JP2874923B2 - Control device for fuel cell device and fuel cell device - Google Patents

Control device for fuel cell device and fuel cell device

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JP2874923B2
JP2874923B2 JP1329525A JP32952589A JP2874923B2 JP 2874923 B2 JP2874923 B2 JP 2874923B2 JP 1329525 A JP1329525 A JP 1329525A JP 32952589 A JP32952589 A JP 32952589A JP 2874923 B2 JP2874923 B2 JP 2874923B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、燃料電池装置の制御装置および燃料電池装
置に係り、特に燃料電池システムにおける水素製造手段
である燃料改質装置の起動,温度特性の制御に好適な燃
料電池装置の制御装置および燃料電池装置に関するもの
である。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device and a fuel cell device for a fuel cell device, and more particularly, to starting and temperature characteristics of a fuel reforming device as a hydrogen production means in a fuel cell system. The present invention relates to a control device of a fuel cell device and a fuel cell device suitable for controlling the fuel cell device.

[従来の技術] 従来のバーナ装置は、例えば、特開昭56−127108号公
報に記載のように、空気ノズルの周囲に設けられたポー
トから燃料、その外周ポートから空気が噴出する三重ポ
ート構造のノズルとなっていた。
2. Description of the Related Art A conventional burner device has a triple port structure in which fuel is ejected from a port provided around an air nozzle and air is ejected from an outer peripheral port thereof, as described in, for example, JP-A-56-127108. Nozzle.

また、燃料電子システムにおける水素製造手段である
燃料改質装置は、バーナおよび反応管から構成されてお
り、この燃料改質装置が水素を発生するまで、前記燃料
改質装置内の反応管に供給する天然ガス,水蒸気の流量
を制御している制御手段から前記反応管への系内の昇
温、および燃料電池本体で残った水素,炭酸ガス,水蒸
気等の混合ガスであるアノード排ガスを前記改質装置内
のバーナに供給する系内の昇温を窒素により行なってい
た。このため、系内の昇温に時間がかかっていた。ま
た、昇温用窒素を大気に放出しており、窒素ガスの再利
用が配慮されていなかった。
The fuel reformer, which is a means for producing hydrogen in the fuel electronic system, includes a burner and a reaction tube, and supplies the fuel to the reaction tube in the fuel reformer until the fuel reformer generates hydrogen. The temperature in the system from the control means for controlling the flow rates of the natural gas and steam to be supplied to the reaction tube is increased, and the anode exhaust gas, which is a mixed gas of hydrogen, carbon dioxide, steam and the like, remaining in the fuel cell body, is subjected to the above-mentioned modification. The temperature in the system for supplying to the burner in the heating apparatus was raised by nitrogen. For this reason, it took time to raise the temperature in the system. In addition, nitrogen for temperature rise is released to the atmosphere, and no consideration is given to reusing nitrogen gas.

[発明が解決しようとする課題] 従来の燃料改質装置内のバーナの燃料切替は、システ
ム起動時には天然ガス燃焼、運転時には燃料電池本体で
残った燃料であるアノード排ガスの2種類の燃料で燃焼
を行うが、天然ガス燃焼から燃料電池本体で残った燃料
のアノード排ガス燃料への切替においては、燃料電池本
体からバーナへの燃料供給系内を昇温後、燃料を供給し
ないと燃料電池から前記バーナへの供給燃料であるアノ
ード排ガス燃料内に含まれている水蒸気が系内でドレン
化し、それまで天然ガスと燃焼用空気で燃焼しているバ
ーナを失火させる可能性がある。そこで、高温の可燃性
ガスを系内に流し、その後、系内の可燃性ガスを取除く
ために窒素、炭酸ガス等の不活性ガスを流すようにして
いるために複雑な燃料供給系が必要になり、また、それ
に合わせて複雑な制御が必要になるという問題点があっ
た。
[Problems to be Solved by the Invention] Fuel switching of a burner in a conventional fuel reforming apparatus is performed by burning two types of fuel, that is, natural gas combustion when the system is started, and anode exhaust gas which is fuel remaining in the fuel cell body during operation. However, when switching from natural gas combustion to anode exhaust gas fuel of the fuel remaining in the fuel cell main body, after the temperature in the fuel supply system from the fuel cell main body to the burner is increased, if the fuel is not supplied, the fuel cell will perform the above-described operation. Water vapor contained in the anode exhaust gas fuel, which is the fuel supplied to the burner, may be drained in the system and cause a burner that has been burning with natural gas and combustion air to go out. Therefore, a complicated fuel supply system is required because high-temperature flammable gas flows into the system and then inert gas such as nitrogen and carbon dioxide gas flows to remove the flammable gas from the system. In addition, there has been a problem that complicated control is required accordingly.

また、前記燃料改質装置内のバーナにおいては、同心
状の三重ポート構造のノズルを複数有するバーナであ
り、システム起動時には、第1ポートから天然ガス、第
3ポートから燃焼用空気、またシステム運転時には、第
2ポートからアノード排ガス、第3ポートから燃焼用空
気をそれぞれ噴出し、バーナを燃焼させていた。
The burner in the fuel reformer is a burner having a plurality of nozzles having a concentric triple port structure. When the system is started, natural gas is supplied from the first port, combustion air is supplied from the third port, and system operation is performed. At times, the anode exhaust gas and the combustion air are ejected from the second port and the third port, respectively, to burn the burner.

従来の3重ポート構造のバーナにおいて、たとえば、
システム起動時の天然ガス,燃焼空気による燃焼状態に
おいては、第2ポートになんらガスを流さないため、天
然ガスによる未燃ガスが第2ポート内で、第2ポートヘ
ッダを介してガスの循環を形成し、バーナの失火、火炎
長の不均一化現象が起こり、安定燃焼できる範囲が空気
箇条率1前後と小さく、燃料電池,水素製造用等の燃料
改質用バーナとして使用できない。また、システム起動
時の天然ガス燃焼からシステム運転時のアノード排ガス
燃焼への切替において、天然ガス燃焼状態にて第2ポー
トに不活性ガスを流入すると天然ガス燃焼のバーナが失
火し、アノード排ガスへの切替が困難であるという問題
点がある。また、オンサイト形の燃料電池や水素製造装
置のように負荷変動の激しいシステムに使用した場合、
負荷の急変により、燃料あるいは空気の供給圧力が変動
し、不安定燃焼,失火現象を起しやすい。特に部分負荷
で運転する場合、燃料ノズルへ送られる燃料供給量や空
気ノズルへ送られる空気供給量が減少するため、これら
の流速が減少して設計点からはずれて、不安定燃焼や失
火現象を招きやすいというような不具合が生じる。
In a conventional burner having a triple port structure, for example,
In the combustion state by natural gas and combustion air at the time of starting the system, no gas flows through the second port, so that unburned gas by natural gas circulates in the second port via the second port header. When the burner is misfired and the flame length becomes uneven, the stable combustion range is as small as about 1 air ratio, and it cannot be used as a fuel reforming burner for fuel cells and hydrogen production. Further, in switching from natural gas combustion at the time of system startup to anode exhaust gas combustion at the time of system operation, if an inert gas flows into the second port in the natural gas combustion state, the burner of the natural gas combustion misfires and the anode exhaust gas is discharged. There is a problem that it is difficult to switch between them. In addition, when used in a system with severe load fluctuation such as an on-site type fuel cell or hydrogen production device,
Due to a sudden change in load, the supply pressure of fuel or air fluctuates, and unstable combustion and misfire are likely to occur. In particular, when operating at partial load, the amount of fuel supplied to the fuel nozzle and the amount of air supplied to the air nozzle decrease, so that these flow rates decrease and deviate from the design point, causing unstable combustion and misfire phenomena. There is a problem that it is easy to invite.

さらに、燃料電池では、起動時と運転時では、組成,
発熱量が次に示すように全く異なるため基本的に適して
いない。
Furthermore, in fuel cells, the composition,
It is basically not suitable because the calorific value is completely different as shown below.

起動時燃料…天然ガス(CH4,他) 9,000〜11,000Kcal/Nm3 運転時燃料…電池排ガス(CO2,CO,H2Oを含むH2ガス) 600〜800Kcal/Nm3 また、通常のバーナでは均一加熱できるように特殊な
隔壁を設けているので、燃焼室が大きくなり、小形化が
できない。
Startup fuel ... Natural gas (CH 4, other) 9,000~11,000Kcal / Nm 3 operated at the fuel ... cell waste gas also 600~800Kcal / Nm 3 (CO 2, CO, H 2 gas containing H 2 O), normal In the burner, a special partition is provided so as to enable uniform heating, so that the combustion chamber becomes large, and the size cannot be reduced.

燃料の種類の対応として、天然ガス用ノズルと電池排
ガス用ノズルとに分ける方法がある。しかし、小容量の
燃料改質装置では特に問題ないが、大容量の改質装置で
は、ノズル本数が多くなることと、燃料のヘッダ部を大
きくしなければガスを均一に流すことが困難である。さ
らにこのようなノズルタイプのバーナでは、燃焼系の振
動数と燃焼周波数とが近い場合は、燃焼振動を起こすた
め、不安定燃焼,失火現象を招きやすいとい問題があっ
た。
As a method of responding to the type of fuel, there is a method of dividing the nozzle into a natural gas nozzle and a battery exhaust gas nozzle. However, there is no particular problem in a small-capacity fuel reformer, but in a large-capacity reformer, it is difficult to flow gas uniformly without increasing the number of nozzles and increasing the fuel header. . Further, in such a nozzle type burner, when the frequency of the combustion system and the combustion frequency are close to each other, combustion vibration occurs, so that there is a problem that unstable combustion and misfire are likely to occur.

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためにな
されたものである。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art.

本発明の第1の目的は、水素製造装置に係る燃料改質
装置における燃料供給系内の昇温時間の短縮、およびそ
の昇温用燃料の有効利用を図り、システムの昇温起動の
立上げ時間を短縮した高効率の燃料電池装置の制御装置
を提供することにある。
A first object of the present invention is to shorten a heating time in a fuel supply system in a fuel reforming apparatus related to a hydrogen production apparatus and to make effective use of the heating fuel, and to start up a heating operation of the system. An object of the present invention is to provide a highly efficient control device for a fuel cell device in which time is reduced.

また、本発明の第2の目的は、燃料改質装置のバーナ
の2種類の供給燃料切替が容易に行なわれ、装置の簡素
化と制御の信頼性向上の可能な燃料電池装置の制御装置
を提供することにある。
Further, a second object of the present invention is to provide a control device for a fuel cell device in which two types of supplied fuel of a burner of a fuel reformer can be easily switched, and the device can be simplified and control reliability can be improved. To provide.

