JP2014035182A - Combustion apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a combustion apparatus for reducing generation of NOx by securing more time for mixing fuel and air and uniformly mixing fuel and air by forming a flame at a position spaced apart from an outlet.SOLUTION: A combustion apparatus according to an embodiment of the present invention, includes: a reforming part configured in the center to reform supplied hydrocarbon based fuel and air and discharge high temperature reformed gas including hydrogen to an outlet; and a supply part configured at least at an outer side of the outlet to inject fuel and air to one side of the reformed gas discharged from the reforming part and to form a flame at a position spaced apart by a pre-set distance from the outlet.

Description

本発明は、炭化水素系燃料を改質して生成された高温の水素を含む気体を噴射し、出口から離れた位置に火炎を形成することにより、NOxの発生量を低減する燃焼装置に関するものである。   The present invention relates to a combustion apparatus that reduces the amount of NOx generated by injecting a gas containing high-temperature hydrogen produced by reforming a hydrocarbon-based fuel and forming a flame at a position away from an outlet. It is.

一般的な燃焼装置は、供給される燃料と空気を内部または外部で出会うようにして拡散火炎(diffusion flame)を形成するようになっている。この時、燃料と空気の混合程度および混合速度に応じてNOxの発生量が異なり得る。
NOxの発生量を低減するために、空気または燃料を多段噴射したり、複数段階の濃厚燃焼および希薄燃焼を行う燃焼装置が開発されている。しかし、多段燃焼は、火炎の長さを長くし、該燃焼装置の構造を複雑化する。
これを解決するために、燃料と空気を急速に混合することにより、NOxの発生量を低減する燃焼装置が開発されている。この場合、燃焼装置は、火炎の点火のための点火器を必要とし、火炎を燃焼装置に定着および安定させるためのパイロット火炎(pilot flame)を燃焼装置の出口に形成しなければならない。つまり、パイロット火炎がなければ、火炎が燃焼装置の出口から離れて消えてしまう(blow off)。
A typical combustion device is configured to form a diffusion flame by meeting supplied fuel and air inside or outside. At this time, the amount of NOx generated may vary depending on the degree of mixing of fuel and air and the mixing speed.
In order to reduce the amount of NOx generated, a combustion apparatus has been developed that injects air or fuel in multiple stages, or performs multiple stages of rich combustion and lean combustion. However, multistage combustion increases the length of the flame and complicates the structure of the combustion apparatus.
In order to solve this problem, combustion apparatuses that reduce the amount of NOx generated by rapidly mixing fuel and air have been developed. In this case, the combustion apparatus requires an igniter for ignition of the flame, and a pilot flame must be formed at the outlet of the combustion apparatus for fixing and stabilizing the flame in the combustion apparatus. In other words, if there is no pilot flame, the flame will disappear away from the outlet of the combustion device (blow off).

本発明の目的は、火炎を出口から離れた位置に形成することにより、燃料と空気の混合時間をさらに確保し、燃料と空気の混合を均一にすることにより、NOxの発生量を低減する燃焼装置を提供することである。
また、本発明の目的は、燃料を改質して水素が含まれた改質ガスを出口の中心から供給し、ブローオフされない状態で火炎を出口から離れた位置に形成する燃焼装置を提供することである。
An object of the present invention is to form a flame at a position away from the outlet, thereby further ensuring the mixing time of fuel and air, and making the mixing of fuel and air uniform, thereby reducing the amount of NOx generated. Is to provide a device.
Another object of the present invention is to provide a combustion apparatus that reforms fuel and supplies reformed gas containing hydrogen from the center of the outlet, and forms a flame at a position away from the outlet without being blown off. It is.

本発明の一実施形態にかかる燃焼装置は、供給される炭化水素系燃料と空気を改質し、水素が含まれた高温の改質ガスを出口に吐出するように中心側に形成される改質部と、前記改質部から吐出される前記改質ガスの一側に燃料と空気を噴射し、前記出口から距離だけ離隔した位置に火炎を形成するように少なくとも前記出口の外側に備えられる供給部とを含む。   A combustion apparatus according to an embodiment of the present invention is a reformer formed on the center side so as to reform supplied hydrocarbon-based fuel and air and discharge a high-temperature reformed gas containing hydrogen to an outlet. And at least the outside of the outlet so as to form a flame at a position spaced apart from the outlet by injecting fuel and air into one side of the reforming portion and the reformed gas discharged from the reforming portion. Including a supply unit.

前記改質部に供給される燃料と空気の混合物において、炭化水素系燃料の場合、当量比は、部分酸化の理論当量比以上であり、燃焼の理論当量比未満であり得る。   In the mixture of fuel and air supplied to the reforming section, in the case of hydrocarbon fuel, the equivalent ratio may be equal to or higher than the theoretical equivalent ratio of partial oxidation and lower than the theoretical equivalent ratio of combustion.

前記改質部は、電気的に接地される第1ハウジングと、前記第1ハウジングの内側中央に離隔装着され、電圧が印加される電極とを含むことができる。   The reformer may include a first housing that is electrically grounded, and an electrode that is spaced apart from the inner center of the first housing and to which a voltage is applied.

前記第1ハウジングは、前記電極との間に放電間隙を形成し、燃料と空気を部分酸化条件で反応させる放電部と、前記放電部で反応して吐出される気体を安定させるように前記放電部で拡張形成される拡張部とを含むことができる。   The first housing forms a discharge gap between the electrode and the discharge part that reacts fuel and air under partial oxidation conditions, and the discharge that reacts in the discharge part and stabilizes the discharged gas. And an extension part formed to be extended at the part.

前記供給部は、前記改質部から吐出される前記改質ガスの外側に燃料と空気を噴射できるように形成される。   The supply unit is formed so that fuel and air can be injected outside the reformed gas discharged from the reforming unit.

