JP4075568B2 - 燃料電池発電装置の燃焼装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化水素系の原料から水素を生成して発電を行う燃料電池発電装置の水素生成器に用いる燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池発電装置の水素生成器に用いる燃焼装置に関する第１の従来技術としては、改質器から水素ガスを発生させるための初期燃焼時に、燃焼用空気をバーナ部に送風するとともに、イグナイタをＯＮし、高カロリー用燃料供給系路の制御バルブを開き炭化水素系燃料を高カロリー用小口径ノズルから噴流して着火しているものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、燃焼装置の第２の従来技術としては、ガスディストリビュータとその周囲に設ける空気噴出器で燃焼室を構成し、燃焼室の下流側に着火のため点火プラグを取り付けているものがある（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２２０４３号公報
【０００５】
【特許文献２】
特公平５−５９３２５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の第１の従来技術では、バーナ部の外側よりイグナイタを臨ませるので、バーナがコンパクトに構成できないという課題があった。
【０００７】
また、バーナ部の上方の一部からイグナイタを挿入することで、その部分より放熱が多くなり、改質器の効率が悪化するという課題もあった。
【０００８】
更に、イグナイタの周囲に冷却用の空気を送風していないので、イグナイタの絶縁碍子の温度が高温となり、破損して着火が不能になるという課題もあった。
【０００９】
第２の従来技術では、点火プラグを空気供給通路や断熱材を貫通させて、燃焼室の下流に臨ませるので、空気流の漏れを防止するための構成が複雑になり、製造コストが上昇するという課題があった。
【００１０】
また、点火プラグを空気供給通路や断熱材を貫通させて、燃焼室の下流に臨ませるので、点火プラグの位置決めにばらつきが生じるという課題があった。
【００１１】
更に、点火プラグの周囲に冷却用の空気を送風していないので、点火プラグの絶縁碍子の温度が高温となり、破損して着火が不能になるという課題もあった。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ディストリビュータの略中央に着火用の電極を挿入する挿入通路を設け、その挿入通路内に冷却空気を流入して、燃焼装置をコンパクトに構成し、放熱を防止し、着火用の電極の高温による破損を防止することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃焼装置は、燃焼室を形成し、かつ前記燃焼室の中央方向に周囲から空気を噴出する空気噴出部と、前記空気噴出部の中心部より前記燃焼室内に突き出して設け、前記突き出た上端部に燃料を外周方向に噴出する噴出孔を有するディストリビュータと、前記ディストリビュータの略中央に設け、着火用の電極を挿入する挿入通路と、前記挿入通路内に挿入し、前記ディストリビュータの上端部より前記燃焼室内に突き出た絶縁碍子及び該絶縁碍子より前記燃焼室内に突き出て前記ディストリビュータの上端部との間で放電し燃料に着火する電極からなる着火用の電極とを備え、前記挿入通路は前記ディストリビュータの上端面より前記燃焼室に通じ、かつ前記絶縁碍子の外周面との間に通路を確保して冷却空気を流入する構成とし、さらに水素生成器本体内に燃焼用空気を供給する空気室を形成し、前記空気室に前記空気噴出部を内装した燃料電池発電装置の燃焼装置である。
【００１４】
これによって、ディストリビュータ内に電極が収納され、燃焼装置をコンパクトに構成している。また、水素生成器本体には、電極取り付け用の開口を設ける必要が無く、放熱損失を防止している。また、挿入通路内に流入する冷却空気により電極とその絶縁碍子の温度上昇が防止でき、耐久性を向上するようにしている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、燃焼室を形成し、かつ前記燃焼室の中央方向に周囲から空気を噴出する空気噴出部と、前記空気噴出部の中心部より前記燃焼室内に突き出して設け、前記突き出た上端部に燃料を外周方向に噴出する噴出孔を有するディストリビュータと、前記ディストリビュータの略中央に設け、着火用の電極を挿入する挿入通路と、前記挿入通路内に挿入し、前記ディストリビュータの上端部より前記燃焼室内に突き出た絶縁碍子及び該絶縁碍子より前記燃焼室内に突き出て