さらに、本発明の第3の目的は、従来の天然ガス燃焼
時の未燃ガスの第2ポート内への循環による失火、ある
いは火炎長の不均一化を防止し、アノード排ガス燃焼に
おける火炎長の短炎化を図り、幅広い燃焼範囲の確保お
よび温度分布偏差の少ない燃焼ガスを発生する水素製造
装置のバーナ装置を備える燃料電池装置を提供すること
にある。
Further, a third object of the present invention is to prevent a misfire or a non-uniform flame length due to circulation of unburned gas into the second port during conventional natural gas combustion, and to reduce a flame length in anode exhaust gas combustion. It is an object of the present invention to provide a fuel cell device provided with a burner device of a hydrogen production device that shortens the flame, ensures a wide combustion range, and generates combustion gas with a small temperature distribution deviation.

またさらに、本発明の第4の目的は、燃焼振動が起こ
りやすい負荷変動,部分負荷運転に対しても安定した燃
焼性能が得られ、均一加熱を可能とするバーナ装置を備
える燃料電池装置を提供することにある。
Furthermore, a fourth object of the present invention is to provide a fuel cell device provided with a burner device capable of obtaining stable combustion performance even with load fluctuation or partial load operation in which combustion oscillation is likely to occur and enabling uniform heating. Is to do.

[課題を解決するための手段] 上記第1の目的を達成するために、本発明の燃料電池
装置の制御装置に係る第1の発明の構成は、 燃料電池本体と、燃料電池に水素を供給するための水
素製造装置と、この水素製造装置に、水蒸気を供給する
水蒸気供給手段,水蒸気昇温手段、天然ガスを供給する
系、および燃焼空気を供給する系と、前記水素製造装置
から送出された水蒸気および水素燃料を、前記燃料電
池,水素製造装置内のバーナへ供給する各系路を切替え
る供給切替手段と、前記水素製造装置に供給する天然ガ
スと水蒸気とを流量制御する手段とからなる燃料電池装
置の制御装置において、 前記水蒸気供給手段から前記水素製造装置へ通じる経
路の前記水素製造装置入口部に具備され、昇温された水
蒸気供給系内温度を検出する温度検出器と、この温度検
出器により検出された検出温度に応じて、前記水素製造
装置に供給する天然ガスと水蒸気との流量を制御し、か
つ、前記供給切替手段を制御する制御器とを備えたもの
である。
Means for Solving the Problems In order to achieve the first object, a first invention according to a control device for a fuel cell device of the present invention comprises: a fuel cell main body; and supplying hydrogen to the fuel cell. A steam supply means for supplying steam, a steam heating means, a system for supplying natural gas, and a system for supplying combustion air to the hydrogen production apparatus. Supply switching means for switching each system for supplying the steam and the hydrogen fuel to the burner in the fuel cell and the hydrogen production apparatus, and means for controlling flow rates of the natural gas and the steam supplied to the hydrogen production apparatus. In the control device of the fuel cell device, a temperature sensor is provided at an inlet of the hydrogen production device on a path leading from the steam supply means to the hydrogen production device, and detects a temperature of the heated steam supply system. And a controller that controls the flow rates of natural gas and water vapor supplied to the hydrogen production device according to the temperature detected by the temperature detector, and controls the supply switching unit. Things.

また、上記第2の目的を達成するために、本発明の燃
料電池装置の制御装置に係る第2の発明の構成は、 燃料電池本体と、バーナと反応管とからなり、燃料電
池に水素を供給するための水素製造装置と、この水素製
造装置に、水蒸気を供給する水蒸気供給手段,水蒸気昇
温手段、天然ガスを供給する系、および燃焼空気を供給
する系と、前記水素製造装置から送出された水蒸気およ
び水素燃料を、前記燃料電池,水素製造装置内のバーナ
へ供給する各経路を切替える供給切替手段と、前記水素
製造装置に供給する天然ガスと水蒸気とを流量制御する
手段とからなる燃料電池装置の制御装置において、 前記水蒸気供給手段から前記水素製造装置へ通じる経
路の前記水素製造装置入口部に具備され、昇温された水
蒸気供給系内温度を検出する温度検出器と、前記水素製
造装置のバーナに、燃料電池本体で残った燃料を供給す
る供給系の前記バーナ入口に具備した可燃ガス検出器
と、これら温度検出器および可燃ガス検出器に電気的に
接続された制御器とを備え、 この制御器は、前記温度検出器により検出された検出
温度に応じて、前記水素製造装置に供給する天然ガスと
水蒸気との流量を制御し、かつ、前記供給切替手段を制
御するとともに、前記可燃ガス検出器により検出された
信号に応じて、燃料電池装置起動時の、天然ガス制御弁
を遮断して、前記水素製造装置のバーナ燃焼の燃料切替
を行うように制御回路を構成したものである。
In order to achieve the second object, a second invention according to a control device for a fuel cell device of the present invention comprises a fuel cell main body, a burner and a reaction tube, and supplies hydrogen to the fuel cell. A hydrogen producing apparatus for supplying the hydrogen producing apparatus, a steam supplying means for supplying steam, a steam heating means, a system for supplying natural gas, and a system for supplying combustion air to the hydrogen producing apparatus; A supply switching unit for switching each path for supplying the steam and the hydrogen fuel to the burner in the fuel cell and the hydrogen production device; and a unit for controlling flow rates of natural gas and water vapor supplied to the hydrogen production device. In the control device for a fuel cell device, a temperature provided at an inlet of the hydrogen production device in a path leading from the water vapor supply means to the hydrogen production device, and detecting a temperature of the heated steam supply system. A detector, a burner of the hydrogen production apparatus, a combustible gas detector provided at the burner inlet of a supply system for supplying the remaining fuel in the fuel cell body, and electrically connected to the temperature detector and the combustible gas detector. A controller connected thereto, the controller controls a flow rate of natural gas and water vapor supplied to the hydrogen production device in accordance with a temperature detected by the temperature detector, and In addition to controlling the switching means, in response to a signal detected by the combustible gas detector, the natural gas control valve is shut off when the fuel cell device is started, and fuel switching for burner combustion of the hydrogen production device is performed. Is a control circuit.

さらに、上記第3の目的を達成するために、本発明に
係る燃料電池装置の構成は、燃料電池本体と、バーナと
反応管とからなり、燃料電池に水素を供給するための水
素製造装置と、この水素製造装置に、水蒸気を供給する
水蒸気供給手段,水蒸気昇温手段、天然ガスを供給する
系、および燃焼空気を供給する系と、前記水素製造装置
から送出された水蒸気および水素燃料を、前記燃料電
池,水素製造装置内のバーナへ供給する各系路を切替え
る供給切替手段と、前記水素製造装置に供給する天然ガ
スと水蒸気とを流量制御する手段とからなる燃料電池装
置において、 前記水素製造装置のバーナ装置は、第1のポート壁に
より形成される第1のポートと、前記第1のポート壁を
とり囲む第2のポート壁と前記第1のポート壁とにより
形成される第2のポートと、前記第2のポート壁をとり
囲む第3のポート壁と前記第2のポート壁とにより形成
される第3のポートとから構成されている3重ポート構
造のノズルを有するバーナ装置であって、第2のポート
の出口端面を塞ぐプレートと、第2のポートの出口端の
円周上に形成された長穴状の切欠きとを設けたものであ
る。
Further, in order to achieve the third object, the configuration of the fuel cell device according to the present invention comprises a fuel cell body, a burner and a reaction tube, and a hydrogen production device for supplying hydrogen to the fuel cell. A steam supply means for supplying steam, a steam heating means, a system for supplying natural gas, and a system for supplying combustion air to the hydrogen production apparatus, and steam and hydrogen fuel sent from the hydrogen production apparatus. The fuel cell device, comprising: a supply switching unit that switches each of the paths that supply to the burner in the fuel cell and the hydrogen production device; and a unit that controls a flow rate of natural gas and steam supplied to the hydrogen production device. The burner device of the manufacturing apparatus is formed by a first port formed by a first port wall, a second port wall surrounding the first port wall, and the first port wall. A nozzle having a triple port structure including a second port, and a third port formed by the third port wall surrounding the second port wall and the second port wall; A burner device, comprising: a plate for closing an outlet end face of a second port; and a slot-like notch formed on the circumference of the outlet end of the second port.

またさらに、上記の第4の目的は、燃料改質装置用バ
ーナのノズルを、空気用ノズル、起動用燃料および補助
燃料用ノズル、電池本体で残った排ガスまたは精製装置
排ガス用ノズルの各ノズルに3分割し、各ノズルの少な
くとも1つに絞りを加えることにより達成される。
Still further, the fourth object is that the nozzle of the burner for the fuel reformer is connected to the nozzle for air, the nozzle for starting fuel and auxiliary fuel, the nozzle for exhaust gas remaining in the battery body or the nozzle for purifier exhaust gas. This is achieved by dividing the nozzle into three parts and restricting at least one of the nozzles.

[作用] 燃料電池装置すなわち燃料電池システムは、水蒸気昇
温手段を構成するスチームドラム、水素製造装置に係る
燃料改質装置内のバーナ,反応管、前記反応管入口に設
けた温度検出器、前記反応管を出た燃料供給系を切替え
る三方切替弁、燃料電池本体、燃料電池本体を冷却する
冷却用水タンク、燃料電池で残った燃料をバーナに供給
する系のバーナ燃料入口に設けた可燃性ガス検出器、水
蒸気と天然ガスを前記反応管に供給するエジエクター、
システム起動時の前記バーナ燃焼用の天然ガス流量調整
弁等から構成されている。
[Operation] A fuel cell device, that is, a fuel cell system, includes a steam drum constituting a steam temperature increasing means, a burner in a fuel reformer related to a hydrogen production device, a reaction tube, a temperature detector provided at an inlet of the reaction tube, A three-way switching valve for switching the fuel supply system that has exited the reaction tube, the fuel cell body, a cooling water tank for cooling the fuel cell body, and a combustible gas provided at the burner fuel inlet of the system that supplies fuel remaining in the fuel cell to the burner A detector, an ejector that supplies water vapor and natural gas to the reaction tube,
It comprises a natural gas flow control valve for burning the burner when the system is started.