前記供給部は、前記第1ハウジングの外周に離隔配置される第2ハウジングと、前記第2ハウジングの外周に離隔配置される第3ハウジングとを含み、前記第1ハウジングと前記第2ハウジングとの間に形成される燃料通路と、前記第2ハウジングと前記第3ハウジングとの間に形成される空気通路とをさらに含むことができる。   The supply unit includes a second housing spaced apart on the outer periphery of the first housing and a third housing spaced apart on the outer periphery of the second housing, and the first housing and the second housing It may further include a fuel passage formed therebetween and an air passage formed between the second housing and the third housing.

前記空気通路は、前記第2ハウジングと前記第1ハウジングとを連結する通路連結部材により、前記燃料通路にわたって前記放電部に連結できる。   The air passage can be connected to the discharge portion across the fuel passage by a passage connecting member that connects the second housing and the first housing.

前記第2ハウジングは、前記燃料通路の一側に側壁を形成し、前記第1ハウジングは、前記側壁にねじ結合または溶接などの方法で連結できる。   The second housing may have a side wall on one side of the fuel passage, and the first housing may be connected to the side wall by a method such as screw connection or welding.

前記第1ハウジングは、前記第2ハウジングの側壁に向かって突出する結合部をさらに形成し、前記燃料通路は、前記第1ハウジングの一側中央に形成される流入側と、前記第1ハウジングの外周側に連結する供給側とを含み、前記結合部は、前記流入側と前記供給側とを連結する貫通口を形成することができる。   The first housing further forms a coupling portion that protrudes toward a side wall of the second housing, and the fuel passage includes an inflow side formed at one side center of the first housing; And a supply side connected to the outer peripheral side, and the coupling portion may form a through-hole connecting the inflow side and the supply side.

前記第2ハウジングの側壁の反対側において、前記第1ハウジングの端部は、前記第2ハウジングの長手方向で、前記第2ハウジングの端部と間隔を形成するように前記第2ハウジングの直径方向で外郭に突出形成されるフランジをさらに含み、前記フランジと前記第2ハウジングの端部との間に設定される前記間隔は、前記燃料通路の供給側を前記第2ハウジングの直径方向の外郭に開放できる。   On the opposite side of the side wall of the second housing, the end of the first housing is in the longitudinal direction of the second housing, and the diametrical direction of the second housing is spaced from the end of the second housing. And the gap set between the flange and the end of the second housing is arranged so that the supply side of the fuel passage is in the diametrical outline of the second housing. It can be opened.

前記第2ハウジングの端部と前記第3ハウジングの端部は、前記直径方向で同一線上に配置できる。   The end of the second housing and the end of the third housing can be arranged on the same line in the diametrical direction.

前記第1ハウジングは、前記電極に向かって空気を噴射する空気噴射口を形成する内側部材と、前記内側部材の外周に結合され、前記空気噴射口に噴射される空気を受けて収容するチャンバを形成する外側部材とを含むことができる。   The first housing includes an inner member that forms an air injection port that injects air toward the electrode, and a chamber that is coupled to the outer periphery of the inner member and receives and stores the air injected to the air injection port. And an outer member to be formed.

前記空気噴射口は、前記内側部材で円周方向に離隔して複数配置され、前記内側部材の直径方向に対して傾斜した角度を有することができる。   A plurality of the air injection ports may be spaced apart in the circumferential direction by the inner member and may have an angle inclined with respect to the diameter direction of the inner member.

前記供給部は、前記改質部から吐出される前記改質ガスの外側で前記改質ガスの吐出方向と並ぶ方向に燃料と空気を噴射するように形成できる。   The supply unit may be formed so as to inject fuel and air in a direction aligned with a discharge direction of the reformed gas outside the reformed gas discharged from the reforming unit.

前記供給部は、前記第1ハウジングの外周に離隔配置される第2ハウジングと、前記第2ハウジングの外周に離隔配置される第3ハウジングとを含み、前記第1ハウジングと前記第2ハウジングとの間に形成される燃料通路と、前記第2ハウジングと前記第3ハウジングとの間に形成される空気通路とをさらに含み、前記第1ハウジングの端部は、前記第2ハウジングの端部の内側に配置され、前記第1ハウジングの直径方向で内側に突出形成されるフランジを形成することができる。   The supply unit includes a second housing spaced apart on the outer periphery of the first housing and a third housing spaced apart on the outer periphery of the second housing, and the first housing and the second housing And an air passage formed between the second housing and the third housing, wherein the end of the first housing is inside the end of the second housing. And a flange that protrudes inwardly in the diameter direction of the first housing.

前記第1ハウジングの端部と前記第2ハウジングの端部は互いに並んで形成され、前記第1ハウジングの端部と前記第2ハウジングの端部との間に第1スワラーが設けられ、前記第2ハウジングの端部と前記第3ハウジングの端部との間に第2スワラーが設けられ得る。   The end of the first housing and the end of the second housing are formed side by side, and a first swirler is provided between the end of the first housing and the end of the second housing. A second swirler may be provided between the end of the second housing and the end of the third housing.

このように、本発明の一実施形態は、改質部で燃料を改質して水素を含む改質ガスを吐出し、供給部に出口の外側に燃料と空気を供給することにより、出口から設定された距離だけ離隔した位置に火炎を安定的に形成することができる。   Thus, in one embodiment of the present invention, the reforming unit reforms the fuel, discharges the reformed gas containing hydrogen, and supplies the fuel and air to the outside of the outlet to the supply unit. A flame can be stably formed at a position separated by a set distance.

したがって、燃焼装置において、出口と火炎の離隔距離に相応するだけ、供給部から供給する燃料と空気の混合時間をさらに確保することができる。混合時間の延長により、燃料と空気の混合はより均一になり、これにより、NOxの発生量が低減できる。   Therefore, in the combustion apparatus, it is possible to further ensure the mixing time of the fuel and air supplied from the supply unit as much as the distance between the outlet and the flame. By extending the mixing time, the mixing of fuel and air becomes more uniform, thereby reducing the amount of NOx generated.

