JP2011089754A - 液体燃料と低カロリー燃料の混合バーナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 未燃の可燃成分が排出されないようにする。
【解決手段】 低カロリー燃料供給管６と気化燃料供給部４を、バーナコア３中央部に上端側を突出させて取り付ける。低カロリー燃料供給管６の上端開口に、パンチ板製の円筒部材５２を取り付け、その上端側をクラウンタワー１２の上部内面に取り付ける。クラウンタワー１２と気化燃料供給部４の上端部外周面に、燃料噴出口１３と気化燃料噴出ノズル１４を、周方向に同位相で設ける。バーナコア３上に空気吹出し孔１１を備えたバーナコーン１０を設ける。低カロリー燃料供給管６の上端開口より供給されるアノードオフガス９は、円筒部材５２の周壁通過時に圧損を生じさせることで周方向に均等分散させ、クラウンタワー１２の各燃料噴出口１３から噴出されるアノードオフガス９と気化状態の追焚き燃料８の混合合流比を一定にして局所的な酸素不足を生じさせることなく燃焼させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体の低カロリー燃料を、灯油等の気化を必要とする液体燃料と混合して燃焼させるために用いる液体燃料との低カロリー燃料の混合バーナ装置に関するものである。

固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）では、アノード側に供給される改質ガス中の水素と、カソード側に供給される空気中の水素とを電気化学反応（燃料電池反応）させて、この際発生する起電力を取り出すようにしてある。しかし、上記固体高分子型燃料電池のアノードの出口より排出されるアノードオフガスには、未反応の水素等の可燃成分が残存している。

そのため、アノードオフガス中に残存している未反応の可燃成分の有効利用を図るために、上記アノードオフガスは、上記固体高分子型燃料電池用の燃料処理装置の改質器に付設されたバーナへ導いて燃焼させることで、該燃料処理装置の改質器にて吸熱反応である水蒸気改質反応を進行させるための熱源として利用されている。

なお、上記アノードオフガスは発熱量が小さい。そのために、上記燃料処理装置のバーナには、改質ガスの原料として用いる炭化水素等の燃料と同様の追焚き燃料を、必要に応じて供給し燃焼させることで、該燃料処理装置のバーナの燃焼を安定させると共に改質器で必要とされる所要の熱量を発生させることができるようにしてある。

又、燃料処理装置の起動時には、改質器を、水蒸気改質反応が進行する所要温度まで予め昇温させる必要があるが、この燃料処理装置の起動時は固体高分子型燃料電池の運転開始前であるため、固体高分子型燃料電池から上記燃料処理装置のバーナへのアノードオフガスの供給は行われない。よって、燃料処理装置の起動時は、該燃料処理装置のバーナへ上記追焚き燃料を起動用の燃料として供給して燃焼させるようにしてある。

ところで、近年、上記固体高分子型燃料電池で用いる改質ガスの原料として、灯油が用いられるようになってきた。この場合、上記燃料処理装置のバーナへ追焚き燃料として供給する燃料としても上記灯油を用いることになるが、灯油は、予め所要温度まで加熱して気化させることが必要とされる液体燃料である。そのため、上記灯油のような気化を必要とする液体燃料と上記アノードオフガスのような気体の低カロリー燃料とを混合して燃焼させるためのバーナ装置として、図５乃至図７に示す如き燃料処理装置用気化バーナ装置が従来提案されている。

上記図５乃至図７に示す気化バーナ装置は、上下方向に延びる円筒状として周壁の内部に上下方向の両端が閉塞された円筒形状のガス流路５を設けてなる気化燃料供給部（追焚き燃料供給管）４の上端部を除く外周に、径方向に所要の厚みを有する円筒ブロック状のバーナコア３を一体に設け、該バーナコア３の下端部が、真空断熱容器１の下端部のベースプレート２の中央部に貫通させて取り付けてある。

上記気化燃料供給部４の内側には、該気化燃料供給部４の内径よりも細い外径を備えた円筒状として上端を吐出側の開口としてある低カロリー燃料供給管（アノードオフガス供給管）６を、該気化燃料供給部４の上端よりもやや上方へ突出する位置から該気化燃料供給部４の下端位置よりも所要寸法下方へ突出する位置まで上下方向に延びるよう挿通させて配置してあり、且つ、上記気化燃料供給部４の上端部の内周面部のみを縮径させて、上記低カロリー燃料供給管６の上端部外周面に気密に取り付けてある。これにより、上記低カロリー燃料供給管６と上記気化燃料供給部４との間に、上端の閉塞された円筒状の空間部７を形成させて、該空間部７に存在する空気層により、上記気化燃料供給部４と低カロリー燃料供給管６との間の断熱を図ることで、液体燃料としての追焚き燃料８を所要温度に加熱して気化させた状態で上記気化燃料供給部４を流通させるときに、該気化状態の追焚き燃料８が上記低カロリー燃料供給管６を流通する気体の低カロリー燃料としてのアノードオフガス９との熱交換により冷却されて再液化する虞を未然に防止できるようにしてある。

上記バーナコア３の上側には、中空円筒状として周壁の周方向所要間隔個所に上下方向多段に空気吹出し孔１１を穿設してなるバーナコーン１０の下端部を一体に取り付けて、該バーナコア３の中央部上側に突出させてある上記気化燃料供給部４及び低カロリー燃料供給管６の上端部が、上記バーナコーン１０の内側に配置されるようにしてある。

更に、上記バーナコーン１０の中心部には、上方と周方向が閉塞された中空の略円筒形状あるいは略円錐台形状とし且つ周壁下部の周方向所要間隔の複数個所、たとえば、周方向６０度間隔の６個所に内外方向に貫通する燃料噴出口１３を設けてなるクラウンタワー１２を、上記低カロリー燃料供給管６及び気化燃料供給部４のバーナコーン１０内側への突出部分の上方を覆うように設ける。更に、上記クラウンタワー１２の内側に位置する上記気化燃料供給部４の上端部外周面には、所要数の気化燃料噴出ノズル１４が、上記クラウンタワー１２の各燃料噴出口１３に個別に臨むよう周方向の位相を一致させて設けてある。

なお、上記気化燃料供給部４の気化燃料噴出ノズル１４、及び、上記クラウンタワー１２の燃料噴出口１３の周方向の配置は、図７に示すように、上記バーナコーン１０の各空気吹出し孔１１とは周方向の位相をずらして設けるようにしてある。これにより、上記バーナコーン１０と上記クラウンタワー１２との間に形成される環状の燃焼ゾーン１６において、上記クラウンタワー１２の各燃料噴出口１３より外周へ噴出される追焚き燃料８やアノードオフガス９を、上記バーナコーン１０の各空気吹出し孔１１を通して吹き込む空気１５により燃焼させることができるようにしてあり、この際、図７に二点鎖線で示すように、該バーナコーン１０の各空気吹出し孔１１と対応する位置に該各空気吹出し孔１１より吹き込まれる空気１５に沿って形成される火炎５１を安定させるために、上記バーナコーン１０の各空気吹出し孔１１の周方向の間隔を調整しておくことで、周方向に隣接する各空気吹出し孔１１に対応して形成される周方向に隣接した各火炎５１同士の間に、上記追焚き燃料８やアノードオフガス９が存在する最適な保炎スペース（空間）１６ａを設けるようにしてある。

上記バーナコア３より下方に突出している上記低カロリー燃料供給管６の下端部には、図示しない燃料電池のアノード出口より排出される気体の低カロリー燃料であるアノードオフガス９を導くアノードオフガス配管１８が、ドレンチャンバ１７を介して接続してある。

上記気化燃料供給部４へ追焚き燃料８を予め所要温度まで加熱して気化させた状態で供給できるようにするための燃料気化管１９は、中間部を上記バーナコーン１０及びバーナコア３の外径よりも大きな直径の螺旋巻付け形状として上記バーナコーン１０及びバーナコア３の外周に同心状に配置して、該螺旋形状部分の周方向所要間隔の複数個所を、上記ベースプレート２上に立設した支持部材２０に取り付けて支持させるようにしてある。