システム起動時は、前記バーナが天然ガス、燃焼用空
気で燃焼しており、スチームドラム内の水蒸気により前
記反応管までの系内を昇温する。系内を昇温した水蒸気
は反応管部で前記バーナ部から熱エネルギーを供給され
る。
When the system is started, the burner is burning with natural gas and combustion air, and the temperature in the system up to the reaction tube is raised by the steam in the steam drum. The steam whose temperature has been raised in the system is supplied with thermal energy from the burner section in the reaction tube section.

熱エネルギーを供給された水蒸気は、三方切替弁によ
り前記燃料電池本体からバーナに供給される燃料系に供
給され、バーナまでの系内を昇温する。途中系内でドレ
ン化された水蒸気は、冷却用水タンクに回収され燃料電
池本体の冷却水として使用される。
The steam supplied with the thermal energy is supplied by a three-way switching valve to a fuel system supplied to the burner from the fuel cell main body, and the temperature in the system up to the burner is increased. The steam drained in the middle of the system is collected in a cooling water tank and used as cooling water for the fuel cell body.

前記燃料改質装置内の反応管入口前の温度検出器が、
予め設定した反応管内部で天然ガスと水蒸気との混合ガ
スから水素ガスに転化できる温度に一致すると、スチー
ムドラムからの供給用水蒸気が減少し、エジエクターに
より天然ガスと水蒸気とが前記反応管部に供給される。
反応管部で天然ガスと水蒸気との混合ガスから水素への
転化が始まると、三方切替弁は電池本体側に切替わり、
水素ガスを主成分とする燃料を燃料電池本体に供給す
る。
The temperature detector in front of the reaction tube entrance in the fuel reformer,
When the temperature reaches a preset temperature at which the mixed gas of natural gas and steam can be converted to hydrogen gas inside the reaction tube, the steam supplied from the steam drum decreases, and the natural gas and steam are sent to the reaction tube section by an ejector. Supplied.
When the conversion of the mixed gas of natural gas and steam to hydrogen starts in the reaction tube, the three-way switching valve switches to the battery body side,
A fuel containing hydrogen gas as a main component is supplied to the fuel cell body.

前記燃料電池本体から前記バーナへの燃料供給系にお
いて、バーナ燃料供給入口部の可燃ガス検出器が検出す
ることにより、システム起動時の前記バーナの天然ガス
燃焼の天然ガス流量調整弁を可燃ガス検出濃度により絞
っていってストップし、前記燃料電池本体からのアノー
ド排ガス燃焼を行うことにより、システム起動時間の短
縮を図り、システムの総合効率を高めることができる。
In the fuel supply system from the fuel cell main body to the burner, the combustible gas detector at the burner fuel supply inlet detects the combustible gas at the start-up of the burner when the system starts up. By stopping the fuel cell by reducing the concentration and burning the anode exhaust gas from the fuel cell main body, the system startup time can be reduced, and the overall efficiency of the system can be increased.

前記バーナは、ノズルの3重管構造で構成されてお
り、ノズルの各ポートは同心状に形成されていて、燃料
電池システムのように、起動時の燃料がメタンを主成分
とする天然ガスで、運転時の燃料が水素を含むアノード
排ガスであり、しかも流量的には天然ガスが少なく、ア
ノード排ガスが多いという条件下では、中心ポートから
天然ガスを、その周囲のポートからアノード排ガスを、
また、最外周ポートから空気をそれぞれ噴出させるよう
にする。これは天然ガスの燃焼性、すなわち燃焼範囲や
燃焼速度から保炎性の点において難しさがあり、天然ガ
ス噴出流のノズル近傍が空気噴出流により乱され過ぎて
保炎が防げられるのをできるだけ緩和するための好適な
配置として、両噴出流の間隔を大きく取れるように中心
ポートから天然ガスを、最外周のポートから空気を、そ
れぞれ噴出させるものである。
The burner is constituted by a triple tube structure of a nozzle, and each port of the nozzle is formed concentrically, and the fuel at the time of startup is made of natural gas mainly composed of methane as in a fuel cell system. Under the condition that the fuel during operation is the anode exhaust gas containing hydrogen, and the flow rate is low in natural gas and the anode exhaust gas is large, natural gas is discharged from the center port and anode exhaust gas is discharged from the surrounding ports.
In addition, air is ejected from the outermost peripheral port. This is difficult in the flammability of natural gas, that is, the flame holding property from the combustion range and the burning speed, and it is necessary to prevent the vicinity of the nozzle of the natural gas jet flow from being excessively disturbed by the air jet flow to prevent the flame holding. As a preferable arrangement for relaxing, natural gas is spouted from the center port and air is spouted from the outermost port so as to increase the interval between the two jets.

アノード排ガスポート出口端面がプレートにより塞が
れているために、天然ガス,空気の未燃焼ガスがアノー
ド排ガスポートへ逆流することを防止できる。一方、水
素を含むアノード排ガスは、燃焼範囲が広く、かつ燃焼
速度も大きいので、保炎性は良好であるが、流量が多い
ために火炎長が長くなってしまう傾向にある。そのため
に、アノード排ガスの燃焼時にはできるだけ空気との混
合性を向上させることが必要で、アノード排ガス噴出流
が空気噴出流と合流しやすい好適な配置とし、空気ポー
トの内側に隣接するポートから空気ポート側に噴出させ
る。このとき、空気ポートとアノード排ガスポートとの
区画壁形状は、アノード排ガス出口端面を空気ポート内
側に突出している凸部を有するプレートで塞ぎ、アノー
ド排ガスノズル下端の壁の円周上に長穴の切欠きを空気
ポート側に開口した形状とする。
Since the anode exhaust gas port outlet end face is closed by the plate, it is possible to prevent natural gas and unburned gas of air from flowing back to the anode exhaust gas port. On the other hand, the anode exhaust gas containing hydrogen has a good flame holding property because the combustion range is wide and the combustion speed is large, but the flame length tends to be long due to a large flow rate. Therefore, it is necessary to improve the mixing property with air as much as possible during the combustion of the anode exhaust gas, and the anode exhaust gas jet is preferably arranged so as to easily merge with the air jet. Spout to the side. At this time, the partition wall shape of the air port and the anode exhaust gas port is closed by a plate having a convex portion protruding inside the air port on the anode exhaust gas outlet end face, and a long hole is formed on the circumference of the wall at the lower end of the anode exhaust gas nozzle. The notch has a shape that opens to the air port side.

前記燃料改質装置内のバーナは、2種類の燃料を燃焼
させるため、3個のヘッダおよびノズルから構成され
る。ノズルの入口部に絞りを設けることにより、流体が
均一に流される。ヘッダ部が小さければ偏流も激しくな
るため、必要な絞り加えれば均一に流れる。また、ヘッ
ダへの流体の導入方向に合わせて、それぞれのノズルに
ついて絞り度合を変化させれば均一に流すことができ
る。さらに燃焼振動を伴う場合、振動に伴う圧力変動値
を把握すれば、変動値以上の差圧が絞り部で発生するよ
うにすることにより、失火を防止することができる。
The burner in the fuel reformer includes three headers and nozzles for burning two types of fuel. By providing a throttle at the inlet of the nozzle, the fluid flows evenly. If the header portion is small, the drift becomes intense. Further, if the degree of throttle is changed for each nozzle in accordance with the direction of introduction of the fluid into the header, it is possible to make the nozzles flow evenly. Further, when combustion vibration is involved, if a pressure fluctuation value accompanying the vibration is grasped, a misfire can be prevented by generating a differential pressure equal to or larger than the fluctuation value in the throttle portion.

これらのノズルの複数の集合体から成る、いわゆるマ
ルチノズル構造のバーナにより、異種燃料に対する広範
囲な安定燃焼域の確保と、天然ガス燃焼からアノード排
ガス燃焼への切替、火炎の分散による燃焼ガス温度分布
偏差の緩和と、火炎長の短縮化とが実現される。
A burner with a so-called multi-nozzle structure consisting of multiple assemblies of these nozzles ensures a wide stable combustion area for heterogeneous fuels, switching from natural gas combustion to anode exhaust gas combustion, and combustion gas temperature distribution by flame dispersion. Alleviation of the deviation and shortening of the flame length are realized.

[実施例] 以下、本発明の各実施例を第1図ないし第8図を参照
して説明する。
Embodiments Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 8.

第1図は、本発明の一実施例に係る燃料電池システム
の構成を示す系統図、第2図は、第1図の燃料電池シス
テムにおける燃料改質装置の断面図、第3図は、第2図
の燃料改質装置のバーナ部の断面図、第4図は、第3図
のA−A矢視図、第5図は、バーナのノズル部詳細を示
す一部破断斜視図である。
FIG. 1 is a system diagram showing a configuration of a fuel cell system according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a fuel reformer in the fuel cell system of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a sectional view of a burner portion of the fuel reformer shown in FIG. 2, FIG. 4 is a view taken along line AA of FIG. 3, and FIG. 5 is a partially cutaway perspective view showing details of a nozzle portion of the burner.

第1図において、3は、触媒を含んだ反応管部、4
は、反応管部3を昇温するバーナ部、5は、水素製造装
置に係る燃料改質装置、6は三方切替弁で、この三方切
替弁6は、燃料改質装置5から送出された水蒸気および
水素燃料を、燃料電池,バーナへ供給する各系路を切替
える手段として機能する。
In FIG. 1, reference numeral 3 denotes a reaction tube portion containing a catalyst;
Is a burner section for raising the temperature of the reaction tube section 3, 5 is a fuel reforming apparatus relating to the hydrogen production apparatus, 6 is a three-way switching valve, and the three-way switching valve 6 is provided with steam discharged from the fuel reforming apparatus 5. And a means for switching each system path for supplying hydrogen fuel to the fuel cell and the burner.

7は燃料電池本体、8は冷却水ポンプ、9は給水ポン
プ、10は冷却用水タンク、11は、水蒸気昇温手段に係る
スチームドラムである。
Reference numeral 7 denotes a fuel cell main body, 8 denotes a cooling water pump, 9 denotes a water supply pump, 10 denotes a cooling water tank, and 11 denotes a steam drum relating to a steam temperature raising means.

12は、昇温された水蒸気供給系内温度を検出する温度
検出器で、この温度検出器12は、水蒸気供給手段から燃
料改質装置5へ通じる経路である水蒸気配管21の、反応
管部3入口に具備されている。
Reference numeral 12 denotes a temperature detector for detecting the temperature of the heated steam supply system. The temperature detector 12 is provided in a reaction pipe section 3 of a steam pipe 21 which is a path leading from the steam supply means to the fuel reformer 5. Provided at the entrance.