本発明の第1実施形態にかかる燃焼装置の部分断面斜視図である。1 is a partial cross-sectional perspective view of a combustion apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図1に示された燃焼装置の断面図である。It is sectional drawing of the combustion apparatus shown by FIG. 図2のIII−III線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the III-III line of FIG. 図1の燃焼装置で燃料を燃焼する時の火炎の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the flame at the time of burning a fuel with the combustion apparatus of FIG. 従来技術にかかる燃焼装置で燃料を燃焼する時の火炎の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the flame when burning a fuel with the combustion apparatus concerning a prior art. 本発明の第2実施形態にかかる燃焼装置の断面図である。It is sectional drawing of the combustion apparatus concerning 2nd Embodiment of this invention.

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は、種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。図面において、本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたり、同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付した。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily implement the embodiments. However, the present invention can be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts not necessary for the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and the same reference numerals are given to the same or similar components throughout the specification.

図1は、本発明の第1実施形態にかかる燃焼装置の部分断面斜視図であり、図2は、図1に示された燃焼装置の断面図であり、図3は、図2のIII−III線に沿った断面図である。   FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view of a combustion apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the combustion apparatus shown in FIG. 1, and FIG. It is sectional drawing along a III line.

図1ないし図3を参照すれば、第1実施形態の燃焼装置1は、炭化水素系燃料を水素が含まれた高温の改質ガスに改質する改質部100と、燃焼装置1の出口101に燃料と空気を噴射する供給部200とを含む。   1 to 3, a combustion apparatus 1 according to the first embodiment includes a reforming unit 100 that reforms a hydrocarbon-based fuel into a high-temperature reformed gas containing hydrogen, and an outlet of the combustion apparatus 1. 101 includes a supply unit 200 for injecting fuel and air.

改質ガスに含まれている水素は、燃焼速度および拡散速度で速い性質を有する。したがって、改質部100から供給される高温の改質ガスおよび水素は、燃焼装置1の出口101から離隔した位置に火炎Fが形成されるようにし、また、この火炎Fのブローオフ(blow off)を防止する。つまり、改質ガスおよび水素は、燃焼装置1の出口101から離隔した位置で火炎Fを安定化させることができる。   Hydrogen contained in the reformed gas has a high property in terms of combustion rate and diffusion rate. Therefore, the high-temperature reformed gas and hydrogen supplied from the reforming unit 100 cause a flame F to be formed at a position separated from the outlet 101 of the combustion apparatus 1, and the flame F is blown off. To prevent. That is, the reformed gas and hydrogen can stabilize the flame F at a position separated from the outlet 101 of the combustion apparatus 1.

このために、改質部100は、燃焼装置1の中心側に備えられ、供給される燃料を部分酸化条件で反応させ、高温の水素が含まれたガスに改質し、この水素および改質ガスを出口101に吐出するように構成される。   For this purpose, the reforming unit 100 is provided on the center side of the combustion apparatus 1, reacts the supplied fuel under partial oxidation conditions, reforms it into a gas containing high-temperature hydrogen, and this hydrogen and reforming It is configured to discharge gas to the outlet 101.

改質部100から吐出される改質ガスは、出口101から前方(火炎F側)に噴射されることにより、供給部200から供給される燃料と空気の燃焼による火炎Fを押し、燃焼装置1の出口101から設定された距離Lだけ離隔した位置で安定的に維持させる。   The reformed gas discharged from the reforming unit 100 is injected forward (flame F side) from the outlet 101, thereby pushing the flame F generated by the combustion of fuel and air supplied from the supply unit 200, and the combustion apparatus 1. It is stably maintained at a position separated from the outlet 101 by a distance L set.

本実施形態において、改質部100は、燃焼装置1に一体に備えられるため、供給部200から出口101に供給される空気および燃料に向かって水素を安定的に供給できるようにする。したがって、改質部100は、簡単な構成で水素を供給できるようにし、つまり、水素を供給するための別の装置を必要としないようにする。   In the present embodiment, the reforming unit 100 is provided integrally with the combustion apparatus 1, so that hydrogen can be stably supplied toward the air and fuel supplied from the supply unit 200 to the outlet 101. Therefore, the reforming unit 100 can supply hydrogen with a simple configuration, that is, does not require a separate device for supplying hydrogen.

供給部200は、少なくとも出口101の外側に備えられ、吐出される改質ガスの外郭に燃料と空気を噴射して火炎Fを形成するように構成される。本実施形態の供給部200は、改質部100を収容する構造に形成される。供給部200から供給される燃料および空気は、改質部100から供給される改質ガスによって出口101から設定された距離Lだけ押されるようになる。   The supply unit 200 is provided at least outside the outlet 101, and is configured to inject a fuel and air into the outline of the reformed gas to be discharged to form a flame F. The supply unit 200 of the present embodiment is formed in a structure that accommodates the reforming unit 100. The fuel and air supplied from the supply unit 200 are pushed by the distance L set from the outlet 101 by the reformed gas supplied from the reforming unit 100.

しかし、改質部100から供給される高温の改質ガスおよび水素の速い燃焼および拡散速度により、供給部200から供給される燃料および空気は、出口101から距離Lだけ離隔した位置でブローオフされることなく燃焼しながら、火炎Fを安定的に維持する。   However, fuel and air supplied from the supply unit 200 are blown off at a position separated from the outlet 101 by a distance L due to the fast combustion and diffusion rate of the high-temperature reformed gas and hydrogen supplied from the reforming unit 100. The flame F is stably maintained while burning without any problems.

出口101と火炎Fとの間に設定される離隔距離Lは、供給部200から供給される燃料と空気の混合時間をさらに長く確保する。したがって、出口101を離れた状態で、燃料と空気は離隔距離Lを進行しながら、より均一に混合できる。   The separation distance L set between the outlet 101 and the flame F ensures a longer mixing time of the fuel and air supplied from the supply unit 200. Therefore, the fuel and the air can be mixed more uniformly while traveling the separation distance L in the state where the outlet 101 is separated.