上記燃料気化管１９の上流側端部となる一端部は、上記ベースプレート２の所要個所に貫通させて設けた液体燃料供給口（追焚き燃料供給口）２１に連通させると共に、該液体燃料供給口２１に容器外側から液体燃料配管（追焚き燃料配管）２２を接続して、たとえば、容器外部の図示しない供給部より灯油のような気化を必要とする液体燃料を追焚き燃料８として導くことができるようにしてある。一方、上記燃料気化管１９の下流側端部となる他端部は、上記バーナコア３の下部一側位置に径方向に沿って穿設した燃料供給路２３に外周面側から連通させて、該燃料気化管１９内で気化させた後の追焚き燃料８を、上記燃料供給路２３を経て上記気化燃料供給部４のガス流路５の下部へ導くことができるようにしてある。

更に、上記燃料気化管１９の螺旋方向に添って巻付けてあるヒータ（シーズヒータ）２４を、たとえば、該燃料気化管１９の下側に添わせるように取り付けて、燃料処理装置の運転起動時には該ヒータ２４により上記燃料気化管１９を流通される追焚き燃料８を加熱して気化させることができるようにしてある。

上記ベースプレート２上における上記燃料気化管１９の外周を所要の間隔を隔てて取り囲む外周位置には、所要の高さ寸法を有し且つ下端部を所要寸法拡径させた外筒部材２６と、高さ寸法を上記外筒部材２６よりもやや低く設定して上記外筒部材２６の内側に所要の隙間を隔てて同心状に配置した中間筒部材２７と、上記燃料気化管１９よりもやや上方となる位置から上記外筒部材２６の頂部と対応する高さ位置までの間で上下方向に延びるようにして上記中間筒部材２７の内側に所要の隙間を隔てて同心状に配置してある内筒部材２８と、上記中間筒部材２７よりも所要寸法上方となる位置で上記内筒部材２８と上記外筒部材２６の頂部同士を気密に連結するリング状の閉塞部材２９とからなる熱回収装置２５を配置して、上記外筒部材２６と中間筒部材２７の下端部が上記ベースプレート２の上面に気密に取り付けてある。

更に、上記ベースプレート２における上記外筒部材２６の下端部の取付個所と、上記中間筒部材２７の下端部の取付個所との間に、周方向所要配置で空気取入口３０を設け、該空気取入口３０に空気供給管３１が接続してある。これにより、上記バーナコーン１０とクラウンタワー１２との間の燃焼ゾーン１６で上記追焚き燃料８やアノードオフガス９を燃焼させる際に発生する高温の燃焼ガス３２より外周方向へ後述する断熱材４２を介して伝わる熱を該熱回収装置２５の内筒部材２８の内周面全体で受けることができるようにしてある。よって、外部の図示しない空気供給部より上記空気供給管３１、空気取入口３０を経て供給される空気１５を、上記外筒部材２６と中間筒部材２７との間に形成した円筒状の外周側空気流路３３ａを下端部から上端部まで通して一旦上昇させてから、上記中間筒部材２７と内筒部材２８との間に形成した内周側空気流路３３ｂを通して下端位置まで再び下降させる間に、熱回収装置２５へ上記燃焼ガス３２より伝わってくる熱と熱交換させて、該空気１５の顕熱として熱回収できるようにしてあり、この熱回収により加熱された空気１５を、内周側空気流路３３ｂの下端部から上記燃料気化管１９の周囲へ導くことで、該燃料気化管１９を流通する追焚き燃料８を加熱することができるようにしてある。したがって、上記燃焼ゾーン１６における追焚き燃料８やアノードオフガス９の燃焼時には、発生する高温の燃焼ガス３２の熱を回収することで加熱された空気１５を熱源として、上記燃料気化管１９を流通する追焚き燃料８を気化させることができるようにしてある。

上記熱回収装置２５の内筒部材２８の下端と、上記バーナコーン１０の上端部との間には、リング状の閉止部材３４が設けてある。更に、上記バーナコア３及びバーナコーン１０の外周側で且つ上記燃料気化管１９よりも内周側となる位置に、上記ベースプレート２より所要寸法上方位置から上記閉止部材３４に達する高さ位置まで上下方向に延びる円筒状の流路形成部材３５を同心状に配置して、該流路形成部材３５の上端を、上記閉止部材３４の下面に取り付けた構成としてある。これにより、上記熱回収装置２５にて加熱された後、上記燃料気化管１９にて追焚き燃料８を気化させるための熱源に供された後の空気１５を、上記流路形成部材３５の下方を通してバーナコア３の外周位置へ導いて、予熱された該空気１５の顕熱により上記バーナコア３が加熱され、該バーナコア３の内周側に一体に設けてある気化燃料供給部４も温度上昇して、気化状態の追焚き燃料８が接触しても再液化しないようにしてある。

上記バーナコア３及び気化燃料供給部４の加熱用の熱源として供された後の空気１５は、上記流路形成部材３５の内周面に沿って上昇させられてバーナコーン１０の外周側へ導かれた後、各空気吹出し孔１１を通してバーナコーン１０の内側の燃焼ゾーン１６へ燃焼用空気として供給できるようにしてある。

更に、上記バーナコア３の外周面部には、周方向に沿って起動用のヒータ（シーズヒータ）３６を設けて、燃料処理装置の運転起動時のように上記燃焼ゾーン１６での燃焼開始前で、上記熱回収装置２５にて燃焼ガス３２から熱を回収して加熱された空気１５を発生させることができない期間は、上記バーナコア３及び気化燃料供給部４を、バーナコア３の外周面部の上記ヒータ３６により加熱して、気化状態の追焚き燃料８が接しても再液化を生じなくなる所要温度まで昇温させることができるようにしてある。

上記気化燃料供給部４のガス流路５内には、１段又は上下方向複数段（図では３段に設けた場合を示してある）にメッシュの分散板３７を設けて、上記ガス流路５内を下方から上方へ流れる気化状態の追焚き燃料８の流れに対し、上記分散板３７を通過させる際にわずかに圧損を生じさせることで、該追焚き燃料８を上記ガス流路５内で周方向に均等に分散させてから該ガス流路５の上端部側へ導くことができるようにしてある。

バーナ点火用のスパークロッド３８は、上記バーナコア３の一側寄り位置に上下方向に貫通させて設けたスパークロッド収納部３９、及び、バーナコーン１０の底板の所要個所に上記スパークロッド収納部３９と連通させて設けた開口部に、下方から挿入して取り付けた構成としてある。且つ該スパークロッド３８は、上端部となる放電部３８ａのみが、上記バーナコーン１０の内側へ所要寸法突出するようにして、上記クラウンタワー１２等のスパークの受電部との間にスパークを発生させることができるようにしてある。

４０はバーナコーン１０の上方に連通するよう上記閉止部材３４の上側に設けた燃焼ガス３２のガスダクトであり、該ガスダクト４０の上側には、真空断熱容器１の上部中心位置に配置してある炉筒４１の下端部が接続してある。

４２は上記ガスダクト４０の外周面と上記熱回収装置２５の内筒部材２８の内周面との間に設けた断熱材であり、該断熱材４２により、上記燃焼ゾーン１６で発生して上記ガスダクト４０内を上昇する燃焼ガス３２の保有する１０００〜１２００℃程度の高温の熱がある程度断熱されることで、上記熱回収装置２５で熱回収した後の空気１５の温度が、燃料気化管１９で追焚き燃料８を加熱して気化させるための熱源に必要とされる所要温度、たとえば、追焚き燃料８が灯油の場合は、該灯油を加熱して気化させるための熱源に必要とされる３００℃程度まで加熱されるようにしてある。

４３は炉筒４１の内側に設けた案内筒、４４は上記案内筒４３の上端部に設けた案内板であり、該案内板４４により上記炉筒４１の上端まで導かれた燃焼ガス３２のガス流れ方向を下向きに反転させて、このガス流れ方向が下向きとされた燃焼ガス３２を、上記真空断熱容器１の内壁面と上記炉筒４１及び熱回収装置２５との間に上下方向に延びる円筒状の空間部として形成される燃焼ガス流路４５を通して、真空断熱容器１のベースプレート２の外周部に設けてある排気口４６まで流通させることができるようにしてある。更に、該燃焼ガス流路４５内に、改質器４７と水蒸発器４８と低温シフトコンバータ４９とＣＯ選択酸化反応器５０を上方から順に配設して燃料処理装置が形成してある。