13は、燃料電池本体7で残った燃料を供給する燃料配
管25の、バーナ4入口に具備された可燃ガス検出器であ
る。
Reference numeral 13 denotes a combustible gas detector provided at the burner 4 inlet of the fuel pipe 25 for supplying the fuel remaining in the fuel cell body 7.

14は、燃焼空気2をバーナに供給するためのブロワ、
15は、天然ガス1と水蒸気とを流量調整して反応管部3
に供給するためのエジエクターである。
14 is a blower for supplying combustion air 2 to the burner,
15 is to adjust the flow rates of the natural gas 1 and the steam to form the reaction tube 3
It is an ejector to supply to.

16は制御器で、この制御器16は、破線で示すように、
温度検出器12,可燃ガス検出器13,エジエクター15,三方
切替弁6,天然ガスの調節弁17,ドレン弁18,および天然ガ
スの遮断弁31に電気的に接続している。
Reference numeral 16 denotes a controller, which is, as shown by a broken line,
It is electrically connected to a temperature detector 12, a combustible gas detector 13, an ejector 15, a three-way switching valve 6, a natural gas control valve 17, a drain valve 18, and a natural gas shut-off valve 31.

19は復水器、20,21は、反応管3までの系内をスチー
ムドラム11内の水蒸気で昇温する水蒸気配管である。ま
た、22,23,24,25の系は、燃料電池本体7から前記バー
ナ部4に供給される燃料を昇温する燃料配管である。2
7,24,25の系は、燃料電池本体7で残った燃料をバーナ
部4に供給する燃料配管である。
Reference numeral 19 denotes a condenser, and reference numerals 20 and 21 denote steam pipes for raising the temperature of the system up to the reaction tube 3 by the steam in the steam drum 11. The systems 22, 23, 24, and 25 are fuel pipes for raising the temperature of the fuel supplied from the fuel cell main body 7 to the burner unit 4. Two
The systems 7, 24 and 25 are fuel pipes for supplying the fuel remaining in the fuel cell main body 7 to the burner unit 4.

このような燃料電池システムのより詳細な機能および
作用を説明する。
A more detailed function and operation of such a fuel cell system will be described.

制御器16は、温度検出器12により検出された検出信号
Tを入力して、これを予め規定された反応管入口温度信
号T0とその大小関係を比較し、かつ、この比較結果に応
じて上記検出温度Tが規定された温度T0になると、エジ
エクター15の弁開度を調節しスチームドラム11からの水
蒸気流量を減少し、遮断弁31を開き配管34内に天然ガス
を流し、エジエクター15で、燃料改質装置5内の反応管
部3に供給する天然ガス1と水蒸気流量とを制御する。
Controller 16 inputs the detection signal T detected by the temperature detector 12, which predefined reaction tube inlet temperature signal T 0 and compares the magnitude relation, and, depending on this comparison result When the detected temperature T reaches the specified temperature T 0 , the valve opening of the ejector 15 is adjusted to reduce the flow rate of steam from the steam drum 11, the shutoff valve 31 is opened, and natural gas flows through the pipe 34, and the ejector 15 Thus, the natural gas 1 and the flow rate of steam supplied to the reaction tube section 3 in the fuel reformer 5 are controlled.

可燃ガス検出器13は、その検出信号Kを制御器16に出
力する。制御器16に入力された検出信号Kは、予め規定
された可燃ガス信号K0と比較検討され、入力信号KがK0
と一致すると調節弁17が弁開度を調節し、バーナ部4に
供給している天然ガス1の流量を減少していく。
The combustible gas detector 13 outputs the detection signal K to the controller 16. The detection signal K input to the controller 16 is compared with a predetermined combustible gas signal K 0, and the input signal K is changed to K 0.
When the control value matches, the control valve 17 adjusts the valve opening and decreases the flow rate of the natural gas 1 supplied to the burner unit 4.

制御器16は、可燃ガス検出器13から出力されてくる出
力信号Kで、可燃ガス濃度を制御器16内に予め規定され
ているK1,K2,K3と比較検討し、それをもとにして調節弁
17をコントロールし、可燃ガス出力信号Kが前記K3と一
致すると、調節弁17をストップし、バーナ部4への天然
ガス燃料の供給をストップする制御を行う。
The controller 16 compares the combustible gas concentration with K 1 , K 2 , and K 3 defined in the controller 16 based on the output signal K output from the combustible gas detector 13, and compares it with the output signal K. Control valve
17 controls, when the combustible gas output signal K is consistent with the K 3, stop the regulating valve 17, performs control to stop the supply of the natural gas fuel to the burner unit 4.

以下これを具体的に述べると、システム起動時には、
燃料改質装置5内のバーナ部4に、天然ガス1、ブロワ
ー14により燃焼用空気2が供給されバーナ部4は天然ガ
ス燃焼を行う。
Specifically, when starting the system,
The combustion gas 2 is supplied to the burner section 4 in the fuel reformer 5 by the natural gas 1 and the blower 14, and the burner section 4 performs natural gas combustion.

このとき、スチームドラム11内の水蒸気で、水蒸気配
管20,21、および燃料改質装置5内の反応管部3までの
配管系内を昇温する。供給水蒸気流量は、エジエクター
15によりコントロールされる。水蒸気配管20,21の配管
系内を昇温した水蒸気は、反応管部3でバーナ部4によ
り熱エネルギが供給され、燃料配管22,23,24,25の配管
系内を昇温する。このとき、三方切替弁6は、燃料配管
23側に水蒸気が供給されるように切替わっている。
At this time, the steam in the steam drum 11 raises the temperature of the steam pipes 20 and 21 and the pipe system up to the reaction pipe section 3 in the fuel reformer 5. The supply steam flow rate is
Controlled by 15. The steam that has been heated in the piping system of the steam pipes 20 and 21 is supplied with thermal energy by the burner unit 4 in the reaction tube unit 3 to increase the temperature in the piping system of the fuel piping 22, 23, 24 and 25. At this time, the three-way switching valve 6
It is switched so that steam is supplied to the 23 side.

燃料配管22,23,24,25の配管系内を昇温している水蒸
気がドレン化した場合、ドレン弁18からドレン配管32を
経て復水器19で水にされ、水配管33を経て冷却用水タン
ク10に回収される。回収された水は、給水ポンプ9、冷
却水ポンプ8により燃料電池本体7の冷却水として使用
される。
When the steam that is raising the temperature in the piping system of the fuel pipes 22, 23, 24, and 25 is drained, it is turned into water in the condenser 19 through the drain valve 18 through the drain pipe 32, and cooled through the water pipe 33. Collected in the water tank 10. The collected water is used as cooling water for the fuel cell main body 7 by a water supply pump 9 and a cooling water pump 8.

燃料配管22,23,24,25の配管系内を昇温した水蒸気は
バーナ部4に供給され、天然ガス1,燃料空気2中で燃焼
される。
The steam whose temperature has been raised in the piping system of the fuel pipes 22, 23, 24, 25 is supplied to the burner unit 4 and burned in the natural gas 1 and the fuel air 2.

反応管部3の入口部に取付けた温度検出器12は、水蒸
気配管21内温度を検出し、検出信号Tを制御器16に出力
する。触媒を含んだ反応管部3で天然ガス,水蒸気の混
合ガスが水素に転化する温度T0を予め制御器16に規定し
ておくことにより、温度検出器12から送られてくる検出
信号TとT0の大小関係を比較検討し、前記TとT0が一致
すると、スチームドラム11からの昇温用水蒸気をエジエ
クター15で減少し反応管部3に供給する。天然ガス1の
遮断弁31を開き、前記天然ガス1とスチームドラム11内
の水蒸気流量とを制御器16によってエジエクター15を制
御し前記反応管部3に燃料を供給する。
The temperature detector 12 attached to the inlet of the reaction tube section 3 detects the temperature in the steam pipe 21 and outputs a detection signal T to the controller 16. The temperature T 0 at which the mixed gas of natural gas and water vapor is converted to hydrogen in the reaction tube section 3 containing the catalyst is specified in the controller 16 in advance, so that the detection signal T sent from the temperature detector 12 and The magnitude relationship of T 0 is compared and examined. When T is equal to T 0 , the temperature-raising steam from the steam drum 11 is reduced by the ejector 15 and supplied to the reaction tube section 3. The shut-off valve 31 for the natural gas 1 is opened, and the natural gas 1 and the steam flow rate in the steam drum 11 are controlled by the controller 16 to control the ejector 15 to supply fuel to the reaction tube section 3.

エジエクター15で天然ガス1,水蒸気が供給され、反応
管部3入口系の温度検出器12の温度TとT0が一致してか
ら規定時間がたつと、制御器16で三方切替弁6は、燃料
電池本体7側の配管26側に切替わり水素ガスを燃料電池
本体7に供給する。
When a specified time has passed since the natural gas 1 and steam were supplied by the ejector 15 and the temperature T and T 0 of the temperature detector 12 in the inlet system of the reaction tube 3 coincided, the three-way switching valve 6 was controlled by the controller 16 to The hydrogen gas is supplied to the fuel cell main body 7 by switching to the pipe 26 side of the fuel cell main body 7 side.

燃料電池本体7で残った水蒸気,炭酸ガス等を含んだ
水素混合ガス(以下アノード排ガスと称する)は、燃料
配管27,24,25の配管系内を通って前記バーナ部4に供給
され燃料として使用される。
A hydrogen mixed gas (hereinafter, referred to as anode exhaust gas) containing water vapor, carbon dioxide gas, and the like remaining in the fuel cell main body 7 is supplied to the burner unit 4 through a piping system of fuel piping 27, 24, and 25 and is supplied as fuel. used.

可燃ガス検出器13で可燃ガスが検出されると、制御器
16に検出信号Kが出力され、制御器16に予め設定された
検出信号K0と大小比較検討を行ない検出信号KがK0と一
致するとバーナ部4へ供給している天然ガス燃料を調節
する調節弁17の弁開度を調節し、天然ガス燃料1を減少
していき、制御器16内に予め規定したK3と可燃ガス検出
器出力信号Kとが一致すると調節弁17をストップし、バ
ーナ部4への天然ガス燃料供給をストップし、燃料電池
本体7からの戻り燃料,アノード排ガスと燃焼空気2と
によりバーナ部4はアノード排ガス燃焼を行う。
When the combustible gas detector 13 detects combustible gas, the controller
A detection signal K is output to the controller 16, and a comparison is made between the detection signal K 0 preset in the controller 16 and the detection signal K. If the detection signal K matches K 0 , the natural gas fuel supplied to the burner unit 4 is adjusted. The natural gas fuel 1 is decreased by adjusting the valve opening of the control valve 17, and when the predetermined signal K 3 in the controller 16 matches the combustible gas detector output signal K, the control valve 17 is stopped. The supply of the natural gas fuel to the burner unit 4 is stopped, and the burner unit 4 performs anode exhaust gas combustion by the return fuel, the anode exhaust gas, and the combustion air 2 from the fuel cell body 7.