このように、本実施形態の燃焼装置1は、燃料の燃焼時、改質部100で生成される高温の改質ガスおよび水素の速い燃焼および拡散性能を利用することにより、NOxの発生量を大きく低減することができる。   As described above, the combustion apparatus 1 of the present embodiment uses the high-temperature reformed gas generated in the reforming unit 100 and the rapid combustion and diffusion performance of hydrogen during the combustion of fuel to reduce the amount of NOx generated. It can be greatly reduced.

改質部100で燃料と空気の混合比が過度に過濃であれば、部分酸化反応が起こらず水素が発生しない。逆に、改質部100で燃料と空気の混合比が過度に燃焼比に近ければ、火炎が改質部100内にのみ維持され、水素が発生しない。   If the mixing ratio of the fuel and air is excessively excessive in the reforming unit 100, the partial oxidation reaction does not occur and hydrogen is not generated. On the contrary, if the mixing ratio of the fuel and air is excessively close to the combustion ratio in the reforming unit 100, the flame is maintained only in the reforming unit 100, and hydrogen is not generated.

このように、改質部100で水素が発生しなければ、供給部200に供給される燃料および空気の燃焼で形成される火炎は、燃焼装置1の出口101で消えてしまう。したがって、燃料と空気の混合物は適切な当量比を持たなければならない。   Thus, if hydrogen is not generated in the reforming unit 100, the flame formed by the combustion of the fuel and air supplied to the supply unit 200 disappears at the outlet 101 of the combustion apparatus 1. Therefore, the fuel and air mixture must have an appropriate equivalence ratio.

例えば、炭化水素系燃料において、部分酸化の理論当量比が0.5であり、燃焼の理論当量比が2.0であるので、改質部100において、燃料と空気の混合物で主成分がメタンの液化天然ガス(LNG)の場合、O/Cの比は0.7〜1.9の間の範囲である。 For example, in a hydrocarbon-based fuel, the theoretical equivalent ratio of partial oxidation is 0.5 and the theoretical equivalent ratio of combustion is 2.0. Therefore, in the reforming unit 100, the main component is methane in a mixture of fuel and air. For liquefied natural gas (LNG), the O 2 / C ratio ranges between 0.7 and 1.9.

燃焼装置1についてより具体的に説明すれば、改質部100は、空気を供給し電気的に接地される第1ハウジング10と、第1ハウジング10の内側中央に離隔装着され、燃料を供給し電圧HVが印加される電極Eとを含む。   More specifically, the reforming unit 100 is provided with a first housing 10 that is supplied with air and is electrically grounded, and is spaced apart from the inner center of the first housing 10 to supply fuel. And an electrode E to which the voltage HV is applied.

電極Eに電圧HVを印加すると、電極Eと第1ハウジング10との間で混合された燃料と空気にプラズマ放電が発生する。この時、燃料は部分酸化され、水素を含む高温の改質ガス状態をなす。   When the voltage HV is applied to the electrode E, plasma discharge is generated in the fuel and air mixed between the electrode E and the first housing 10. At this time, the fuel is partially oxidized to form a high-temperature reformed gas containing hydrogen.

第1ハウジング10は、燃料と空気が流入して改質された改質ガスの吐出方向に沿って設定される放電部111および拡張部112を含む。放電部111は、第1ハウジング10と電極Eとの間に放電間隙Gを形成し、放電間隙Gでプラズマ放電を起こし、供給される燃料と空気を部分酸化条件で反応させて改質する。   The first housing 10 includes a discharge part 111 and an extension part 112 set along the discharge direction of the reformed gas reformed by the inflow of fuel and air. The discharge unit 111 forms a discharge gap G between the first housing 10 and the electrode E, causes plasma discharge in the discharge gap G, and reforms the supplied fuel and air by reacting under partial oxidation conditions.

拡張部112は、放電部111の一側で放電部111の直径より大きく拡張形成され、放電部111で部分酸化条件で反応して吐出される気体を安定させて吐出する。つまり、放電部111で部分酸化条件で反応した改質ガスは、拡張部112の広い空間内で再循環しながら安定化する。   The extended portion 112 is formed to be larger than the diameter of the discharge portion 111 on one side of the discharge portion 111, and stably discharges the gas discharged by reacting under the partial oxidation condition in the discharge portion 111. That is, the reformed gas reacted under the partial oxidation condition in the discharge unit 111 is stabilized while being recirculated in the wide space of the expansion unit 112.

供給部200は、第1ハウジング10の外周に離隔配置される第2ハウジング20と、第2ハウジング20の外周に離隔配置される第3ハウジング30とを含む。この時、第1ハウジング10は第2ハウジング20に収容され、第2ハウジング20は第3ハウジング30に段階的に収容される。例えば、第1、第2、第3ハウジング10、20、30は、同心円構造を形成することができる。   The supply unit 200 includes a second housing 20 spaced apart on the outer periphery of the first housing 10 and a third housing 30 spaced apart on the outer periphery of the second housing 20. At this time, the first housing 10 is accommodated in the second housing 20, and the second housing 20 is accommodated in the third housing 30 in stages. For example, the first, second, and third housings 10, 20, and 30 can form a concentric structure.

第1ハウジング10と第2ハウジング20は、離隔する互いの間に燃料通路P1を形成し、第2ハウジング20と第3ハウジング30は、離隔する互いの間に空気通路P2を形成する。燃料通路P1および空気通路P2は、一側に供給される燃料と空気を改質部100および供給部200に供給する。   The first housing 10 and the second housing 20 form a fuel passage P1 between the separated ones, and the second housing 20 and the third housing 30 form an air passage P2 between the separated ones. The fuel passage P1 and the air passage P2 supply fuel and air supplied to one side to the reforming unit 100 and the supply unit 200.