前記ディストリビュータの上端部との間で放電し燃料に着火する電極からなる着火用の電極とを備え、前記挿入通路は前記ディストリビュータの上端面より前記燃焼室に通じ、かつ前記絶縁碍子の外周面との間に通路を確保して冷却空気を流入する構成とし、さらに水素生成器本体内に燃焼用空気を供給する空気室を形成し、前記空気室に前記空気噴出部を内装した燃料電池発電装置の燃焼装置にすることにより、ディストリビュータ内に電極が収納されるので、燃焼装置をコンパクトに構成でき、また、水素生成器本体には、電極取り付け用の開口を設ける必要がないので、放熱損失を防止でき、着火用の電極とその絶縁碍子を冷却するので、着火用の電極の耐久性を向上できる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、特に、請求項１に記載の挿入通路は、燃焼室の反対側に設ける端部で、電極の挿入の位置決めと冷却空気のシールを行なうことにより、電極の挿入を容易に行ない、製造コストを低減できる。
【００１７】
また、温度の低い部分でシールを行なうので、冷却空気の漏れを防止し、シールの劣化を防止できる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、特に、請求項１に記載の挿入通路は、空気噴出部の上流から導入通路を介して冷却空気を送ることにより、空気噴出部の空気噴出口に向かう空気の流れを乱さないようにして、空気の分配を行なうことができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、特に、請求項１に記載の挿入通路は、その側部に導入通路を接線方向から連通し、挿入通路内を冷却空気が旋回しながら送られることにより、電極の周囲に均一な空気の流れを形成し、冷却を促進することができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、特に、請求項１に記載の挿入通路は、電極を挿入する側の周壁に複数個の突起部を設け、その突起部に沿って挿入通路内の略中央に電極を配置することにより、挿入通路内で電極が片寄ることによる冷却空気の不均一な流れを防止することができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、特に、請求項１に記載の挿入通路は、その外側に新たに独立して設ける冷却空気通路に冷却空気を送ることにより、挿入通路内に電極を収納する位置に関係なく、冷却空気通路を構成するので、一定の流量や流速を設定でき、安定した冷却を行なうことができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、特に、請求項１に記載の挿入通路の外側に独立して設ける冷却空気通路の下流端部に複数個の冷却空気噴出孔を設け、冷却空気の流量を制御することにより、空気噴出部の空気噴出口から燃焼室に向かう空気の流量との分配を精度良く行なうことができ、燃焼装置の燃焼特性を悪化させないようにして、冷却空気を導入することができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、特に、請求項１に記載の挿入通路の外側に独立して設ける冷却空気通路の下流端部に複数個の旋回部を設け、冷却空気を旋回しながら放出することにより、冷却空気通路から燃焼室に噴出する冷却空気が、燃焼室内に拡散して、燃焼室内に形成する火炎の中央に新たな空気を供給するので、燃焼を促進し、燃焼特性を向上することができる。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、特に、請求項１に記載の空気噴出部は、その内壁の一部を開口して設ける開口部から、ディストリビュータを燃焼室内に挿入し、着脱可能の構成とし、その構成に冷却空気を導入する構成を一体化することにより、空気噴出部に一体化されたユニットを容易に装着でき、製造コストを低減することができる。
【００２５】
また、ユニットのメンテナンスを容易にして、燃焼装置の耐用年数を向上することができる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明は、特に、請求項１に記載のディストリビュータは、天板の任意の位置に着火用の電極の火花放電を飛ばすことにより、電極を略直線上の形状に構成し、装着を容易に行なうことができる。
【００２７】