次に、本発明の燃料電池システムの燃料改質装置を第
2図に、その燃料改質装置内のバーナ部断面図を第3図
に、バーナノズルの正面図を第4図に示して、本発明に
係るバーナ装置を説明する。
Next, FIG. 2 shows a fuel reformer of the fuel cell system of the present invention, FIG. 3 shows a cross-sectional view of a burner portion in the fuel reformer, and FIG. 4 shows a front view of a burner nozzle. The burner device according to the invention will be described.

第2図は、燃料改質用のバーナ部と燃料改質部を示し
ている。
FIG. 2 shows a burner section for fuel reforming and a fuel reforming section.

燃料入口36から天然ガスおよび水蒸気の混合ガスが入
り、反応管部3に供給される。反応管部3ではバーナ部
4から熱エネルギーが加えられ、燃料改質触媒37により
触媒部の温度が600℃以上になると、天然ガスと水蒸気
との混合ガスは水素を主成分とする可燃性ガスに改質さ
れ、反応管38の内側を通り改質ガス出口39から送出され
て燃料電池本体7に燃料が供給される。
A mixed gas of natural gas and steam enters from the fuel inlet 36 and is supplied to the reaction tube 3. In the reaction tube section 3, heat energy is applied from the burner section 4, and when the temperature of the catalyst section rises to 600 ° C. or more by the fuel reforming catalyst 37, the mixed gas of natural gas and steam becomes a flammable gas containing hydrogen as a main component. The fuel is supplied from the reformed gas outlet 39 through the inside of the reaction tube 38 to the fuel cell body 7.

バーナ部4については第3図により詳細を説明する。 The burner section 4 will be described in detail with reference to FIG.

第3図は、第4図のノズル52の軸方向断面を含むバー
ナ51の部分断面、第5図は、バーナのノズル部詳細図で
ある。
FIG. 3 is a partial cross section of the burner 51 including an axial cross section of the nozzle 52 of FIG. 4, and FIG. 5 is a detailed view of a nozzle portion of the burner.

第3図において、55は、第1のポート壁を構成するノ
ズル管、54は、第1のポート壁をとり囲む第2のポート
壁を構成するノズル管、53は、第2のポート壁をとり囲
む第3のポート壁を構成するノズル管である。
In FIG. 3, 55 is a nozzle tube constituting a first port wall, 54 is a nozzle tube constituting a second port wall surrounding the first port wall, and 53 is a nozzle tube constituting the second port wall. It is a nozzle tube which constitutes the surrounding third port wall.

また、67は、第1のポートに係る天然ガスポート、66
は、第2のポートに係るアノード排ガスポート、65は、
第3のポートに係る空気ポートである。
67 is a natural gas port related to the first port, 66
Is the anode exhaust gas port related to the second port, 65 is
This is an air port according to the third port.

ノズル52は、同心状の前記ノズル管53,54,55よりなる
三重管構成で、ノズル管54の外径と同じ外径でノズル管
55の外径より0.1〜0.2mm大きい内径のプレート75が、ノ
ズル管55に嵌められ、ノズル管54の一端の端に接合され
ている。プレート75が接合している側のノズル管54の端
円周上3箇所に長穴78の切欠きが空気ポート65に開口さ
れている。
The nozzle 52 has a triple pipe configuration including the concentric nozzle pipes 53, 54, 55, and has a nozzle pipe having the same outer diameter as the outer diameter of the nozzle pipe 54.
A plate 75 having an inner diameter that is 0.1 to 0.2 mm larger than the outer diameter of 55 is fitted to the nozzle tube 55 and is joined to one end of the nozzle tube 54. Notches of long holes 78 are opened in the air port 65 at three places on the end circumference of the nozzle tube 54 on the side where the plate 75 is joined.

ノズル管53,55の、第3図に示す下端、およびプレー
ト75の下面は同一平面であるが、ノズル管53の内側に設
けられたノズル管54のもう一端より、さらにバーナ51内
部へ突出している、バーナ51内部に位置するノズル管53
の一端は隔壁56と接合され、ノズル管54の一端は隔壁57
と接合され、ノズル管55の一端は隔壁58と接合されてい
る。隔壁58といくらかの距離を隔てた位置の隔壁59は、
フランジ60を有する胴板61の内周側と垂直に接合されて
いる。同様に、隔壁56,57,58も胴板61の内周側と垂直に
接合されている。したがって、隔壁56,57と胴板61とに
より、空気マニホルド62が形成され、隔壁57,58と胴板6
1とによりアノード排ガスマニホルド63が形成され、隔
壁58,59と胴板61とにより天然ガスマニホルド64が形成
されている。なお、ノズル管53と54に挾まれて形成され
ている空気ポート65は、空気マニホルド62と流体的に連
絡されるようにノズル管53と隔壁56が接合されている。
同様に、ノズル管54と55に挾まれて形成されているアノ
ード排ガスポート66は、アノード排ガスマニホルド63と
流体的に連絡されるようにノズル管54と隔壁57が接合さ
れ、ノズル管55の内側に形成されている天然ガスポート
67は、天然ガスマニホルド64と流体的に連結されるよう
にノズル管55と隔壁58が接合されている。
The lower ends of the nozzle tubes 53 and 55 shown in FIG. 3 and the lower surface of the plate 75 are flush with each other, but project from the other end of the nozzle tube 54 provided inside the nozzle tube 53 further into the burner 51. Nozzle tube 53 located inside burner 51
Is joined to a partition wall 56, and one end of the nozzle tube 54 is connected to a partition wall 57.
, And one end of the nozzle tube 55 is joined to the partition wall 58. The partition wall 59 at a position separated from the partition wall 58 by some distance,
It is vertically joined to the inner peripheral side of a body plate 61 having a flange 60. Similarly, the partition walls 56, 57, 58 are also vertically joined to the inner peripheral side of the body plate 61. Therefore, the air manifold 62 is formed by the partition walls 56 and 57 and the body plate 61, and the partition walls 57 and 58 and the body plate 6 are formed.
1 forms an anode exhaust gas manifold 63, and the partition walls 58, 59 and the body plate 61 form a natural gas manifold 64. The nozzle tube 53 and the partition 56 are joined so that the air port 65 formed between the nozzle tubes 53 and 54 is in fluid communication with the air manifold 62.
Similarly, the anode exhaust gas port 66 formed between the nozzle tubes 54 and 55 is joined to the nozzle tube 54 and the partition wall 57 so as to be in fluid communication with the anode exhaust gas manifold 63, and the inside of the nozzle tube 55 Formed natural gas port
The nozzle pipe 55 and the partition wall 58 are joined so that 67 is fluidly connected to the natural gas manifold 64.

胴板61の外周側には、空気マニホルド62に流体的に連
通すべく空気供給管68が接合されている。同様に、胴板
61の外周側には、アノード排ガスマニホルド63に流体的
に連通すべきアノード排ガス供給管69が接合され、天然
ガスマニホルド64に流体的に連通すべく天然ガス供給管
70が接合されている。
An air supply pipe 68 is joined to the outer peripheral side of the body plate 61 so as to fluidly communicate with the air manifold 62. Similarly, body plate
An anode exhaust gas supply pipe 69 that is to be in fluid communication with the anode exhaust gas manifold 63 is joined to the outer peripheral side of 61, and the natural gas supply pipe 69 is in fluid communication with the natural gas manifold 64.
70 are joined.

火炎形成側の隔壁56の壁面から、ノズル管53,54,55の
一端が同一に存在する平面の位置の間には、断熱材71が
隔壁56に貼り付けられている。
A heat insulating material 71 is attached to the partition wall 56 between the wall surface of the partition wall 56 on the flame forming side and the position of the plane where one end of the nozzle pipes 53, 54, 55 is present on the same plane.

このように、ノズル52を中心とした構造が複合して第
3図のバーナ51を構成している。
Thus, the structure centering on the nozzle 52 is combined to form the burner 51 of FIG.

なお、点火装置は炉壁の適当な位置に設けられてい
る。
The ignition device is provided at an appropriate position on the furnace wall.

次に本実施例の動作について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.

燃料電池システムを起動させ、運転状態までにもって
いく過程では、空気72が空気供給管68から空気マニホル
ド62へ流入し、空気ポート65から炉内に噴出し、天然ガ
ス73が天然ガス供給管70から天然ガスマニホルド64へ流
入し、天然ガスポート67から炉内へ噴出することによっ
て燃焼が行われ被加熱物を加熱し昇温していく。
In the process of activating the fuel cell system and bringing it to an operating state, air 72 flows from the air supply pipe 68 into the air manifold 62, blows out from the air port 65 into the furnace, and natural gas 73 flows into the natural gas supply pipe 70. Then, the gas flows into the natural gas manifold 64, and is discharged from the natural gas port 67 into the furnace to perform combustion, thereby heating the object to be heated and increasing its temperature.

このとき、火炎の形成は、天然ガス73と空気72の淀み
が生じるノズル管54の内周付近のプレート75の下面から
始まる。保炎を確保するためには、天然ガスポート67と
空気ポート65との間隔をある程度取ることと、天然ガス
73の噴出流の流速をある程度確保することが必要であ
る。
At this time, the formation of the flame starts from the lower surface of the plate 75 near the inner periphery of the nozzle tube 54 where the stagnation of the natural gas 73 and the air 72 occurs. In order to secure flame holding, it is necessary to allow some space between the natural gas port 67 and the air port 65,
It is necessary to secure the flow velocity of the 73 jets to some extent.