例えば、空気通路P2は、第2ハウジング20を貫通して第1ハウジング10に連結される通路連結部材22により、燃料通路P1にわたって改質部100の放電部111に連結される。空気通路P2は、空気を放電部111に供給する。また、空気通路P2は、供給部200の第2、第3ハウジング20、30の端部E2、E3の間に空気を供給する。   For example, the air passage P2 is connected to the discharge unit 111 of the reforming unit 100 over the fuel passage P1 by the passage connecting member 22 that passes through the second housing 20 and is connected to the first housing 10. The air passage P <b> 2 supplies air to the discharge unit 111. The air passage P <b> 2 supplies air between the end portions E <b> 2 and E <b> 3 of the second and third housings 20 and 30 of the supply unit 200.

例えば、第2ハウジング20は、燃料通路P1の一側に側壁21を形成し、第1ハウジング10は、第2ハウジング20の側壁21にねじ結合または溶接などの多様な方法で連結できる。ねじ結合のために、第1ハウジング10は、第2ハウジング20の側壁21に向かって突出する結合部11をさらに形成する。つまり、結合部11の雄ねじは側壁21の雌ねじにねじ結合する。   For example, the second housing 20 forms a side wall 21 on one side of the fuel passage P1, and the first housing 10 can be connected to the side wall 21 of the second housing 20 by various methods such as screw connection or welding. For the screw connection, the first housing 10 further forms a connection part 11 protruding toward the side wall 21 of the second housing 20. That is, the male screw of the coupling part 11 is screw-coupled to the female screw of the side wall 21.

この時、第1、第2ハウジング10、20の間に設定される燃料通路P1は、第1ハウジング10の一側中央に形成される流入側P11と、第1ハウジング10の外周側に連結する供給側P12とを含む。   At this time, the fuel passage P <b> 1 set between the first and second housings 10 and 20 is connected to an inflow side P <b> 11 formed at one side center of the first housing 10 and an outer peripheral side of the first housing 10. And supply side P12.

第1ハウジング10の結合部11は、燃料通路P1の流入側P11と供給側P12とを連結する貫通口12を形成する。流入側P11に流入する空気は、放電部111に供給されると同時に、結合部11の貫通口12を介して供給側P12に供給される。   The coupling portion 11 of the first housing 10 forms a through-hole 12 that connects the inflow side P11 and the supply side P12 of the fuel passage P1. The air flowing into the inflow side P11 is supplied to the discharge part 111 and simultaneously supplied to the supply side P12 through the through-hole 12 of the coupling part 11.

第2ハウジング20の側壁21の反対側において、第1ハウジング10は、第2ハウジング20の長手方向(図2中の左右方向)の一側に設定される端部E1にフランジ13を形成する。   On the opposite side of the side wall 21 of the second housing 20, the first housing 10 forms a flange 13 at an end E <b> 1 set on one side of the longitudinal direction of the second housing 20 (left and right direction in FIG. 2).

フランジ13は、第2ハウジング20の直径方向で外郭に突出形成され、第2ハウジング20の端部E2との間に間隔Cを形成する。間隔Cは、燃料通路P1の供給側P12を第2ハウジング20の直径方向の外郭に向かって開放するため、供給される燃料を第2ハウジング20の外郭方向に供給できるようにする。   The flange 13 protrudes outward in the diameter direction of the second housing 20, and forms a gap C with the end E <b> 2 of the second housing 20. The interval C opens the supply side P12 of the fuel passage P1 toward the outer surface of the second housing 20 in the diametrical direction, so that the supplied fuel can be supplied in the outer direction of the second housing 20.

この時、第2ハウジング20の端部E2と第3ハウジング30の端部E3は、直径方向で同一線上に配置され、空気通路P2に供給される空気を両端部E2、E3の間に供給される燃料と混合できるようにする。   At this time, the end E2 of the second housing 20 and the end E3 of the third housing 30 are arranged on the same line in the diameter direction, and the air supplied to the air passage P2 is supplied between the both ends E2 and E3. So that it can be mixed with fuel.

つまり、燃料通路P1に供給される燃料は、間隔Cを介して空気通路P2の端に供給され、空気通路P2に供給される空気と混合され、燃焼装置1から出口101の前方に吐出されて火炎Fを形成する。   That is, the fuel supplied to the fuel passage P1 is supplied to the end of the air passage P2 via the interval C, mixed with the air supplied to the air passage P2, and discharged from the combustion device 1 to the front of the outlet 101. A flame F is formed.

第2ハウジング20の側壁21に対する第1ハウジング10の結合部11の締結範囲に応じて間隔Cの大きさを調整することができる。間隔Cの大きさに応じて、空気通路P2の供給される空気の供給量に対する、燃料通路P1に供給される燃料の供給量を制御し、空気と燃料の混合比を設定することもできる。   The size of the interval C can be adjusted according to the fastening range of the coupling portion 11 of the first housing 10 with respect to the side wall 21 of the second housing 20. Depending on the size of the interval C, the amount of fuel supplied to the fuel passage P1 with respect to the amount of air supplied to the air passage P2 can be controlled to set the mixing ratio of air and fuel.

また、第1ハウジング10は、互いに結合され、長手方向に部分的に重なる内側部材14と外側部材15を含む。内側部材14は、放電部111の電極Eに向かって空気を噴射する空気噴射口16を形成する。   The first housing 10 includes an inner member 14 and an outer member 15 that are coupled to each other and partially overlap in the longitudinal direction. The inner member 14 forms an air injection port 16 that injects air toward the electrode E of the discharge unit 111.

空気噴射口16は、内側部材14で円周方向に離隔して複数配置され、内側部材14の直径方向に対して傾斜した角度θを有する(図3参照)。したがって、空気噴射口16に供給される空気は、電極Eと第1ハウジング10との間および間隙Gで円周方向に回転しながら供給される。   A plurality of air injection ports 16 are arranged in the circumferential direction on the inner member 14 and have an angle θ inclined with respect to the diameter direction of the inner member 14 (see FIG. 3). Therefore, the air supplied to the air injection port 16 is supplied while rotating in the circumferential direction between the electrode E and the first housing 10 and in the gap G.