また、ディストリビュータの天板に火花放電を飛ばすので、空気噴出部からの空気に押された燃料がディストリビュータの周囲に集合し、着火を容易に行なうことができる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明は、特に、請求項１に記載の燃焼装置を炭化水素系原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質器に搭載することにより、ディストリビュータ内に電極が収納されるので、燃焼装置をコンパクトに構成でき、また、改質器本体には、電極取り付け用の開口を設ける必要がないので、放熱損失を防止でき、着火用の電極とその絶縁碍子を冷却するので、着火用の電極の耐久性を向上することができる。
【００２９】
また、ユニットのメンテナンスを容易にして、燃焼装置の耐用年数を向上するすることができる。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００３１】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例における燃料電池発電装置に用いられる水素生成器の全体構成図である。
【００３２】
また、図２は、本発明の第１の実施例における燃焼装置の拡大断面図である。また、図３は、本発明の第１の実施例における燃焼装置を下流側から見た平面図である。
【００３３】
図１、図２において、１は、都市ガスを原料として燃料電池発電装置に供給する水素を生成する水素生成器であり、２は、都市ガスと水蒸気とからなる原料ガス、３は、ニッケルもしくはルテニウムを主成分とする触媒を充填した触媒層で、この触媒層３で原料ガス２を反応させることにより、水素と二酸化炭素および一酸化炭素からなる生成ガス４を生成する。この生成反応は７００℃程度の高温で生じる吸熱反応であるため、燃焼装置５により高温の燃焼ガスを供給して原料ガス２と触媒層３を加熱している。燃焼装置５は、都市ガス６（天然ガス）や燃料電池から排出されるオフガス７（未反応水素ガス）、または都市ガス６とオフガス７を混合して燃料としてディストリビュータ８から噴出し、空気噴出部９の周囲から燃焼用空気１０を供給することにより燃焼を行なっている。１１は、燃焼用空気を供給する空気室、１３は、燃焼装置５によって生じる火炎１４が触媒容器１２に直接触れることを避け、さらに燃焼ガス１５の流路を規定するための燃焼筒である。燃焼ガス１４は、触媒容器１２の周囲に沿って流れ、水素生成器１の外部に排出される。
【００３４】
また、都市ガス６やオフガス７または都市ガス６とオフガス７の混合ガスは、燃料ガス１６として円管状のディストリビュータ８へ供給される。ディストリビュータ８の先端には燃料ガスの噴出孔として、上段噴出孔１７と下段噴出孔１８がディストリビュータ８の半径方向に各々８個づつ設けられ、燃料ガスを放射状に噴出する構成としている。空気噴出部９は複数の空気噴出孔１９が設けられ、ディストリビュータ８を中心としてテーパ形状に開口して燃焼室２０を形成し、燃焼用空気１０を燃焼室２０内に供給する構成としている。空気噴出孔１９は、上下方向の配列を千鳥状に設けている。ディストリビュータ８は空気噴出部９の中心部に位置しており、ディストリビュータ８の上段噴出孔１７が空気噴出部９の空気噴出孔１９の最下段の空気噴出孔２１とほぼ対向する位置に、燃焼室２０内へ突出して配置している。また、空気噴出部９の底部には下部空気噴出孔２２を設け、ディストリビュータ８の軸方向と平行方向に燃焼空気の一部を供給する構成としている。
【００３５】
２３は、ディストリビュータ８の中央に、ディストリビュータ８を貫通するように設ける挿入通路で、図２に示すように挿入通路２３はディストリビュータ８の上端面より燃焼室２０に通じ、かつ電極の絶縁碍子２７の外周面との間に通路を確保して冷却空気を流入する構成にし、ディストリビュータ８とは、隔離して構成され、燃料ガス１６が進入することはない。ディストリビュータ８の外部に延長して設ける挿入通路２３に、燃焼用空気１０の一部から分配される冷却空気２５を送る送風管２４を設けている。２６は、挿入通路２３内に挿入する着火用の電極で、耐熱性のカンタル線やエスイット線で構成している。電極２６の周囲は、絶縁用の絶縁碍子２７で被覆されている。絶縁碍子２７は、耐熱性のアルミナ、シリカ等のセラミック材で形成し、その表面は、ガラス成分からなる釉薬が塗布されている。電極２６の先端は、燃焼室２０に臨み、曲率をもって屈曲し、ディストリビュータ８の上段噴出孔１７上方の近傍に火花放電が飛ぶように、位置決めを行なっている。
【００３６】
図３において、ディストリビュータ８のみは上段噴出孔１７の位置をわかりやすくするために、上段噴出孔１７の位置の断面を図示している。図中、中心部から周囲方向への放射状の矢印Ａは上段噴出孔１７から噴出される燃料ガスの噴出方向を表わし、また逆に中心方向への矢印Ｂは空気噴出孔１９のうち破線Ｃで示した最下段の空気噴出孔２１から噴出される燃焼用空気の噴出方向を表わしている。このように、本発明では燃料ガスの噴出方向と燃焼用空気の噴出方向が直線上に位置するように両噴出孔の位置を調節している。更に、本発明では下部空気噴出口２１から噴出される燃焼用空気が上記燃料ガスの噴出方向の矢印Ａに交差する位置に下部空気噴出孔２２の一部を配置している。