以上の構成としてある従来の燃料処理装置用気化バーナ装置によれば、燃料処理装置の運転起動時には、ヒータ（シーズヒータ）２４と３６を作動させた状態で液体燃料配管２２より液体燃料供給口２１を経て燃料気化管１９へ液体燃料である灯油等の追焚き燃料８を供給することにより、該追焚き燃料８を、上記燃料気化管１９に付設してあるヒータ２４により加熱して気化させた後、この気化状態の追焚き燃料８を、ヒータ３６により気化状態の追焚き燃料８が接触しても再液化が生じない所要温度まで昇温されたバーナコア３の燃料供給路２３と気化燃料供給部４を経て導いた後、該気化燃料供給部４の上端部の各気化燃料噴出ノズル１４より噴出させ、この噴出された追焚き燃料８を、クラウンタワー１２の各燃料噴出口１３を通して該クラウンタワー１２の外周の燃焼ゾーン１６へ導いて、バーナコーン１０の各空気吹出し孔１１より吹き込まれる空気１５により燃焼させて高温の燃焼ガス３２を発生させるようにしてある。

一方、上記燃焼ゾーン１６において燃焼が開始された後は、該燃焼ゾーン１６で発生する高温の燃焼ガス３２から外周方向への放熱が上記熱回収装置２５へ伝熱するため、上記空気供給管３１から該熱回収装置２５の各空気流路３３ａ，３３ｂを経て供給される空気１５が、上記熱回収装置２５の空気流路３３ａ，３３ｂを通過する間に加熱されるようになる。よって、この加熱された空気１５を利用して上記燃料気化管１９における追焚き燃料８の気化を行わせることができると共に、バーナコア３及び気化燃料供給部４を上記所要温度まで加熱できるようになる。この場合には、上記各ヒータ２４及び３６の作動を停止することが可能となるようにしてある。

その後、上記燃焼ゾーン１６で発生させた燃焼ガス３２が、真空断熱容器１内に形成してある燃焼ガス流路４５を流通して、該燃焼ガス３２の保有する熱により改質器４７で図示しない原料の水蒸気改質が行われ、更に低温シフトコンバータ４９でシフト反応が行われた後、ＣＯ選択酸化反応器５０にてＣＯ除去処理されることで、燃料処理装置が通常運転状態になって改質ガスが製造されるようになると、該改質ガスが図示しない燃料電池のアノードへ供給されて、該燃料電池で発電が行われる。このようにして上記図示しない燃料電池の運転が行われてアノード出口よりアノードオフガス９が排出されるようになると、アノードオフガス配管１８、ドレンチャンバ１７を経て低カロリー燃料供給管６へ導かれるアノードオフガス９が、該低カロリー燃料供給管６の上端開口よりクラウンタワー１２の内側へ供給されて、該クラウンタワー１２の各燃料噴射口１３を通して燃焼ゾーン１６へ供給されるようにしてある。したがって、上記アノードオフガス９は、上記と同様に気化燃料供給部４の上端部の各気化燃料噴出ノズル１４より噴出される気化状態の追焚き燃料８と共に、最短距離で燃焼ゾーン１６に入り、バーナコーン１０の各空気吹出し孔１１より吹き込まれる空気１５により燃焼させて、高温の燃焼ガス３２を発生させるために利用できるようにしてある。

この際、上記と同様にして気化燃料供給部４の上端部の気化燃料噴出ノズル１４より噴出される気化状態の追焚き燃料８は、上記クラウンタワー１２の燃料噴出口１３を通して燃焼ゾーン１６へ供給される直前のアノードオフガス９と合流させ、該合流の直後に燃焼ゾーン１６に供給し燃焼させるようにすることで、クラウンタワー１２の内部で上記気化状態の追焚き燃料８が再液化されることはない。

よって、上記燃料処理装置用気化バーナ装置によれば、燃焼時に気化することが必要とされる灯油等の液体燃料を追焚き燃料８として使用して、気化状態の追焚き燃料８と、気体の低カロリー燃料であるアノードオフガス９とを混合して燃焼ゾーン１６で混合燃焼させることができ、該燃焼ゾーン１６で安定した燃焼状態を維持することができるようにしてある（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００７−２６１８２８号公報

ところが、上記図５及び図６に示した燃料処理装置用気化バーナ装置では、低カロリー燃料供給管６を通して導かれる気体の低カロリー燃料としてのアノードオフガス９が、該低カロリー燃料供給管６の上端開口より中空のクラウンタワー１２の内側へ上向きに供給された後、該クラウンタワー１２の内部で自由に流れて周壁下部の複数個所に設けてある各燃料噴出口１３へ向けて分散されるようにしてあるため、上記クラウンタワー１２にわずかでも加工精度にむらがあって内側形状に歪みが存在していたり、該クラウンタワー１２が低カロリー燃料供給管６の軸心方向に対して少しでも傾斜して配置されていたり、低カロリー燃料供給管６の上端開口に歪みが存在していると、該クラウンタワー１２の各燃料噴出口１３を通して燃焼ゾーン１６へ噴き出されるアノードオフガス９の量にばらつきが生じてしまう。この場合、上記クラウンタワー１２の各燃料噴出口１３より噴き出されるアノードオフガス９と気化状態の追焚き燃料８との混合度合いが、該各燃料噴出口１３ごとにばらつくことになるため、該アノードオフガス９と気化状態の追焚き燃料８の混合物を上記燃焼ゾーン１６においてバーナコーン１０の各空気吹出し孔１１より吹き込まれる空気１５で燃焼させるときに、燃料と空気１５の比を環状の燃焼ゾーン１６の周方向で一様にすることができなくなってしまい、この際、局所的に酸素不足が生じると、未燃の一酸化炭素が発生する虞が生じるというのが実状である。

又、上記燃料気化管１９内でベーパーロック現象が生じると、気化状態の追焚き燃料８の燃焼ゾーン１６への供給に脈動が生じるようになるため、該燃焼ゾーン１６で上記気化状態の追焚き燃料８を燃焼させるときに一時的に多量の追焚き燃料８が投入されて過剰燃焼や酸素不足が生じ、このような酸素不足が生じることによっても一酸化炭素の発生量が多くなることがある。反対に、上記追焚き燃料８の投入が少なくなる場合は、吹き消えが起こることもある。

更に、上記燃焼ゾーン１６では、図７に示したように、バーナコーン１０の各空気吹出し孔１１と対応する位置ごとに形成される火炎５１の周方向に隣接するもの同士の間は上記気化状態の追焚き燃料８やアノードオフガス９が存在する保炎スペース１６ａになっているが、燃料成分である上記気化状態の追焚き燃料８やアノードオフガス９のごく一部が該保炎スペース１６ａより燃焼ゾーン１６上部へ吹き抜けを生じることがあり、未燃成分がわずかに排出されてしまうことがある。