外側部材15は、内側部材14の外周に結合され、空気噴射口16に噴射される空気を受けて収容するチャンバ17を形成する。したがって、チャンバ17は、供給される空気の圧力を一定に維持し、複数備えられる空気噴射口16に噴射される空気の量を均一にする。   The outer member 15 is coupled to the outer periphery of the inner member 14, and forms a chamber 17 that receives and stores the air injected to the air injection port 16. Therefore, the chamber 17 keeps the pressure of the supplied air constant, and makes the amount of air injected to the plurality of air injection ports 16 uniform.

一方、内側部材14と共に放電部111を形成する電極Eは、燃料を噴射する燃料噴射口26を形成する。燃料噴射口26は、燃料通路P1の流入側P11に連結され、供給される燃料を間隙Gの周囲から内側部材14の内壁に噴射する。   On the other hand, the electrode E which forms the discharge part 111 with the inner member 14 forms a fuel injection port 26 for injecting fuel. The fuel injection port 26 is connected to the inflow side P11 of the fuel passage P1, and injects the supplied fuel from the periphery of the gap G to the inner wall of the inner member 14.

放電部111の間隙Gに噴射された燃料は、空気噴射口16に噴射される回転する空気と混合され、電極Eと内側部材14との間に設定される電圧HVによって回転アークを起こしながら、部分酸化条件で反応する。つまり、燃料は、水素を含む高温の気体に改質される。   The fuel injected into the gap G of the discharge part 111 is mixed with the rotating air injected into the air injection port 16 and causes a rotating arc by the voltage HV set between the electrode E and the inner member 14, Reacts under partial oxidation conditions. That is, the fuel is reformed into a high-temperature gas containing hydrogen.

放電部111で改質された水素および改質ガスは、拡張部112内で再循環しながら安定化され、出口101に吐出される。吐出される水素および改質ガスは、出口101の前方から設定された範囲の距離L内で押す力として作用し、供給部200に供給される燃料および空気が距離Lの範囲外に押し出される。   The hydrogen and reformed gas reformed in the discharge unit 111 are stabilized while being recirculated in the expansion unit 112 and discharged to the outlet 101. The discharged hydrogen and reformed gas act as a pushing force within a range L set in front of the outlet 101, and the fuel and air supplied to the supply unit 200 are pushed out of the range of the distance L.

したがって、供給部200に供給される燃料および空気は、水素および改質ガスの領域の外部を通して距離Lの範囲外に至らせる。これと同時に、改質ガスは高温状態を維持し、水素は速い燃焼および拡散速度を有する。したがって、供給部200に供給される燃料および空気は、距離Lの範囲外で希薄燃焼を実現しながら、火炎Fを安定的に維持する。   Accordingly, the fuel and air supplied to the supply unit 200 reach outside the range of the distance L through the outside of the hydrogen and reformed gas regions. At the same time, the reformed gas remains hot and hydrogen has a fast combustion and diffusion rate. Therefore, the fuel and air supplied to the supply unit 200 stably maintain the flame F while realizing lean combustion outside the range of the distance L.

供給部200に供給される燃料および空気は、距離Lだけ進行しながら、追加の混合時間を有し、より均一な状態に混合されて希薄燃焼を実現する。したがって、燃料の燃焼時、NOxの発生量が低減できる。   The fuel and air supplied to the supply unit 200 travel for a distance L, have an additional mixing time, and are mixed in a more uniform state to realize lean combustion. Therefore, the amount of NOx generated during fuel combustion can be reduced.

図4は、図1の燃焼装置1で燃料を燃焼する時の火炎の状態を示す写真であり、図5は、従来技術にかかる燃焼装置2で燃料を燃焼する時の火炎の状態を示す写真である。   FIG. 4 is a photograph showing the state of the flame when the fuel is burned by the combustion apparatus 1 of FIG. 1, and FIG. 5 is a photograph showing the state of the flame when the fuel is burned by the combustion apparatus 2 according to the prior art. It is.

図4および図5を参照すれば、従来の燃焼装置2は、出口に近接して火炎F2を形成する。これに対し、本発明の燃焼装置1は、出口101から距離Lだけ離隔した位置に火炎Fを安定的に形成する。出口101の中央部で火炎Fが形成されていないことを確認することができる。   Referring to FIGS. 4 and 5, the conventional combustion apparatus 2 forms a flame F2 close to the outlet. On the other hand, the combustion apparatus 1 of the present invention stably forms the flame F at a position separated from the outlet 101 by a distance L. It can be confirmed that the flame F is not formed at the center of the outlet 101.

以下、本発明の第2実施形態について説明する。第1実施形態と比較して、同一の構成に関する説明を省略し、互いに異なる構成を説明する。   Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. Compared to the first embodiment, description of the same configuration is omitted, and different configurations are described.

図6は、本発明の第2実施形態にかかる燃焼装置の断面図である。図6を参照すれば、第2実施形態の燃焼装置3において、供給部300は、改質部100から吐出される水素が含まれた改質ガスの外側で改質ガスの吐出方向と並ぶ方向に燃料と空気を噴射するように形成される。   FIG. 6 is a cross-sectional view of a combustion apparatus according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, in the combustion apparatus 3 according to the second embodiment, the supply unit 300 is arranged in the direction aligned with the discharge direction of the reformed gas outside the reformed gas containing hydrogen discharged from the reforming unit 100. It is formed to inject fuel and air.

例えば、第1ハウジング10の端部E21は、第2ハウジング20の端部E22の内側に配置され、第1ハウジング10の直径方向で内側に突出形成されるフランジ23を備える。   For example, the end E <b> 21 of the first housing 10 includes a flange 23 that is disposed inside the end E <b> 22 of the second housing 20 and protrudes inward in the diameter direction of the first housing 10.

フランジ23は、放電部111で出口102を狭く形成することにより、出口102を介して噴出される水素が含まれた改質ガスの速度を低下させたり調整することができる。   The flange 23 can reduce or adjust the speed of the reformed gas containing hydrogen ejected through the outlet 102 by narrowing the outlet 102 at the discharge portion 111.