燃料電池システム全体が昇温され、燃料改質装置5が
稼働し水素が発生すると、その水素が燃料電池のアノー
ド極へ供給され、アノード極から未反応分の水素を含む
アノード排ガス74が排出される。このアノード排ガス74
がバーナ51に供給されるのと入れ替わりに天然ガス73の
流量が絞られ、バーナ51ての燃焼は天然ガス73の燃焼か
らアノード排ガス74の燃焼へと移行する。アノード排ガ
ス74はアノード排ガス供給管69からアノード排ガスマニ
ホルド63へ流入し、アノード排ガスポート66を通りノズ
ル管54の長穴78から空気ポート65内を通り炉内に噴出さ
れる。アノード排ガス供給管69,アノード排ガスマニホ
ルド63,アノード排ガスポート66にアノード排ガスが流
れ込むまでは、アノード排ガスポートには、水蒸気77が
流れている。
When the temperature of the entire fuel cell system is increased and the fuel reformer 5 operates to generate hydrogen, the hydrogen is supplied to the anode of the fuel cell, and the anode exhaust gas 74 containing unreacted hydrogen is discharged from the anode. You. This anode exhaust gas 74
Instead of being supplied to the burner 51, the flow rate of the natural gas 73 is reduced, and the combustion in the burner 51 shifts from combustion of the natural gas 73 to combustion of the anode exhaust gas 74. The anode exhaust gas 74 flows from the anode exhaust gas supply pipe 69 into the anode exhaust gas manifold 63, passes through the anode exhaust gas port 66, and is ejected from the elongated hole 78 of the nozzle tube 54 into the air port 65 into the furnace. Until the anode exhaust gas flows into the anode exhaust gas supply pipe 69, the anode exhaust manifold 63, and the anode exhaust gas port 66, the steam 77 flows through the anode exhaust gas port.

アノード排ガス74がノズル管54の長穴78の切欠から空
気ポート65内を通り炉内に噴出されるのと同時に、空気
72の流量も制御しつつ火炎長が長くなり過ぎないように
調整される。このとき、火炎の形成は、アノード排ガス
74と空気72が合流し始めるノズル管54の長穴78の切欠部
から始まる。アノード排ガス74の燃焼時には、システム
の最大定格において火炎長が最大になるので、アノード
排ガス74の流速と空気72の流速の大きさのバランスを調
整できるように、各ポート径およびノズル54の長穴78の
大きさを選定する。
At the same time that the anode exhaust gas 74 is ejected from the cutout of the long hole 78 of the nozzle tube 54 through the air port 65 into the furnace,
While controlling the flow rate of 72, it is adjusted so that the flame length does not become too long. At this time, the formation of the flame depends on the anode exhaust gas.
It starts from the cutout of the elongated hole 78 of the nozzle tube 54 where the air 74 and the air 72 start to join. When the anode exhaust gas 74 is burned, the flame length is maximized at the maximum rating of the system.Therefore, each port diameter and the oblong hole of the nozzle 54 are adjusted so that the balance between the flow rate of the anode exhaust gas 74 and the flow rate of the air 72 can be adjusted. Select a size of 78.

本実施例によれば、天然ガス燃焼時の未燃ガスのアノ
ード排ガスポートへの逆流を防止できるので、バーナの
失火が防止でき、空気過剰率λ=5以上の広い範囲で安
定燃焼および均一な火炎長を得ることができることによ
り、温度分布偏差の少ない燃焼ガスを発生できる効果が
ある。
According to the present embodiment, the backflow of unburned gas to the anode exhaust gas port during natural gas combustion can be prevented, so that burner misfire can be prevented, and stable combustion and uniform combustion can be achieved over a wide range of excess air ratio λ = 5 or more. Since the flame length can be obtained, there is an effect that a combustion gas with a small temperature distribution deviation can be generated.

また、空気ポートを共通とした3重ポート構造とした
ので、ノズル数とノズル径を増さずに燃焼でき、製作性
と経済性を向上する効果がある。
In addition, the triple port structure having a common air port enables combustion without increasing the number of nozzles and the diameter of the nozzles, and has the effect of improving manufacturability and economic efficiency.

また、アノード排ガスノズルに長穴の切欠を設けたこ
とにより、火炎長が短かくなり、燃焼範囲の拡大を図る
ことができるという効果がある。
In addition, the provision of the elongated hole cutout in the anode exhaust gas nozzle has the effect that the flame length is shortened and the combustion range can be expanded.

天然ガスポート67入口に絞り82、アノード排ガスポー
ト55入口に絞り81、空気ポート65入口に絞り80がそれぞ
れ取付けられている。
A restrictor 82 is attached to the natural gas port 67 inlet, a restrictor 81 is attached to the anode exhaust gas port 55 inlet, and a restrictor 80 is attached to the air port 65 inlet.

燃料である天然ガス73は、天然ガスヘッダー85の外周
側から天然ガスマニホルド64の中央部に向って流れ、天
然ガスポート67から流出する。
The natural gas 73 as a fuel flows from the outer peripheral side of the natural gas header 85 toward the center of the natural gas manifold 64 and flows out of the natural gas port 67.

アノード排ガス74,空気72も上記天然ガスの流れと同
様に、それぞれアノード排ガスヘッダー84,空気ヘッダ
ー83から、アノード排ガスマニホルド63,空気マニホル
ド62の中央に流れ、アノード排ガスポート66,空気ポー
ト65から流出する。
The anode exhaust gas 74 and the air 72 also flow from the anode exhaust gas header 84 and the air header 83 to the center of the anode exhaust gas manifold 63 and the air manifold 62, respectively, and flow out of the anode exhaust gas port 66 and the air port 65, similarly to the flow of the natural gas. I do.

各マニホルド内には、天然ガスポート67入口に絞り8
2、アノード排ガスポート66入口に絞り81、空気ポート6
5入口に絞り80が取付けられているため、燃焼振動が発
生しても、振動による圧力変動値より絞り部で発生する
圧力損失が大きいため、バーナは失火することはない。
Within each manifold, throttle 8 to natural gas port 67 inlet
2, Anode exhaust port 66, throttle 81 at inlet, air port 6
5. Since the throttle 80 is attached to the inlet, even if combustion vibration occurs, the pressure loss generated in the throttle portion is larger than the pressure fluctuation value due to the vibration, so that the burner does not misfire.

また、上記各ノズル入口の絞りにおいて、マニホルド
外周側に取付ける絞り径より中央部に取付ける絞り径を
小さくすることによって、各ノズルのポートに流れるガ
ス流量がより均一化されるので、上記効果に加えて燃焼
時における火炎長の均一化を図ることができる。
In addition, by reducing the diameter of the throttle attached to the central portion of the throttle at the inlet of each nozzle from the diameter of the throttle attached to the outer peripheral side of the manifold, the flow rate of gas flowing through the ports of each nozzle becomes more uniform. Thus, the flame length during combustion can be made uniform.

以上説明したように本実施例によれば次に述べる効果
がある。
As described above, according to this embodiment, the following effects can be obtained.

燃料改質装置は、バーナ部,反応管部から構成されて
おり、バーナ部は、システム起動時には、天然ガス,燃
焼空気で燃焼しており、燃料改質装置内の反応管で天然
ガスと水蒸気との混合ガスから水素に転化するプロセス
燃料ライン系内の水蒸気で昇温し、昇温した水蒸気が反
応管系内で、バーナから熱エネルギーを供給されるよう
になっている。
The fuel reformer is composed of a burner section and a reaction tube section. When the system starts, the burner section burns with natural gas and combustion air. The temperature is raised by steam in a process fuel line system that converts a mixed gas of the above into hydrogen into hydrogen, and the heated steam is supplied with heat energy from a burner in a reaction tube system.

本実施例の制御装置としては、反応管入口系内の温度
を検出する温度検出器と、この温度検出器により検出さ
れた検出温度信号を入力して、予め規定された温度信号
と大小関係を比較検討し、この比較結果に応じて上記プ
ロセス燃料ラインに供給する水蒸気量を調節し、プロセ
ス燃料ラインへの天然ガス,水蒸気の供給量を制御する
制御器と、燃料電池本体からバーナ部にアノード排ガス
燃料を供給するラインのバーナ入口系内の可燃ガスを検
出する検出器と、この可燃ガス検出器により検出された
検出信号を入力して、これを予め規定された可燃ガス信
号と大小関係を比較検討し、この比較結果に応じて、バ
ーナ部へ供給している天然ガス流量を制御する制御器
と、水蒸気が導入されても失火しないバーナ装置とをシ
ステムに付加して構成したもので、燃料供給系内の昇温
時間の大幅な短縮を図ることができる。
As the control device of the present embodiment, a temperature detector for detecting the temperature in the reaction tube inlet system, and a detected temperature signal detected by the temperature detector are input, and a magnitude relationship with a predetermined temperature signal is obtained. A controller for controlling the amount of natural gas and water vapor supplied to the process fuel line by adjusting the amount of water vapor supplied to the process fuel line according to the comparison result, and an anode from the fuel cell body to the burner section. A detector for detecting flammable gas in a burner inlet system of a line for supplying exhaust gas fuel, and a detection signal detected by the flammable gas detector are input, and the magnitude of the signal is compared with a predetermined flammable gas signal. After a comparative study, a controller that controls the flow rate of natural gas supplied to the burner section and a burner device that does not misfire even when steam is introduced are added to the system according to the comparison result. As hereinbefore, it is possible to greatly shorten the heating time in the fuel supply system.

次に、本実施例のバーナ装置によれば、3重ポート構
造のバーナノズルの中心ポートに天然ガスを流し、その
周囲のポートにアノード排ガスを流し、さらに最外周に
空気を流すようにしたので、水素製造装置,燃料電池シ
ステム等の燃料改質装置用バーナは、異種燃料でも安定
に燃焼するという効果がある。
Next, according to the burner device of the present embodiment, natural gas is caused to flow to the center port of the burner nozzle having a triple port structure, anode exhaust gas is caused to flow to the surrounding ports, and air is caused to flow further to the outermost periphery. A burner for a fuel reforming device such as a hydrogen production device and a fuel cell system has an effect that even different types of fuel can be stably burned.

また、上記ノズルを複数集合させてバーナを構成させ
たので、温度分布偏差の少ない燃焼ガスが得られるとい
う効果があり、アノード排ガスポート出口端面を塞いだ
ことにより、天然ガス,空気燃焼時における未然ガスの
アノード排ガスポート内の循環が防止できるために火炎
長の平均化ができるという効果および失火しにくくなる
という効果がある。
In addition, since a burner is formed by assembling a plurality of the above nozzles, there is an effect that a combustion gas having a small temperature distribution deviation can be obtained. Since the gas can be prevented from circulating in the anode exhaust gas port, there is an effect that the flame length can be averaged and an effect that it is difficult to cause a misfire.