更には、液体燃料と気体の低カロリー燃料とを混合して燃焼させることが可能なバーナ装置自体に要するコストをできるだけ引き下げることも求められている。

そこで、本発明は、上記図５乃至図７に示した如き気体の低カロリー燃料と気化を必要とする液体燃料とを混合して燃焼させることができるバーナ装置を更に発展させて、クラウンタワー内に供給されるアノードオフガス等の気体の低カロリー燃料を、該クラウンタワーの各燃料噴出口へより均等に分散させることができ、クラウンタワーの各燃料噴出口より燃焼ゾーンへ噴出される上記低カロリー燃料と気化状態の液体燃料との混合合流度合いを均一にすることができて、上記燃焼ゾーンに局所的な酸素不足の領域が生じる虞を未然に防止でき、更に、燃料気化管内で液体燃料のベーパーロック現象が生じる虞をより確実に抑制でき、更には、燃焼ゾーンからの燃料の吹き抜けをより確実に抑制することができて、未燃の一酸化炭素等、未燃の可燃成分が排出される虞をより確実に抑制でき、しかも、装置の低コスト化を図ることが可能な液体燃料と低カロリー燃料の混合バーナ装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、バーナコアの上側に、中空円筒状として周壁の上下方向の多段位置に周方向所要間隔で多数の空気吹出し孔を穿設してなるバーナコーンを設け、上記バーナコアの中央部に、上端を吐出側の開口とした低カロリー燃料供給管と気化燃料供給部を取り付けて、上記低カロリー燃料供給管の上端開口に、貫通する多数の小孔を具備してなる円筒部材の下端部を連通させて取り付け、上方と周方向が閉塞されて周壁に周方向所要間隔で燃料噴出口を設けてなるクラウンタワーを、上記円筒部材と低カロリー燃料供給管の上端部と気化燃料供給部の上端部を覆うように設けると共に、該クラウンタワーの上部内面に上記円筒部材の上端側を取り付けて、上記低カロリー燃料供給管の上端開口より吐出される低カロリー燃料を上記円筒部材の内部へ一旦受けてから該円筒部材の小孔を通過させてクラウンタワー内へ均等に分散させることができるようにし、更に、上記気化燃料供給部の上端部外周面に、上記クラウンタワーの各燃料噴出口に個別に臨む気化燃料噴出ノズルを備え、該気化燃料供給部の下端側に、液体燃料を所要温度に加熱して気化させるための燃料気化管を接続してなる構成とする。

又、請求項２に対応して、バーナコアの上側に、中空円筒状として周壁の上下方向の多段位置に周方向所要間隔で多数の空気吹出し孔を穿設してなるバーナコーンを設け、上記バーナコアの中央部に、上端を吐出側の開口とした低カロリー燃料供給管と気化燃料供給部を取り付けて、上記低カロリー燃料供給管の上端開口に、貫通する多数の小孔を具備してなる円筒部材の下端部を連通させて取り付け、上方と周方向が閉塞されて周壁に周方向所要間隔で燃料噴出口を設けてなるクラウンタワーを、上記円筒部材と低カロリー燃料供給管の上端部と気化燃料供給部の上端部を覆うように設けると共に、該クラウンタワーの上部内面に上記円筒部材の上端側を取り付けて、上記低カロリー燃料供給管の上端開口より吐出される低カロリー燃料を上記円筒部材の内部へ一旦受けてから該円筒部材の小孔を通過させてクラウンタワー内へ均等に分散させることができるようにし、更に、上記気化燃料供給部の上端部外周面に、上記クラウンタワーの各燃料噴出口に個別に臨む気化燃料噴出ノズルを備え、該気化燃料供給部の下端側に、液体燃料を所要温度に加熱して気化させるための燃料気化管を接続し、且つ該燃料気化管に、内挿棒をほぼ全長に亘り内挿してなる構成とする。

上述の各構成において、バーナコーンの周壁の最上段に設ける空気吹出し孔の周方向の配列ピッチを、他の段の空気吹出し孔の周方向の配列ピッチより小さくして、最上段の空気吹出し孔の孔数を他の段の倍以上にした構成とする。

更に、上記各構成において、バーナコアの下面にヒータ収納穴を設け、該ヒータ収納穴にカートリッジヒータを下方から取外し可能に挿入して取り付け、更に、燃料気化管を上記バーナコアの外周面部に巻き付けて配置するようにした構成とする。

更に又、上記各構成において、低カロリー燃料供給管と円筒部材の中心部に熱電対用さや管を同心状に配置すると共に、該さや管の上端部をクラウンタワーの上端面部に貫通させて取り付け、該さや管に、下方から、先端部が該さや管の上端部より所要寸法上方に突出する長さ寸法としてある熱電対を取外し可能に挿入して取り付けるようにした構成とする。

本発明の液体燃料と低カロリー燃料の混合バーナ装置によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）バーナコアの上側に、中空円筒状として周壁の上下方向の多段位置に周方向所要間隔で多数の空気吹出し孔を穿設してなるバーナコーンを設け、上記バーナコアの中央部に、上端を吐出側の開口とした低カロリー燃料供給管と気化燃料供給部を取り付けて、上記低カロリー燃料供給管の上端開口に、貫通する多数の小孔を具備してなる円筒部材の下端部を連通させて取り付け、上方と周方向が閉塞されて周壁に周方向所要間隔で燃料噴出口を設けてなるクラウンタワーを、上記円筒部材と低カロリー燃料供給管の上端部と気化燃料供給部の上端部を覆うように設けると共に、該クラウンタワーの上部内面に上記円筒部材の上端側を取り付けて、上記低カロリー燃料供給管の上端開口より吐出される低カロリー燃料を上記円筒部材の内部へ一旦受けてから該円筒部材の小孔を通過させてクラウンタワー内へ均等に分散させることができるようにし、更に、上記気化燃料供給部の上端部外周面に、上記クラウンタワーの各燃料噴出口に個別に臨む気化燃料噴出ノズルを備え、該気化燃料供給部の下端側に、液体燃料を所要温度に加熱して気化させるための燃料気化管を接続してなる構成としてあるので、低カロリー燃料供給管の上端開口より供給される低カロリー燃料を、円筒部材の小孔を通してクラウンタワー内部へ導くときにわずかな圧損が生じるため、上記低カロリー燃料を周方向に均等に分散させることができる。よって、万一、低カロリー燃料供給管の上端開口に多少の歪みが存在していたり、クラウンタワーの加工精度にむらがあって内側形状に多少の歪みが存在していたり、該クラウンタワーが低カロリー燃料供給管の軸心方向に対して多少傾いて配置されていても、上記低カロリー燃料を上記クラウンタワーの各燃料噴出口へ均等に供給することができる。したがって、上記クラウンタワーの各燃料噴出口より噴き出される上記低カロリー燃料と、気化燃料供給部の各気化燃料噴出ノズルより噴出された後に対応する上記クラウンタワーの各燃料噴出口を通して導かれる気化状態の液体燃料との混合度合いが、各燃料噴出口ごとにばらつく虞を未然に防止することができる。このため、上記クラウンタワーとバーナコーンとの間の燃焼ゾーンで上記低カロリー燃料と気化状態の液体燃料の混合物を上記バーナコーンの各空気吹出し孔を通して吹き込まれる空気によって燃焼させる際に、局所的な酸素不足が生じる虞を未然に防止できることから、一酸化炭素等の未燃成分の発生量を低減させることができる。
（２）上記（１）と同様の構成において、燃料気化管に、内挿棒をほぼ全長に亘り内挿してなる構成とすることにより、上記（１）と同様の効果に加えて、燃料気化管の内部に設けた内挿棒によって該燃料気化管を液体燃料が液体又は気化した状態で流通するときに圧損を生じさせることができて、該液体燃料の流れが滞留してベーパーロック現象が生じる虞を抑制できる。よって、気化燃料供給部の各気化燃料噴出ノズルより気化状態の液体燃料が噴出されるときの脈動を未然に防止できる。これにより、燃焼ゾーンで上記気化状態の液体燃料を燃焼させるときの一時的な酸素不足を防止できて、未燃成分の発生量をより確実に低減させることができる。
（３）バーナコーンの周壁の最上段に設ける空気吹出し孔の周方向の配列ピッチを、他の段の空気吹出し孔の周方向の配列ピッチより小さくして、最上段の空気吹出し孔の孔数を他の段の倍以上にした構成とすることにより、燃焼ゾーンにてバーナコーンの最上段を除く段の各空気吹出し孔の位置に形成される火炎の周方向に隣接するもの同士の間を通過してわずかな未燃の燃料が上方へ吹き抜けたとしても、この吹き抜ける燃料を、最上段の各空気噴き込み孔の位置に形成される火炎で燃焼させることができる。よって、未燃の可燃成分が排出される虞をより確実に抑制することができる。
（４）バーナコアの下面にヒータ収納穴を設け、該ヒータ収納穴にカートリッジヒータを下方から取外し可能に挿入して取り付け、更に、燃料気化管を上記バーナコアの外周面部に巻き付けて配置するようにした構成とすることにより、燃料気化管を流通する燃料を気化させるための加熱と、バーナコア及び気化燃料供給部を気化状態の燃料が接触しても再液化されない所要温度まで昇温させるための加熱を、共にバーナコアのヒータ収納穴に取り付けた１系列のカートリッジヒータを兼用することで行うことができる。したがって、燃料気化管の加熱用と、バーナコア及び気化燃料供給部の昇温用に別々のヒータを使用する必要がなく、しかも、螺旋状のシーズヒータを必要とすることもないため、装置構成をシンプルなものとすることができ、ヒータ制御要素の点数の削減も可能になることから、製造コストを低減させることができる。又、組立工数を激減させることも可能になる。
（５）更に、一般にヒータは消耗品であるが、上記カートリッジヒータは、バーナコアの下方から容易に着脱できるため、シーズヒータを使用する場合に比べてメンテナンス、交換を容易に実施することができる。
（６）低カロリー燃料供給管と円筒部材の中心部に熱電対用さや管を同心状に配置すると共に、該さや管の上端部をクラウンタワーの上端面部に貫通させて取り付け、該さや管に、下方から、先端部が該さや管の上端部より所要寸法上方に突出する長さ寸法としてある熱電対を取外し可能に挿入して取り付けるようにした構成とすることにより、消耗部品である熱電対を、バーナコアの下方から容易に着脱できるため、該熱電対のメンテナンス、交換を容易に実施することができる。