第3ハウジング30の端部E23は、第2ハウジング20の端部E22と共に、出口102に並んで配置される。燃料通路P1を形成する第1、第2ハウジング10、20の端部E21、E22の間に第1スワラーS1が備えられ、排出される燃料を旋回させる。空気通路P2を形成する第2、第3ハウジング20、30の端部E22、E23の間に第2スワラーS2が備えられ、排出される空気を旋回させる。   The end E23 of the third housing 30 is arranged alongside the outlet 102 together with the end E22 of the second housing 20. A first swirler S1 is provided between the end portions E21 and E22 of the first and second housings 10 and 20 forming the fuel passage P1, and swirls the discharged fuel. A second swirler S2 is provided between the end portions E22 and E23 of the second and third housings 20 and 30 that form the air passage P2, and swirls the discharged air.

したがって、第1、第2ハウジング10、20の端部E21、E22の間に排出される燃料と、第2、第3ハウジング20、30の端部E22、E23の間に排出される空気は、第1、第2スワラーS1、S2によって旋回しながら混合され、改質ガスの吐出方向に並ぶ方向に旋回しながら吐出できる。   Therefore, the fuel discharged between the ends E21 and E22 of the first and second housings 10 and 20 and the air discharged between the ends E22 and E23 of the second and third housings 20 and 30 are It is mixed while swirling by the first and second swirlers S1 and S2, and can be discharged while swirling in a direction aligned with the discharge direction of the reformed gas.

第1、第2スワラーS1、S2によって混合された燃料と空気は、改質ガスの吐出速度に応じて出口102から離隔距離Lだけ離れ、消えることなく火炎Fを形成することができる。   The fuel and air mixed by the first and second swirlers S1 and S2 are separated from the outlet 102 by a separation distance L according to the discharge speed of the reformed gas, and can form the flame F without disappearing.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属することは当然である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications may be made within the scope of the claims, the detailed description of the invention, and the attached drawings. Of course, this is also within the scope of the present invention.

10、20、30:第1、第2、第3ハウジング
11:結合部
12:貫通口
13、23:フランジ
14:内側部材
15:外側部材
16:空気噴射口
17:チャンバ
21:側壁
100:改質部
101、102:出口
111:放電部
112:拡張部
200:供給部
300:供給部
C:間隔
E1、E2、E3、E21、E22、E23:端部
F:火炎
L:距離
P1:燃料通路
P11:流入側
P12:供給側
P2:空気通路
1、2、3:燃焼装置
S1:第1スワラー
S2:第2スワラー
10, 20, 30: first, second, third housing 11: coupling portion 12: through-hole 13, 23: flange 14: inner member 15: outer member 16: air injection port 17: chamber 21: side wall 100: modified Mass part 101, 102: Exit 111: Discharge part 112: Expansion part 200: Supply part 300: Supply part C: Spaces E1, E2, E3, E21, E22, E23: End part F: Flame L: Distance P1: Fuel passage P11: Inflow side P12: Supply side P2: Air passages 1, 2, 3: Combustion device S1: First swirler S2: Second swirler

Claims (16)