さらに、アノード排ガスと空気との混合性を良くする
ために、上記アノード排ガスノズル下端円周上に長穴の
切欠を設け、空気ポート側に開口したことにより、火炎
長が短縮される効果と、上記アノード排ガスノズル形状
により、天然ガス燃焼中に水蒸気が導入されても失火せ
ず、アノード排ガス燃焼への切替が容易であるという効
果がある。
Furthermore, in order to improve the mixing property between the anode exhaust gas and the air, a notch of a long hole is provided on the circumference of the lower end of the anode exhaust gas nozzle, and by opening to the air port side, the effect that the flame length is shortened, Due to the anode exhaust gas nozzle shape, there is an effect that even if steam is introduced during natural gas combustion, no misfire occurs and switching to anode exhaust gas combustion is easy.

そのほか、本実施例の他の効果として、三重ポート構
造ノズルの各ポートの入口に絞りを設けたことにより、
燃焼振動が発生しても失火することがなく、均一な火炎
長さで安定燃焼することができるという効果がある。
In addition, as another effect of this embodiment, by providing a throttle at the inlet of each port of the triple-port structure nozzle,
Even if combustion oscillation occurs, there is an effect that a misfire does not occur and stable combustion can be performed with a uniform flame length.

次に、本発明の他の実施例を第6図を参照して説明す
る。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

第6図は、本発明の他の実施例に係るバーナ部のノズ
ル管の断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of a nozzle tube of a burner portion according to another embodiment of the present invention.

第6図の実施例は、ノズル入口部の絞りとノズルとを
一体化した部分が第3図の実施例と異なる点であり、図
示しないバーナ装置の各部は第3図に示すものと同等で
ある。
The embodiment shown in FIG. 6 is different from the embodiment shown in FIG. 3 in that a portion where the throttle and the nozzle at the nozzle entrance are integrated is different from the embodiment shown in FIG. 3, and each part of the burner device not shown is the same as that shown in FIG. is there.

すなわち、絞り80Aは、空気ポート65を構成するノズ
ル管53と一体に、絞り81Aは、アノード排ガスポート66
を構成するノズル管54と一体に、絞り82Aは、天然ガス
ポート67を構成するノズル管55と一体に形成されてい
る。
That is, the throttle 80A is integrated with the nozzle pipe 53 constituting the air port 65, and the throttle 81A is
And the throttle 82A is formed integrally with the nozzle tube 55 forming the natural gas port 67.

ノズルと絞りを一体化することにより、組立およびバ
ーナのノズル部のメンテナンスが容易にできる効果があ
る。
By integrating the nozzle and the throttle, there is an effect that assembly and maintenance of the nozzle portion of the burner can be easily performed.

次に、第7図は、本発明のさらに他の実施例に係るバ
ーナ装置のノズル部を示す一部破断斜視図である。図
中、第5図と同一符号のものは同等部であるから、その
説明を省略する。
Next, FIG. 7 is a partially cutaway perspective view showing a nozzle portion of a burner device according to still another embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 5 denote the same parts, and a description thereof will be omitted.

第7図の実施例は、空気ポート65の内部に、プレート
75Aに接合してなる支持板76が設けられていることが異
なる点である。この支持板76はノズル管53の内側に接し
ていてもよい。本実施例ではノズル管54の周囲に三等分
した位置に支持板76が一枚づつ3板設けられている。こ
れらの支持板76は、ノズル管54が熱的影響による変動を
受けて他のノズル管53に対して偏心しようとしたとき
に、ノズル管53,54間の梁となって偏心を防止する働き
をする。
The embodiment shown in FIG.
The difference is that a support plate 76 joined to 75A is provided. The support plate 76 may be in contact with the inside of the nozzle tube 53. In this embodiment, three support plates 76 are provided one by one around the nozzle tube 54 at three equally divided positions. These support plates 76 act as beams between the nozzle tubes 53 and 54 to prevent eccentricity when the nozzle tubes 54 are eccentric with respect to other nozzle tubes 53 due to fluctuations due to thermal effects. do.

第7図の実施例によれば、第3図の実施例における効
果に加えて、空気ポート内に支持を設けたことにより、
ノズル相互の偏心が防止でき、バーナの信頼性を向上す
るという効果がある。加えて、これらの支持板を空気の
旋回のための羽根として使用することも可能であり、天
然ガス燃焼時の天然ガスと空気との混合性を増加させ、
火炎長を短縮することができる効果もある。
According to the embodiment of FIG. 7, in addition to the effect of the embodiment of FIG.
The eccentricity between the nozzles can be prevented, and the reliability of the burner is improved. In addition, it is also possible to use these support plates as vanes for the swirling of air, increasing the mixability of natural gas and air during natural gas combustion,
There is also an effect that the flame length can be shortened.

次に、第8図は、本発明のさらに他の実施例に係るバ
ーナ装置のノズル部を示す一部破断斜視図である。図
中、第5図と同一符号のものは同等部であるから、その
説明を省略する。
Next, FIG. 8 is a partially cutaway perspective view showing a nozzle portion of a burner device according to still another embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 5 denote the same parts, and a description thereof will be omitted.

第8図の実施例は、空気ポート65の内部に、プレート
75Bに接した突出しの凸部の保炎板79が3箇所設けられ
たことが異なる点である。この保炎板79はノズル53の内
側には接しておらず、空気ポート65の真中まで突出して
おり幅を有している。本例では、保炎板79は、プレート
75Aの外周3等分位置に設けられている。
The embodiment shown in FIG.
The difference is that three protruding flame holding plates 79 in contact with 75B are provided. The flame holding plate 79 does not contact the inside of the nozzle 53, but protrudes to the center of the air port 65 and has a width. In this example, the flame holding plate 79 is a plate
It is provided at a position equally divided into the outer circumference of 75A.

第8図の実施例によれば、第3図の実施例における効
果に加えて、空気ポート内に保炎板79を設けたことによ
り、空気ポートから噴出する空気流が保炎板に衝突する
所では乱れが生じるので、天然ガスと空気の混合性がよ
り向上するという効果がある。
According to the embodiment of FIG. 8, in addition to the effects of the embodiment of FIG. 3, the provision of the flame holding plate 79 in the air port allows the air flow ejected from the air port to collide with the flame holding plate. Since turbulence occurs in the place, there is an effect that the mixing property between natural gas and air is further improved.

[発明の効果] 以上詳細に説明したように、本発明によれば、下記の
効果がある。
[Effects of the Invention] As described in detail above, the present invention has the following effects.

1)水素製造装置に係る燃料改質装置における燃料供給
系内の昇温時間の短縮、および、その昇温用燃料の有効
利用を図り、システムの昇温起動の立上げ時間を短縮し
た高効率の燃料電池装置の制御装置を提供することがで
きる。
1) High efficiency by shortening the heating time in the fuel supply system of the fuel reformer related to the hydrogen production device, and by effectively using the fuel for heating, and by shortening the startup time of the heating of the system. And a control device for the fuel cell device.

2)燃料改質装置のバーナの2種類の供給燃料切替が容
易に行なわれ、装置の簡素化と制御の信頼性向上の可能
な燃料電池装置の制御装置を提供することができる。
2) It is possible to provide a control device for a fuel cell device in which two types of supply fuel of a burner of a fuel reforming device can be easily switched, and the device can be simplified and control reliability can be improved.

3)従来の天然ガス燃焼時の未然ガスのポート内への循
環による失火、あるいは火炎長の不均一化を防止し、ア
ノード排ガス燃焼における火炎長の短炎化を図り、幅広
い燃焼範囲の確保および温度分布偏差の少ない燃焼ガス
を発生する水素製造装置のバーナ装置を提供することが
できる。
3) The conventional method prevents natural gas from igniting due to circulation of natural gas into the port during combustion, or non-uniform flame length, shortens flame length in anode exhaust gas combustion, and secures a wide combustion range. It is possible to provide a burner device of a hydrogen production device that generates a combustion gas having a small temperature distribution deviation.

4)燃焼振動が起こりやすい負荷変動,部分負荷運転に
対しても安定した燃焼性能が得られ、均一加熱を可能と
するバーナ装置を提供することができる。
4) It is possible to provide a burner device capable of obtaining stable combustion performance even with load fluctuation and partial load operation in which combustion oscillation is likely to occur and enabling uniform heating.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本発明の一実施例に係る燃料電池システムの
構成を示す系統図、第2図は、第1図の燃料電池システ
ムにおける燃料改質装置の断面図、第3図は、第2図の
燃料改質装置のバーナ部の断面図、第4図は、第3図の
A−A矢視図、第5図は、バーナのノズル部詳細を示す
一部破断斜視図、第6図は、本発明の他の実施例に係る
バーナ部のノズル管の断面図、第7図は、本発明のさら
に他の実施例に係るバーナ装置のノズル部を示す一部破
断斜視図、第8図は、本発明のさらに他の実施例に係る
バーナ装置のノズル部を示す一部破断斜視図である。 3……反応管部、4……バーナ部、5……燃料改質装
置、6……三方切替弁、7……燃料電池本体、8……冷
却水ポンプ、9……給水ポンプ、10……冷却用水タン
ク、11……スチームドラム、12……温度検知器、13……
可燃ガス検出器、14……ブロワ、15……エジエクター、
16……制御器、17……調節弁、20,21……水蒸気配管、2
2,23,24,25,26,27……燃料配管、31……遮断弁、51……
バーナ、53,54,55……ノズル管、65……空気ポート、66
……アノード排ガスポート、67……天然ガスポート、7
5,75A,75B……プレート、76……支持板、78……長穴、7
9……保炎板、80,80A,81,81A,82,82A……絞り。
FIG. 1 is a system diagram showing a configuration of a fuel cell system according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a fuel reformer in the fuel cell system of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of a burner portion of the fuel reformer shown in FIG. 2, FIG. 4 is a view taken along line AA of FIG. 3, FIG. FIG. 7 is a sectional view of a nozzle tube of a burner unit according to another embodiment of the present invention. FIG. 7 is a partially cutaway perspective view showing a nozzle unit of a burner device according to still another embodiment of the present invention. FIG. 8 is a partially cutaway perspective view showing a nozzle portion of a burner device according to still another embodiment of the present invention. 3 ... reaction tube section, 4 ... burner section, 5 ... fuel reformer, 6 ... 3-way switching valve, 7 ... fuel cell body, 8 ... cooling water pump, 9 ... water supply pump, 10 ... ... water tank for cooling, 11 ... steam drum, 12 ... temperature detector, 13 ...
Combustible gas detector, 14 …… Blower, 15 …… Ejector,
16 ... Controller, 17 ... Control valve, 20,21 ... Steam piping, 2
2,23,24,25,26,27 …… Fuel piping, 31 …… Shutoff valve, 51 ……
Burner, 53, 54, 55 …… Nozzle tube, 65 …… Air port, 66
…… Anode exhaust gas port, 67 …… Natural gas port, 7
5,75A, 75B …… Plate, 76 …… Support plate, 78 …… Long hole, 7
9 …… flame holding plate, 80,80A, 81,81A, 82,82A …… aperture.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大島 正 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社 日立製作所土浦工場内 (72)発明者 木村 信二郎 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社 日立製作所土浦工場内 (72)発明者 ▲いえ▼畑 勲 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社 日立製作所土浦工場内 (72)発明者 小林 公夫 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社 日立製作所土浦工場内 (72)発明者 小山 一仁 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−48771(JP,A) 特開 昭63−230503(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 8/00 - 8/24 C01B 3/32 - 3/48 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tadashi Oshima 603, Kandate-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref.Hitachi, Ltd. (72) Inventor ▲ Ie ▼ Isao Hata 603, Kandamachi, Tsuchiura-shi, Ibaraki Prefecture Inside the Tsuchiura Plant, Hitachi, Ltd. ) Inventor Kazuhito Koyama 502, Kandate-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref. Machinery Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-63-48771 (JP, A) JP-A-63-230503 (JP, A) (58) ) Surveyed field (Int.Cl. 6 , DB name) H01M 8/00-8/24 C01B 3/32-3/48