本発明の液体燃料と低カロリー燃料の混合バーナ装置の実施の一形態を示す概略切断側面図である。 図１のＡ−Ａ方向矢視図である。 図１の混合バーナ装置で用いる燃料気化管の断面構造を拡大して示す図である。 本発明の実施の他の形態を示す概略切断側面図である。 従来提案されている燃料処理装置用気化バーナ装置を示す概略切断側面図である。 図５の気化バーナ装置を装備した燃料処理装置を示す概略切断側面図である。 図５の気化バーナ装置における燃料噴出口と気化燃料噴出ノズルとバーナコーンの空気吹出し孔との配置を示す概略切断平面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

図１乃至図３は本発明の液体燃料と低カロリー燃料の混合バーナ装置の実施の一形態として、気体の低カロリー燃料としての図示しない燃料電池のアノードオフガス９と、液体燃料である追焚き燃料８とを混合して燃焼させる燃料処理装置用のバーナ装置に適用する場合を示すもので、以下のようにしてある。

すなわち、図５乃至図７に示したバーナ装置と同様に、バーナコア３と、該バーナコア３の内周部に一体に設けた気化燃料供給部４と、上記バーナコア３の上端より上方へ突出する該気化燃料供給部４の上端部の外周に周方向所要の等間隔で設けた気化燃料噴出ノズル１４と、上記気化燃料供給部４の内側に上端の閉塞された円筒状の空間部７を介在させて設けて上端開口を吐出側とする低カロリー燃料供給管６と、中空円筒状として周壁の周方向所要間隔個所に上下方向多段に空気吹出し孔１１を穿設してなり且つ上記バーナコア３の上側に取り付けたバーナコーン１０と、該バーナコーン１０の中心に上記気化燃料供給部４及び低カロリー燃料供給管６のバーナコーン１０内へ突出している部分を覆うように設ける中空の略円筒形状あるいは略円錐台形状のクラウンタワー１２と、該クラウンタワー１２の周壁下部の周方向所要間隔の複数個所に上記気化燃料供給部４の各気化燃料噴出ノズル１４と周方向の位相を一致させて設けた燃料噴出口１３を備え、更に、上記気化燃料供給部４の上流側に、該気化燃料供給部４へ液体燃料である追焚き燃料８を予め所要温度まで加熱して気化させた状態で供給できるようにするための燃料気化管１９を備えてなる構成において、上記低カロリー燃料供給管６の上端部に、上下方向に所要の高さ寸法を備え且つ周壁に内外方向に貫通する多数の小孔５２ａを具備してなる円筒部材として、たとえば、小孔としてのパンチ孔５２ａを多数備えたパンチ板製の円筒部材５２を配置して、該円筒部材５２の下端部を低カロリー燃料供給管６の上端部に同心状に取り付けると共に、該円筒部材５２の上端部を、上記クラウンタワー１２の上部内面に気密に取り付ける。これにより、上記低カロリー燃料供給管６内を通して下方より導かれた後、該低カロリー燃料供給管６の上端開口より供給されるアノードオフガス９が、上記円筒部材５２の内側に一旦導かれた後、該円筒部材５２の周壁の各パンチ孔５２ａを通してクラウンタワー１２の内部空間へ供給されるようにする。この際、上記円筒部材５２の各パンチ孔５２ａを内側から外側へ通過する際にアノードオフガス９に小さい圧損が生じるようにし、この圧損に伴い、該アノードオフガス９を上記円筒部材５２の内側から周方向に均等に分散させた状態でクラウンタワー１２の内部空間へ供給することができるようにしてある。よって、上記アノードオフガス９を、クラウンタワー１２の周壁下部に設けてある各燃料噴出口１３へ向けてより均等に分散させることができるようにしてある。

更に、上記バーナコーン１０の周壁に上下方向多段に設けた空気吹出し孔１１のうち、最上段の空気吹出し孔１１を、他の段の空気吹出し孔１１の周方向の配列ピッチの半分の配列ピッチとして、周方向に配列される孔数を倍にした構成とする。これにより、上記燃焼ゾーン１６において最上段を除く段の各空気吹出し孔１１の位置で形成される火炎５１（図７参照）の周方向に隣接するもの同士の間を通って未燃の燃料が上方へ吹き抜けるとしても、この吹き抜ける燃料を上記周方向に倍の孔数で設けてある最上段の各空気吹出し孔１１の位置で形成させる火炎で確実に燃焼させることができるようにしてある。

更に又、図３に示すように、上記燃料気化管１９の内部に、該燃料気化管１９の内径よりも所要寸法細い径の内挿棒５３を、該燃料気化管１９のほぼ全長に亘り内挿した構成としてある。これにより、上記燃料気化管１９内における流路断面積を絞ることで、上記液体燃料である追焚き燃料８が燃料気化管１９の内部を液体又は気化状態で流通する際に所定の圧損を生じるようにして、該追焚き燃料８の流通量が脈動するベーパーロック現象が生じる虞を未然に防止できるようにしてある。すなわち、流通し易い液状の追焚き燃料８と流通し難い気化した追焚き燃料８が交互に流通する場合は火炎の変動が激しくなるが、圧損を生じさせることでこれを抑止することができるようにしてある。

上記バーナコア３には、図１、図２に示すように、該バーナコア３の一側寄り位置に設けてあるスパークロッド収納部３９と干渉しない底面の周方向所要個所、たとえば、周方向１２０度間隔の３個所に、上記バーナコア３の上部まで上方に延びるヒータ収納穴５４を設け、該各ヒータ収納穴５４に、個別のカートリッジヒータ５５を下方より挿入して取外し可能に取り付けるようにした構成としてある。

又、上記燃料気化管１９は、中間部を上記バーナコア３の外周面部に螺旋状に巻き付けて取り付けた構成としてあって、上記燃料気化管１９の上流側端部となる一端部は、後述するベースプレート５６の所要個所に貫通させて設けてある液体燃料供給口２１に連通させるようにしてあり、該液体燃料供給口２１に下側から接続してある液体燃料配管２２を介して、たとえば、容器外部の図示しない供給部より灯油のような気化を必要とする液体燃料を追焚き燃料８として導くことができるようにしてある。一方、上記燃料気化管１９の下流側端部となる他端部は、図５に示した燃料供給管１９と同様に、上記バーナコア３に径方向に沿って穿設した燃料供給路２３を介して上記気化燃料供給部４のガス流路５の下部に連通させてある。これにより、上記バーナコア３の各ヒータ収納穴５４に取り付けた合計３個のカートリッジヒータ５５により、上記バーナコア３と、該バーナコア３の内周側に一体に設けてある上記気化燃料供給部４と、該バーナコア３の外周面部に巻き付けて設けた上記燃料気化管１９の中間部を加熱することができるようにしてあり、該加熱される燃料気化管１９では、内部を流通する追焚き燃料８を加熱して気化させることができるようにしてある。更に、上記３個のカートリッジヒータ５５による加熱で、上記バーナコア３と気化燃料供給部４を、気化した追焚き燃料８が接触しても再液化を生じない温度まで昇温させることができるようにしてある。

