触媒の温度が低下してきた場合には、再び補助燃焼部11を燃焼させるもので、改質触媒の温度に応じて補助燃焼部11の燃焼が制御されるものである。
When the off-
なお、起動時は加熱ヒータ2に通電して気化器1を加熱しているが、燃焼が開始されれば、この燃焼熱の一部をヒートバックして気化器1を加熱するので、加熱ヒータ2への通電は停止されるものである。
At the time of start-up, the
1 気化器
2 加熱ヒータ
4 ノズル
6 気化室
7 気化混合室
8 噴出部
13 ノズルの先端部
14 防風壁
15 オリフィス部
16 絞り部
17 連通部
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JP2006105480A (en) * | 2004-10-05 | 2006-04-20 | Nippon Oil Corp | Burner and fuel cell system |
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