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】燃料電池本体と、燃料電池に水素を供給す
るための水素製造装置と、 この水素製造装置に、水蒸気を供給する水蒸気供給手
段,水蒸気昇温手段、天然ガスを供給する系、および燃
焼空気を供給する系と、 前記水素製造装置から送出された水蒸気および水素燃料
を、前記燃料電池,水素製造装置内のバーナへ供給する
各系路を切替える供給切替手段と、 前記水素製造装置に供給する天然ガスと水蒸気とを流量
制御する手段とからなる燃料電池装置の制御装置におい
て、 前記水蒸気供給手段から前記水素製造装置へ通じる経路
の前記水素製造装置入口部に具備され、昇温された水蒸
気供給系内温度を検出する温度検出器と、 この温度検出器により検出された検出温度に応じて、前
記水素製造装置に供給する天然ガスと水蒸気との流量を
制御し、かつ、前記供給切替手段を制御する制御器と
を、 備えたことを特徴とする燃料電池装置の制御装置。
1. A fuel cell main body, a hydrogen producing apparatus for supplying hydrogen to the fuel cell, a steam supplying means for supplying steam, a steam heating means, a system for supplying natural gas to the hydrogen producing apparatus, And a system for supplying combustion air; a supply switching unit for switching each system for supplying steam and hydrogen fuel sent from the hydrogen production device to a burner in the fuel cell and the hydrogen production device; and a hydrogen production device. A control device for a fuel cell device, comprising: means for controlling the flow rate of natural gas and steam supplied to the fuel cell device. The control device is provided at an inlet of the hydrogen production device in a path leading from the steam supply device to the hydrogen production device, and is heated. A temperature detector for detecting the temperature in the steam supply system, and a natural gas and a steam supplied to the hydrogen production apparatus in accordance with the detected temperature detected by the temperature detector. To control the amount, and the control apparatus for a fuel cell system, characterized by a controller for controlling the supply switching means comprises a.
【請求項2】燃料電池本体と、 バーナと反応管とからなり、燃料電池に水素を供給する
ための水素製造装置と、 この水素製造装置に、水蒸気を供給する水蒸気供給手
段,水蒸気昇温手段、天然ガスを供給する系、および燃
焼空気を供給する系と、 前記水素製造装置から送出された水蒸気および水素燃料
を、前記燃料電池,水素製造装置内のバーナへ供給する
各系路を切替える供給切替手段と、 前記水素製造装置に供給する天然ガスと水蒸気とを流量
制御する手段とからなる燃料電池装置の制御装置におい
て、 前記水蒸気供給手段から前記水素製造装置へ通じる経路
の前記水素製造装置入口部に具備され、昇温された水蒸
気供給系内温度を検出する温度検出器と、 前記水素製造装置のバーナに、燃料電池本体で残った燃
料を供給する供給系の前記バーナ入口に具備した可燃ガ
ス検出器と、 これら温度検出器および可燃ガス検出器に電気的に接続
された制御器とを備え、 この制御器は、 前記温度検出器により検出された検出温度に応じて、前
記水素製造装置に供給する天然ガスと水蒸気との流量を
制御し、かつ、前記供給切替手段を制御するとともに、 前記可燃ガス検出器により検出された信号に応じて、燃
料電池発電装置起動時に開放されている天然ガス制御弁
を遮断して、前記水素製造装置のバーナ燃焼の燃焼切替
を行うように制御回路を構成した ことを特徴とする燃料電池装置の制御装置。
2. A hydrogen production apparatus comprising a fuel cell main body, a burner and a reaction tube, for supplying hydrogen to the fuel cell, a steam supply means for supplying steam to the hydrogen production apparatus, and a steam heating means. , A system for supplying natural gas, and a system for supplying combustion air; and a supply for switching each system for supplying steam and hydrogen fuel sent from the hydrogen production device to a burner in the fuel cell and the hydrogen production device. A control device for a fuel cell device, comprising: a switching unit; and a unit that controls a flow rate of natural gas and steam supplied to the hydrogen production device. The hydrogen production device entrance of a path leading from the steam supply device to the hydrogen production device A temperature detector for detecting the temperature of the increased temperature of the steam supply system, and a supply system for supplying the fuel remaining in the fuel cell body to the burner of the hydrogen production apparatus. A flammable gas detector provided at the burner inlet; and a controller electrically connected to the temperature detector and the flammable gas detector. The controller adjusts the detected temperature detected by the temperature detector. Accordingly, the flow rate of natural gas and water vapor supplied to the hydrogen production device is controlled, and the supply switching means is controlled. In response to a signal detected by the combustible gas detector, a fuel cell power generator A control device for a fuel cell device, characterized in that a control circuit is configured to shut off a natural gas control valve that is open at the time of start-up, and to perform combustion switching of burner combustion of the hydrogen production device.
【請求項3】燃料電池本体と、 バーナと反応管とからなり、燃料電池に水素を供給する
ための水素製造装置と、 この水素製造装置に、水蒸気を供給する水蒸気供給手
段,水蒸気昇温手段、天然ガスを供給する系、および燃
焼空気を供給する系と、 前記水素製造装置から送出された水蒸気および水素燃料
を、前記燃料電池,水素製造装置内のバーナへ供給する
各系路を切替える供給切替手段と、 前記水素製造装置に供給する天然ガスと水蒸気とを流量
制御する手段とからなる燃料電池装置において、 前記水素製造装置のバーナ装置は、 第1のポート壁により形成される第1のポートと、前記
第1のポート壁をとり囲む第2のポート壁と前記第1の
ポート壁とにより形成される第2のポートと、前記第2
のポート壁をとり囲む第3のポート壁と前記第2のポー
ト壁とにより形成される第3のポートとから構成されて
いる3重ポート構造のノズルを有するバーナ装置であっ
て、 第2のポートの出口端面を塞ぐプレートと、 第2のポートの出口端の円周上に形成された長穴上の切
欠きとを 設けたことを特徴とする燃料電池装置。
3. A hydrogen production apparatus comprising a fuel cell main body, a burner and a reaction tube, for supplying hydrogen to the fuel cell, a steam supply means for supplying steam to the hydrogen production apparatus, and a steam heating means. , A system for supplying natural gas, and a system for supplying combustion air; and a supply for switching each system for supplying steam and hydrogen fuel sent from the hydrogen production device to a burner in the fuel cell and the hydrogen production device. In a fuel cell device comprising switching means and means for controlling the flow rates of natural gas and steam supplied to the hydrogen production device, the burner device of the hydrogen production device has a first port wall formed by a first port wall. A second port formed by a port, a second port wall surrounding the first port wall, and the first port wall;
A third port wall surrounding the first port wall and a third port formed by the second port wall, the burner device having a nozzle having a triple port structure, A fuel cell device, comprising: a plate for closing an outlet end face of a port; and a notch on an elongated hole formed on the circumference of the outlet end of the second port.
【請求項4】前記水素製造装置のバーナ装置は、第1の
ポートに炭化水素を主成分とする燃料を流し、第2のポ
ートに水素を主成分とする燃料を流し、第3のポートに
空気を流すように構成したことを特徴とする請求項3記
載の燃料電池装置。
4. A burner device of the hydrogen production apparatus, wherein a fuel containing hydrocarbon as a main component flows through a first port, a fuel containing hydrogen as a main component flows through a second port, and a fuel flows through a third port. 4. The fuel cell device according to claim 3, wherein air is made to flow.
【請求項5】前記水素製造装置のバーナ装置は、第3の
ポート内に、第3のポート壁と第2のポート壁とに接合
してなる支持部を設けたことを特徴とする請求項3記載
の燃料電池装置。
5. The burner device of the hydrogen production apparatus, wherein a support portion is provided in the third port, the support portion being joined to the third port wall and the second port wall. 3. The fuel cell device according to 3.
【請求項6】前記水素製造装置のバーナ装置は、第2の
ポートの出口端面を塞ぐプレートに、前記第2のポート
内に突出する凸部を設けたことを特徴とする請求項3記
載の燃料電池装置。
6. The burner device of the hydrogen production apparatus according to claim 3, wherein the plate that closes the outlet end face of the second port is provided with a projection projecting into the second port. Fuel cell device.
【請求項7】前記水素製造装置のバーナ装置は、3重ポ
ート構造のノズルを有するバーナ装置において、3重構
造の少なくとも1箇所に絞り部を設けたことを特徴とす
る請求項3記載の燃料電池装置。
7. The fuel according to claim 3, wherein the burner device of the hydrogen production device is a burner device having a nozzle having a triple port structure, wherein a throttle portion is provided in at least one place of the triple structure. Battery device.
【請求項8】前記水素製造装置のバーナ装置は、少なく
とも2本以上のノズルからなり、絞り部の径が異なるこ
とを特徴とする請求項7記載の燃料電池装置。
8. The fuel cell device according to claim 7, wherein the burner device of the hydrogen production device comprises at least two or more nozzles, and the diameter of the throttle portion is different.
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