上記バーナコア３はその下端部を、後述する熱回収装置２５ａの中間筒部材２７の内径と対応する直径寸法を備えた円形のベースプレート５６の中央部に貫通させて取り付けてある。

上記燃焼ゾーン１６で生じる燃焼ガス３２より外周へ伝えられる熱を受けて、上記燃料気化管１９を流通する追焚き燃料８を加熱して気化させるための熱源と、上記バーナコア３及び気化燃料供給部４を気化した状態の追焚き燃料８が接触しても再液化しない所要温度まで昇温させるための熱源として用いるための加熱された空気１５を得るための熱回収装置２５ａは、図５に示した熱回収装置２５と同様に、外筒部材２６、中間筒部材２７、内筒部材２８、閉塞部材２９、外周側空気流路３３ａ、内周側空気流路３３ｂを備えた構成において、上記中間筒部材２７の下端部を、上記外筒部材２６の下端よりも下方へ所要寸法突出させた構成としてあり、該内筒部材２７の外筒部材２６よりも下方に突出する部分の外側に、内周側が開放された中空リング形状の周方向流路形成部材５７を配置すると共に、該周方向流路形成部材５７の上部側の内周端と、下部側の内周端が、上記外筒部材２６の下端縁部の外周面と、上記中間筒部材２７の下端縁部の外周面に、それぞれ気密に取り付けてある。更に、上記周方向流路形成部材５７の下面の周方向所要個所には、空気取入口３０を設けて、該空気取入口３０に接続してある空気供給管３１を介して外部より供給される空気を、周方向流路形成部材５７の内側に形成される環状の空間部で周方向に分散させてから上記外周側空気流路３３ａへ導くことができるようにしてある。

上記中間筒部材２７の下端寄り個所の内周側には、上記バーナコア３が取り付けてあるベースプレート５６を配置して、該中間筒部材２７の下端部と、上記ベースプレート５６の外周端部に下方に屈曲させて設けてあるフランジ部５６ａの下端部とを、溶接等により気密に連結した構成としてある。これにより、上記ベースプレート５６のフランジ部５６ａと、上記中間筒部材２７の下端部同士の連結個所を切断すれば、上記べースプレート５６と一緒に上記バーナコア３を上記熱回収装置２５ａの内側から抜き出して取り外すことができるようにしてある。

又、上記内筒部材２８の下端部には、上記燃料気化管１９よりも外周位置で上記ベースプレート５６の近くまで下方に延びる円筒状の流路形成部材５８の上端部が気密に取り付けてある。更に、上記内筒部材２８における上記バーナコーン１０の上端部に対応する高さ位置の内周面には、上記バーナコーン１０の外径よりも僅かに大きな内径を備えたリング形状として内周端部が上記バーナコーン１０の上端部外周面に近接するように配置した閉塞部材５９の外周端部が気密に取り付けてある。

一方、上記バーナコーン１０には、上記最上段の各空気吹出し孔１１が配列されている高さ位置よりも上側に、所要寸法上方に延び且つ孔のない周壁を設けて、該最上段の各空気吹出し孔１１の配列位置よりも上側の孔のない部分の周壁の外周面部に、上記流路形成部材５８の内径よりも僅かに小さい外径を備えたリング形状のパッキン保持部材６０を、上下方向所要間隔で複数段、たとえば、３段に配置して、該各パッキン保持部材６０の内周端部が、上記バーナコーン１０の上端部外周面の対応する個所にそれぞれ気密に取り付けてある。更に、上下方向に隣接する上記各パッキン保持部材６０と、上記バーナコーン１０の上端部の周壁により囲まれて上下２段に形成された各空間部には、セラミックファイバー製等の高温シール部材６１を、上記各空間部の外周に位置する上記流路形成部材５８の内周面に密着するように設けた構成として、該各高温シール部材６１により、上記バーナコーン１０の周壁と、上記流路形成部材５８との間を通して空気１５が上方へ吹き抜けないようにしてある。これにより、上記熱回収装置２５ａの内周側空気流路３３ｂより流路形成部材５８の外周側に供給される空気１５を、該流路形成部材５８の下方を迂回させることで一旦バーナコア３の外周へ導くことができるようにし、その後、上記流路形成部材５８の内周面に沿って下方から上記バーナコーン１０の外周まで導かれる空気１５は、すべて該バーナコーン１０の空気吹出し孔１１を通してバーナコーン１０の内側の燃焼ゾーン１６へ吹き込まれるようにしてある。

上記低カロリー燃料供給管６と該低カロリー燃料供給管６の上側に設けたパンチ板製の円筒部材５２の中心部には、上記低カロリー供給管６及び上記円筒部材５２の内径よりも所要寸法小さい外径の熱電対用さや管６２を同心状に配置して、該さや管６２の上端部が、上記クラウンタワー１２の天井面の中央部に貫通させて取り付けてある。一方、該さや管６２の下部は、上記低カロリー燃料供給管６の下側に設けたドレンチャンバ１７ａの下端壁に貫通させて取り付けてある。更に、上記さや管６２の内側には、火炎検出用の熱電対６３を下方より挿入し、該熱電対６３の先端部が上記さや管６２の上端より所要寸法上方へ突出するよう配置した状態で、該熱電対６３の所要個所が、上記さや管６２の下端部に取外し可能に固定してある。これにより、上記熱電対６３で上記クラウンタワー１２の外側の燃焼ゾーン１６上方の温度を計測することで、該燃焼ゾーン１６における火炎の有無を検出できるようにしてある。

図１における６４はスパークの受電部である。その他、図５及び図６に示したものと同一のものには同一符号が付してある。

以上の構成としてある本発明の液体燃料と低カロリー燃料の混合バーナ装置を、図６に示した燃料処理装置のバーナ装置として使用する場合は、図６に示したと同様の構成としてある燃料処理装置の真空断熱容器１のベースプレート２の中央部に上記周方向流路形成部材５７の外形に応じた図示しない開口部を設けて、該開口部の内側に上記周方向流路形成部材５７の外周部を貫通するよう配置して気密に取り付けるようにすればよい。

この状態で燃料処理装置を起動する場合は、バーナコア３に取り付けてある各カートリッジヒータ５５を作動させた状態で液体燃料配管２２より液体燃料供給口２１を経て燃料気化管１９へ液体燃料である灯油等の追焚き燃料８を供給すると、上記各カートリッジヒータ５５により加熱されるバーナコア３を介して間接的に加熱される燃料気化管１９内で、上記追焚き燃料８が加熱されて気化され、この気化状態の追焚き燃料８が、上記各カートリッジヒータ５５により気化状態の追焚き燃料８が接触しても再液化の発生しない所要温度まで昇温されたバーナコア３の燃料供給路２３を経て、該バーナコア３と同様に昇温されている気化燃料供給部４のガス流路５へ導かれた後、該気化燃料供給部４の上端部の各気化燃料噴出ノズル１４より噴き出される。この各気化燃料噴出ノズル１４より噴き出された気化された状態の追焚き燃料８は、クラウンタワー１２の各燃料噴出口１３を通して燃焼ゾーン１６へ導かれるため、該燃焼ゾーン１６においてバーナコーン１０の各空気吹出し孔１１より吹き込まれる空気１５により燃焼させられて高温の燃焼ガス３２が発生するようになる。

上記のようにして燃焼ゾーン１６で燃焼が開始された後は、該燃焼ゾーン１６で発生する高温の燃焼ガス３２から外周方向に伝わる熱が上記熱回収装置２５ａへ伝えられるため、上記空気供給管３１から空気取入口３０、周方向流路形成部材５７を経て上記熱回収装置２５ａの各空気流路３３ａ，３３ｂへ導かれる空気１５が、該各空気流路３３ａ，３３ｂを通過する際に加熱されてから、上記バーナコア３の周囲へ導かれるようになる。このため、該加熱された空気１５を利用してバーナコア３及び気化燃料供給部４を加熱することができ、更には、上記燃焼ゾーン１６で生じる高温の燃焼ガス３２からの放射伝熱とクラウンタワー１２からの直接熱伝導をも加わり、上記バーナコア３及び気化燃料供給部４を所要温度まで上昇させることができる。この場合は、上記各カートリッジヒータ５５の作動を停止することが可能となる。