【００３７】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３８】
燃焼の初期段階では、燃焼装置５には、都市ガス６（天然ガス）を成分とする燃料ガス１６が供給され、ディストリビュータ８から放射状に噴出された燃料ガス１６と略対向する最下段の空気噴出孔２１から供給された燃焼用空気が衝突し混合する。この時、ディストリビュータ８の挿入通路２３を介して燃焼室２０に臨ませた電極２６により、火花放電が行なわれ、燃料ガス１６に着火が行なわれる。燃料ガス１６は空気噴出部９の開口部方向へ流れて行くが、空気噴出部９の形状を図示したようにテーパ状としているため燃料ガス１６の流路断面積が連続的に拡大し、それによって燃料ガス１６の流速が減少し、その流速が都市ガス６の燃焼速度と同等またはそれ以下となった場所で火炎１４を生じて燃焼する。この燃焼により水素生成器１の触媒層３を加熱していく。
【００３９】
また、燃料電池から排出されるオフガス７（未反応水素ガス）を燃焼するときは、ディストリビュータ８から放射状に噴出されたオフガス７と略対向する最下段の空気噴出孔２１から供給された燃焼用空気１０とが衝突する位置で、オフガス７の流速は最も速く、オフガス７中の燃焼速度の速い水素がこの部分で燃焼可能となり火炎１４を生じて燃焼する。この燃焼により水素生成器１の触媒層３を加熱していく。
【００４０】
また、燃焼用空気１０の一部は、冷却空気２５として送風管２４を介して挿入通路２３に送られ、着火用の電極２６の周囲に沿って流れ、電極２６とその絶縁碍子２７の冷却を行なって、燃焼室２０に排出している。
【００４１】
以上のように、本実施例においては、ディストリビュータ８の略中央に電極２６が収納されるので、電極２６が燃焼装置５の内部に収まり、燃焼装置５をコンパクトに構成し、製造コストを低減することができる。
【００４２】
また、水素生成器１本体には、電極２６取り付け用の開口を設ける必要がないので、触媒容器１２が密閉構造となり放熱損失を防止して、水素生成器１の熱効率を向上できる。
【００４３】
また、挿入通路２３内に流入する冷却空気２５により、電極２６とその絶縁碍子２７の温度上昇が防止でき、電極２６とその絶縁碍子２７の破損を防止して耐久性を向上することができる。
【００４４】
また、電極２６とその絶縁碍子２７の周囲に冷却空気を流通するので、空気不足の燃焼の場合（特に都市ガス６）、火炎１４中に新たな空気を供給して、電極２６にカーボンが付着することを防止できる。
【００４５】
また、空気噴出部９の形状を火炎１４の放出方向に開口部が広がったテーパ状としているため、燃料ガス１６の流速を高速から低速まで連続的に減少でき、これにより都市ガス６やオフガス７の燃焼速度の異なる燃料を燃焼させることができる。
【００４６】
また、燃料ガス１６と燃焼用空気１０が混合を促進するために上段噴出孔１７と最下段の空気噴出孔２１を略対向して配置しているため、この部分では燃焼速度が速く燃焼しやすい水素が空気と十分に混合し、火炎１４は常に安定して存在することができる。
【００４７】
また、下部空気噴出孔２２を介して燃焼用空気１０を燃料ガス１６に対して下方から交差する位置から噴出するので、燃料ガス１６と燃焼用空気１０の混合をより良好にすることができる。この燃焼用空気１０は、単にガスの混合を良くするのみではなく、燃焼ガス１６の流量に対して燃焼用空気１０の流量が相対的に過剰に供給した場合でも火炎１４を保つ作用が認められ、燃焼の安定化に大きな効果を有している。
【００４８】
（実施例２）
図４は、本発明の第２の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図４において、２６は電極、２７は絶縁碍子、２８はシール材、２９は絶縁碍子２７に設ける当たり部、３０は指示金具で、実施例１と異なるところは、挿入通路２３は、燃焼室２０の反対側に設ける端部で、電極２６の挿入の位置決めと冷却空気のシールを行なうように構成する点である。
【００４９】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００５０】
電極２６の周囲を被覆する絶縁碍子２７にフランジ状の当たり部２９を設け、それを挿入通路２３の燃焼室２０とは、反対側の端部に押しつけて固定することで、電極２６の燃焼室２０内に突出する位置決めを行うようにしている。このとき、絶縁碍子２７に電極２６を装着する方法は、絶縁碍子２７を固定した後に電極２６を燃焼室２０側より差し込むか、または直線の電極２６を絶縁碍子２７に差し込んで固定した後に、電極２６の端部を屈曲するようにしている。