供給される炭化水素系燃料と空気を改質し、水素が含まれた高温の改質ガスを出口に吐出するように中心側に形成される改質部と、
前記改質部から吐出される前記改質ガスの一側に燃料と空気を噴射し、前記出口から距離だけ離隔した位置に火炎を形成するように少なくとも前記出口の外側に備えられる供給部とを含むことを特徴とする燃焼装置。
A reforming section formed on the center side so as to reform the supplied hydrocarbon-based fuel and air and discharge a high-temperature reformed gas containing hydrogen to the outlet;
A supply unit provided at least outside the outlet so as to inject fuel and air into one side of the reformed gas discharged from the reforming unit and form a flame at a position spaced apart from the outlet by a distance; Combustion apparatus characterized by including.
前記改質部に供給される燃料と空気の混合物において、炭化水素系燃料の場合、当量比は部分酸化の理論当量比以上であり、燃焼の理論当量比未満であることを特徴とする請求項1に記載の燃焼装置。   The mixture of fuel and air supplied to the reforming section is characterized in that, in the case of hydrocarbon fuel, the equivalent ratio is equal to or higher than the theoretical equivalent ratio of partial oxidation and lower than the theoretical equivalent ratio of combustion. The combustion apparatus according to 1. 前記改質部は、
電気的に接地される第1ハウジングと、
前記第1ハウジングの内側中央に離隔装着され、電圧が印加される電極とを含むことを特徴とする請求項1に記載の燃焼装置。
The reformer is
A first housing that is electrically grounded;
2. The combustion apparatus according to claim 1, further comprising an electrode that is separately mounted at an inner center of the first housing and to which a voltage is applied.
前記第1ハウジングは、
前記電極との間に放電間隙を形成し、燃料と空気を部分酸化条件で反応させる放電部と、
前記放電部で反応して吐出される気体を安定させるように前記放電部で拡張形成される拡張部とを含むことを特徴とする請求項3に記載の燃焼装置。
The first housing is
A discharge gap that forms a discharge gap between the electrode and reacts fuel and air under partial oxidation conditions;
The combustion apparatus according to claim 3, further comprising: an extension part that is extended and formed at the discharge part so as to stabilize the gas discharged by reacting at the discharge part.
前記供給部は、
前記改質部から吐出される前記改質ガスの外側に燃料と空気を噴射するように形成されることを特徴とする請求項3または4に記載の燃焼装置。
The supply unit
5. The combustion apparatus according to claim 3, wherein the combustion apparatus is configured to inject fuel and air to the outside of the reformed gas discharged from the reforming unit.
前記供給部は、
前記第1ハウジングの外周に離隔配置される第2ハウジングと、
前記第2ハウジングの外周に離隔配置される第3ハウジングとを含み、
前記第1ハウジングと前記第2ハウジングとの間に形成される燃料通路と、
前記第2ハウジングと前記第3ハウジングとの間に形成される空気通路とをさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の燃焼装置。
The supply unit
A second housing spaced apart from the outer periphery of the first housing;
A third housing spaced apart on the outer periphery of the second housing,
A fuel passage formed between the first housing and the second housing;
The combustion apparatus according to claim 5, further comprising an air passage formed between the second housing and the third housing.
前記空気通路は、
前記第2ハウジングと前記第1ハウジングとを連結する通路連結部材により、前記燃料通路にわたって前記放電部に連結されることを特徴とする請求項6に記載の燃焼装置。
The air passage is
The combustion apparatus according to claim 6, wherein the combustion device is connected to the discharge portion across the fuel passage by a passage connecting member that connects the second housing and the first housing.
前記第2ハウジングは、
前記燃料通路の一側に側壁を形成し、
前記第1ハウジングは、
前記側壁にねじ結合または溶接で連結されることを特徴とする請求項6に記載の燃焼装置。
The second housing is
Forming a side wall on one side of the fuel passage;
The first housing is
The combustion apparatus according to claim 6, wherein the combustion apparatus is connected to the side wall by screw connection or welding.
前記第1ハウジングは、
前記第2ハウジングの側壁に向かって突出する結合部をさらに形成し、
前記燃料通路は、
前記第1ハウジングの一側中央に形成される流入側と、
前記第1ハウジングの外周側に連結する供給側とを含み、
前記結合部は、
前記流入側と前記供給側とを連結する貫通口を形成することを特徴とする請求項8に記載の燃焼装置。
The first housing is
A coupling portion protruding toward the side wall of the second housing is further formed;
The fuel passage is
An inflow side formed at one side center of the first housing;
A supply side connected to the outer peripheral side of the first housing,
The coupling portion is
The combustion apparatus according to claim 8, wherein a through-hole that connects the inflow side and the supply side is formed.
前記第2ハウジングの側壁の反対側において、前記第1ハウジングの端部は、
前記第2ハウジングの長手方向で、前記第2ハウジングの端部と間隔を形成するように前記第2ハウジングの直径方向で外郭に突出形成されるフランジをさらに含み、
前記フランジと前記第2ハウジングの端部との間に設定される前記間隔は、
前記燃料通路の供給側を前記第2ハウジングの直径方向の外郭に開放することを特徴とする請求項9に記載の燃焼装置。
On the opposite side of the side wall of the second housing, the end of the first housing is
A flange projecting outwardly in a diametrical direction of the second housing to form an interval with an end of the second housing in a longitudinal direction of the second housing;
The interval set between the flange and the end of the second housing is:
The combustion apparatus according to claim 9, wherein a supply side of the fuel passage is opened to a diametrical outline of the second housing.
前記第2ハウジングの端部と前記第3ハウジングの端部は、前記直径方向で同一線上に配置されることを特徴とする請求項10に記載の燃焼装置。   11. The combustion apparatus according to claim 10, wherein an end portion of the second housing and an end portion of the third housing are arranged on the same line in the diameter direction. 前記第1ハウジングは、
前記電極に向かって空気を噴射する空気噴射口を形成する内側部材と、
前記内側部材の外周に結合され、前記空気噴射口に噴射される空気を受けて収容するチャンバを形成する外側部材とを含むことを特徴とする請求項3に記載の燃焼装置。
The first housing is
An inner member that forms an air injection port for injecting air toward the electrode;
The combustion apparatus according to claim 3, further comprising: an outer member that is coupled to an outer periphery of the inner member and that forms a chamber that receives and accommodates the air injected to the air injection port.
前記空気噴射口は、
前記内側部材を円周方向に離隔して複数配置され、
前記内側部材の直径方向に対して傾斜した角度を有することを特徴とする請求項12に記載の燃焼装置。
The air injection port is
A plurality of inner members spaced apart in the circumferential direction;
The combustion apparatus according to claim 12, wherein the combustion apparatus has an angle inclined with respect to a diameter direction of the inner member.
前記供給部は、
前記改質部から吐出される前記改質ガスの外側で前記改質ガスの吐出方向と並ぶ方向に燃料と空気を噴射するように形成されることを特徴とする請求項3または4に記載の燃焼装置。
The supply unit
The fuel and air are formed so as to be ejected in a direction aligned with a discharge direction of the reformed gas outside the reformed gas discharged from the reforming unit. Combustion device.
前記供給部は、
前記第1ハウジングの外周に離隔配置される第2ハウジングと、
前記第2ハウジングの外周に離隔配置される第3ハウジングとを含み、
前記第1ハウジングと前記第2ハウジングとの間に形成される燃料通路と、
前記第2ハウジングと前記第3ハウジングとの間に形成される空気通路とをさらに含み、
前記第1ハウジングの端部は、
前記第2ハウジングの端部の内側に配置され、前記第1ハウジングの直径方向で内側に突出形成されるフランジを形成することを特徴とする請求項12に記載の燃焼装置。
The supply unit
A second housing spaced apart from the outer periphery of the first housing;
A third housing spaced apart on the outer periphery of the second housing,
A fuel passage formed between the first housing and the second housing;
An air passage formed between the second housing and the third housing;
The end of the first housing is
The combustion apparatus according to claim 12, wherein a flange is formed inside the end portion of the second housing and protrudes inward in the diameter direction of the first housing.
前記第1ハウジングの端部と前記第2ハウジングの端部は互いに並んで形成され、
前記第1ハウジングの端部と前記第2ハウジングの端部との間に第1スワラーが設けられ、
前記第2ハウジングの端部と前記第3ハウジングの端部との間に第2スワラーが設けられることを特徴とする請求項15に記載の燃焼装置。
The end of the first housing and the end of the second housing are formed side by side,
A first swirler is provided between an end of the first housing and an end of the second housing;
The combustion apparatus according to claim 15, wherein a second swirler is provided between an end of the second housing and an end of the third housing.
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