その後、上記燃焼ゾーンで発生させた燃焼ガス３２が、燃料処理装置の真空断熱容器１内に形成してある燃焼ガス流路４５を流通し、暖気が完了すると、図５及び図６に示したものと同様にして、該燃料処理装置の通常運転が開始されるため、該燃料処理装置で製造される改質ガスが図示しない燃料電池のアノードへ供給されて、該燃料電池で発電が行われるようになる。

上記のようにして図示しない燃料電池の運転が行われてアノード出口よりアノードオフガス９が排出されると、アノードオフガス配管１８、ドレンチャンバ１７ａを経て低カロリー燃料供給管６へ導かれるアノードオフガス９が、該低カロリー燃料供給管６へ供給される。この低カロリー燃料供給管６へ供給されたアノードオフガス９は、該低カロリー燃料供給管６の上端開口より上記パンチ板製の円筒部材５２の中に一旦受けられてから、該円筒部材５２の周壁のパンチ孔を通してクラウンタワー１２の内側へ主方向に均等に分散された状態で供給されるようになる。よって、上記クラウンタワー１２の各燃料噴出口１３からは、上記周方向に均等に分散されたアノードオフガス９が、上記と同様に気化燃料供給部４の上端部の気化燃料噴出ノズル１４より噴出される追焚き燃料８と共に、燃焼ゾーン１６へ供給されて、バーナコーン１０の各空気吹出し孔１１より吹き込まれる空気１５により燃焼させられるようになることで、高温の燃焼ガス３２を発生させるために利用されるようになる。

この際、上記低カロリー燃料供給管６の上端開口より供給されるアノードオフガス９は、上記円筒部材５２の内側に一旦受けるようにしてあるため、万一、上記低カロリー燃料供給管６の上端開口に多少の歪みが存在しているとしても、上記アノードオフガス９の周方向への分散に何ら支障を生じる虞はない。又、上記円筒部材５２の内側に受けた上記アノードオフガス９は、周壁のパンチ孔を通過させることで、周方向に均等に分散させるようにしてあるため、上記クラウンタワー１２の加工精度にむらがあって内側形状に多少の歪みが存在していたり、該クラウンタワー１２が低カロリー燃料供給管６の軸心方向に対して多少傾いて配置されていても、上記アノードオフガス９を上記クラウンタワー１２の各燃料噴出口１３へ均等に分散させた状態で供給することができる。

したがって、上記クラウンタワー１２の各燃料噴出口１３より噴き出されるアノードオフガス９と気化状態の追焚き燃料８との混合合流度合いの該各燃料噴出口１３ごとのばらつきを未然に防止することができることから、該アノードオフガス９と気化状態の追焚き燃料８の混合物を上記燃焼ゾーン１６で燃焼させるときに、燃料と空気１５の比を環状の燃焼ゾーン１６の周方向で一様に保つことができて、局所的な酸素不足が生じる虞を防止することができるため、一酸化炭素等の未燃成分の発生量を低減させることができる。

又、上記燃料気化管１９の内部に内挿棒５３を設けることで、ベーパーロック現象が生じる虞を抑制できるようにしてあるため、気化状態の追焚き燃料８の燃焼ゾーン１６への供給に脈動が生じる虞を防止でき、よって、該燃焼ゾーン１６で上記気化状態の追焚き燃料８を燃焼させるときに一時的に酸素不足が生じる虞を防止できるため、このことによっても、一酸化炭素等の未燃成分の発生量を低減させることができる。

更に、上記バーナコーン１０の最上段の空気吹出し孔１１の配列ピッチを、他の段の空気吹出し孔１１の配列ピッチの半分にしてあるため、上記燃焼ゾーン１６の各空気吹出し孔１１の位置に形成される火炎（図７参照）の周方向に隣接するもの同士の間を通過してわずかな未燃燃料が上方へ吹き抜ける虞を防止できて、未燃燃料の排出を抑制することができる。

しかも、図５乃至図７に示した従来のバーナ装置で燃料気化管１９と、バーナコア３及び気化燃料供給部４をそれぞれ加熱するために要していた２組のシーズヒータ２４，３６に代えて、バーナコア３に設けた各ヒータ収納穴５４に取り付けた１系列のカートリッジヒータ５５のみで上記燃料気化管１９及びバーナコア３及び気化燃料供給部４のすべての加熱を行うことができるようにしてあるため、装置構成をシンプルなものとすることができて、図示しないヒータ制御要素の点数も削減できるため、製造コストを低減させることができる。又、組立工数を激減させることも可能になる。

なお、一般に、ヒータは消耗部品であるが、上記各カートリッジヒータ５５は、バーナコア３の下方から、すなわち、燃料処理装置の外部から容易に着脱できるようにしてあるため、メンテナンス、交換を容易に実施することができる。又、消耗部品である上記燃焼ガス温度計測用の熱電対６３も、バーナコア３の下方から容易に着脱できるようにしてあるため、該熱電対６３のメンテナンス、交換も容易に実施することができる。

更に又、本発明の液体燃料と低カロリー燃料の混合バーナ装置では、万一、煤の付着や部品の損傷等の不測の事態が生じた場合には、上記熱回収装置２５ａの中間筒部材２７の下端部と、上記ベースプレート５６のフランジ部５６ａの下端部同士の溶接等による連結部を切断すれば、上記ベースプレート５６と一緒にバーナコア３と、該バーナコア３に取り付けてある気化燃料供給部４、低カロリー燃料配管６、バーナコーン１０、円筒部材５２、クラウンタワー１２、燃料気化管１９を一体に取り出すことが可能なため、該各部材のメンテナンスや交換を実施することが可能になる。

次に、図４は本発明の実施の他の形態として、図１乃至図３に示したと同様の構成において、熱回収装置２５ａを省略した構成としたものである。

すなわち、図１乃至図３に示したと同様の構成において、バーナコア３及びバーナコーン１０の外周側に所要の隙間を隔てて配置してある円筒状の流路形成部材５８の上端部を、上記バーナコーン１０の外径よりも僅かに大きな内径を備えたリング形状として内周端部が上記バーナコーン１０の上端部外周面に近接するように配置してある閉塞部材５９の外周縁部の下面側に直接気密に連結する。

更に、図１に示したと同様に、内周側が開放された中空リング形状としてある周方向流路形成部材５７の上部側の内周端を、上記流路形成部材５８の下端部外周面に気密に取り付けると共に、該周方向流路形成部材５７の下部側の内周端を、バーナコア３が取り付けてあるベースプレート５６の外周のフランジ部５６ａに気密に取り付けた構成とする。

低カロリー燃料供給管６の下端側には、アノードオフガス配管１８に代えて、アノードオフガスのみならず、任意の気体の低カロリー燃料９ａを導くための低カロリー燃料配管１８ａを、ドレンチャンバ１７ａを介して接続する。

その他の構成は図１乃至図３に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。

本実施の形態の液体燃料と低カロリー燃料の混合バーナ装置では、燃焼ゾーン１６で発生する燃焼ガス３２より熱回収して空気１５を加熱することができないため、図１乃至図３に示した上記実施の形態において加熱された空気１５を上記バーナコア３と気化燃料供給部４の加熱用熱源、及び、燃料気化管１９に流通する液体燃料としての追焚き燃料８を気化させるための加熱用熱源としていた分の熱量が不足している。

したがって、本実施の形態の混合バーナ装置を使用する場合は、各カートリッジヒータ５５で熱量不足を補って、該各カートリッジヒータ５５により上記バーナコア３と気化燃料供給部４を所定温度まで加熱すると共に、燃料気化管１９を加熱して、該燃料気化管１９に流通する追焚き燃料８を気化させることができるようにすればよい。

上記のように各カートリッジヒータ５５を作動させた状態で、液体燃料配管２２より液体燃料供給口２１を通して燃料気化管１９へ追焚き燃料８を供給すると、図１乃至図３に示した実施の形態における燃料処理装置の運転起動時と同様にして、燃焼ゾーン１６で気化状態の追焚き燃料８の燃焼が行われる。

この燃焼ゾーン１６における気化状態の追焚き燃料８の燃焼が行われている任意の時点で、上記低カロリー燃料配管１８ａを通して導かれる低カロリー燃料９ａを、ドレンチャンバ１７ａを介して低カロリー燃料供給管６へ供給すると、該低カロリー燃料９ａが、図１乃至図３に示した実施の形態におけるアノードオフガス９と同様にして、低カロリー燃料供給管６の上端側に取り付けてあるパンチ板製の円筒部材５２で周方向に均等に分散された後、クラウンタワー１２の各燃料噴出口１３より燃焼ゾーン１６へ上記追焚き燃料８と共に噴き出されて、バーナコーン１０の各空気吹出し孔１１より吹き込まれる空気１５により燃焼させられるようになる。

したがって、本実施の形態によっても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は上記各実施の形態のみに限定されるものではなく、クラウンタワー１２に設ける燃料噴出口１３、及び、気化燃料供給部４の上端部に設ける気化燃料噴出ノズル１４は、各気化燃料噴出ノズル１４がその外周に位置する各燃料噴出口１３に個別に臨むよう周方向の位相を一致させて配置してあれば、該気化燃料噴出ノズル１４や燃料噴出口１３の周方向の数を、上記クラウンタワー１２や気化燃料供給部４の上端部の径に応じて適宜増減させてもよい。バーナコーン１０に設ける空気吹出し孔１１は、該バーナコーン１０の形や高さ寸法に応じて周方向に配列される数や上下方向の段数を図示した数から適宜増減させるようにしてもよい。更に、上記バーナコーン１０の最上段の空気吹出し孔１１は、最上段を除く段の空気吹出し孔１１の周方向に隣接するもの同士の間の上方位置に、少なくとも１つ以上の空気吹出し孔１１が配置されるようにしてあれば、周方向の孔数を、他の段の孔数の２倍以上とするようにしてもよい。

上記バーナコーン１０の最上段を除く段の各空気吹出し孔１１は、上記燃料噴出口１３及び気化燃料噴出ノズル１４の周方向配置と位相をずらして設けることが好ましいが、同位相に配置されていてもよい。

低カロリー燃料供給管６の上端開口に連通させて取り付ける円筒部材５２は、周壁に内外方向に貫通する多数の小孔を具備して、アノードオフガス９や任意の低カロリー燃料９ａが周壁の小孔を内側から外側へ通過するときにわずかな圧損が生じるようにしてあって、上記低カロリー燃料供給管６の上端開口より該円筒部材５２の内部に供給されるアノードオフガス９や任意の低カロリー燃料９ａを周方向に均等に分散させることができるようにしてあれば、たとえば、周壁がメッシュで構成されたもの等、パンチ板製以外の円筒部材５２を用いるようにしてもよい。

バーナコア３に取り付けるカートリッジヒータ５５の数は、該バーナコア３のサイズや、カートリッジヒータ５５の加熱能力に応じて適宜増減してもよい。

本発明の液体燃料と低カロリー燃料の混合バーナ装置は、低カロリー燃料であるアノードオフガス９の追焚き燃料８として燃焼時に予め気化が必要な液体燃料を使用する形式の燃料処理装置であれば、いかなる形式の燃料処理装置に適用してもよい。

低カロリー燃料９ａとしては、未燃の可燃成分を含む気体であれば、たとえば、水素分離膜の未透過ガス等、アノードオフガス以外のいかなる低カロリー燃料の燃焼にも適用してもよい。

追焚き燃料８は、燃焼時に予め気化させることが必要とされる液体の燃料であれば、灯油以外の液体の燃料を用いるようにしてもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

３ バーナコア
４ 気化燃料供給部
６ 低カロリー燃料供給管
８ 追焚き燃料（液体燃料）
９ アノードオフガス（低カロリー燃料）
９ａ 低カロリー燃料
１０ バーナコーン
１１ 空気吹出し孔
１２ クラウンタワー
１３ 燃料噴出口
１４ 気化燃料噴出ノズル
１９ 燃料気化管
５２ 円筒部材
５３ 内挿棒
５４ ヒータ収納穴
５５ カートリッジヒータ
６２ さや管
６３ 熱電対

Claims (5)

1. バーナコアの上側に、中空円筒状として周壁の上下方向の多段位置に周方向所要間隔で多数の空気吹出し孔を穿設してなるバーナコーンを設け、上記バーナコアの中央部に、上端を吐出側の開口とした低カロリー燃料供給管と気化燃料供給部を取り付けて、上記低カロリー燃料供給管の上端開口に、貫通する多数の小孔を具備してなる円筒部材の下端部を連通させて取り付け、上方と周方向が閉塞されて周壁に周方向所要間隔で燃料噴出口を設けてなるクラウンタワーを、上記円筒部材と低カロリー燃料供給管の上端部と気化燃料供給部の上端部を覆うように設けると共に、該クラウンタワーの上部内面に上記円筒部材の上端側を取り付けて、上記低カロリー燃料供給管の上端開口より吐出される低カロリー燃料を上記円筒部材の内部へ一旦受けてから該円筒部材の小孔を通過させてクラウンタワー内へ均等に分散させることができるようにし、更に、上記気化燃料供給部の上端部外周面に、上記クラウンタワーの各燃料噴出口に個別に臨む気化燃料噴出ノズルを備え、該気化燃料供給部の下端側に、液体燃料を所要温度に加熱して気化させるための燃料気化管を接続してなる構成を有することを特徴とする液体燃料と低カロリー燃料の混合バーナ装置。
2. バーナコアの上側に、中空円筒状として周壁の上下方向の多段位置に周方向所要間隔で多数の空気吹出し孔を穿設してなるバーナコーンを設け、上記バーナコアの中央部に、上端を吐出側の開口とした低カロリー燃料供給管と気化燃料供給部を取り付けて、上記低カロリー燃料供給管の上端開口に、貫通する多数の小孔を具備してなる円筒部材の下端部を連通させて取り付け、上方と周方向が閉塞されて周壁に周方向所要間隔で燃料噴出口を設けてなるクラウンタワーを、上記円筒部材と低カロリー燃料供給管の上端部と気化燃料供給部の上端部を覆うように設けると共に、該クラウンタワーの上部内面に上記円筒部材の上端側を取り付けて、上記低カロリー燃料供給管の上端開口より吐出される低カロリー燃料を上記円筒部材の内部へ一旦受けてから該円筒部材の小孔を通過させてクラウンタワー内へ均等に分散させることができるようにし、更に、上記気化燃料供給部の上端部外周面に、上記クラウンタワーの各燃料噴出口に個別に臨む気化燃料噴出ノズルを備え、該気化燃料供給部の下端側に、液体燃料を所要温度に加熱して気化させるための燃料気化管を接続し、且つ該燃料気化管に、内挿棒をほぼ全長に亘り内挿してなる構成を有することを特徴とする液体燃料と低カロリー燃料の混合バーナ装置。
3. バーナコーンの周壁の最上段に設ける空気吹出し孔の周方向の配列ピッチを、他の段の空気吹出し孔の周方向の配列ピッチより小さくして、最上段の空気吹出し孔の孔数を他の段の倍以上にした請求項１又は２記載の液体燃料と低カロリー燃料の混合バーナ装置。
4. バーナコアの下面にヒータ収納穴を設け、該ヒータ収納穴にカートリッジヒータを下方から取外し可能に挿入して取り付け、更に、燃料気化管を上記バーナコアの外周面部に巻き付けて配置するようにした請求項１、２又は３記載の液体燃料と低カロリー燃料の混合バーナ装置。
5. 低カロリー燃料供給管と円筒部材の中心部に熱電対用さや管を同心状に配置すると共に、該さや管の上端部をクラウンタワーの上端面部に貫通させて取り付け、該さや管に、下方から、先端部が該さや管の上端部より所要寸法上方に突出する長さ寸法としてある熱電対を取外し可能に挿入して取り付けるようにした請求項１、２、３又は４記載の液体燃料と低カロリー燃料の混合バーナ装置。

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