【００５１】
また、冷却空気２５のシールは、挿入通路２３の端部と当たり部２９の間に繊維状のセラミックペーパーからなるシール材２８を設け、それを指示金具３０で押さえるようにしている。
【００５２】
以上のように、本実施例においては、絶縁碍子２７に設ける当たり部２９で電極２６の挿入の位置決めを容易に行うので、製造コストを低減することができる。
【００５３】
また、挿入通路２３端部の温度の低い部分でシールを行なうので、冷却空気の漏れを防止し、シール材２８の劣化を防止できる。
【００５４】
（実施例３）
図５は、本発明の第３の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図５において、３１は導入通路で、実施例１と異なるところは、挿入通路２３は、空気噴出部９の上流から導入通路３１を介して冷却空気２５を送るように構成する点である。
【００５５】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００５６】
燃焼用空気１０は、空気室１１に送られると、その一部が空気室１１の一部の空気噴出部９の空気噴出孔１９から離れた位置に連通している導入通路３１に送られ、挿入通路２３から燃焼室２０に排出され、このとき電極２６とその絶縁碍子２７を冷却するようにしている。
【００５７】
以上のように、本実施例においては、空気噴出部９の空気噴出孔１９に向かう空気の流れを乱さないようにして、燃焼用空気１０から冷却空気２５の分配を行なうことができる。
【００５８】
また、導入通路３１の引き回しにより、冷却のための構成を簡略化できる。
【００５９】
また、導入通路３１は、冷却空気２５の取り入れを空気噴出部９の上流で行い、温度の低い冷却空気２５を導入し、冷却を促進できる。
【００６０】
（実施例４）
図６（ａ）は、本発明の第４の実施例の燃焼装置を示す断面図、図６（ｂ）はＡ−Ａ切断面図である。図６（ａ）、（ｂ）において、実施例１と異なるところは、挿入通路２３は、その側部に送風管２４を接線方向から連通し、挿入通路２３内を冷却空気２５が旋回しながら送られる点である。
【００６１】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００６２】
燃焼用空気１０の一部が冷却空気２５として送風管２４に送られ、この送風管２４が挿入通路２３の側部に接線方向から連通しているので、冷却空気は２５は、旋回しながらから燃焼室２０に排出され、このとき電極２６とその絶縁碍子２７を冷却するようにしている。
【００６３】
以上のように、本実施例においては、電極２６の周囲に均一な空気の流れを形成し、冷却を促進することができる。
【００６４】
（実施例５）
図７は、本発明の第５の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図７において、３２は、突起部で、実施例１と異なるところは、挿入通路２３は、電極２６を挿入する側の周壁に複数個の突起部３２を設け、その突起部３２に沿って挿入通路２３内の略中央に電極２６を配置できるように構成する点である。
【００６５】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００６６】
挿入通路２３に電極２６とその絶縁碍子２７を挿入するときに、挿入通路２３の端部に設ける複数個の突起部３２が絶縁碍子２７の外周に沿って微細な公差で設けられ、電極２６が挿入通路２３の略中央に固定できるようにようにしている。
【００６７】
以上のように、本実施例においては、電極２６を挿入通路２３内に固定するときに突起部３２が絶縁碍子２７の挿入のためのガイドを構成するので、挿入通路２３内で電極２６が片寄ることによる冷却空気２５の不均一な流れを防止することができる。
【００６８】
（実施例６）
図８は、本発明の第６の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図８において、３３は冷却空気通路で、実施例１と異なるところは、挿入通路２３は、その外側に新たに独立して設ける冷却空気通路３３に冷却空気２５を送る点である。
【００６９】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００７０】
燃焼用空気１０は、空気室１１に送られると、その一部が空気室１１の一部の空気噴出部９の空気噴出孔１９から離れた位置に連通している導入通路３１に送られ、挿入通路２３の外側に、挿入通路２３と独立して設けている冷却空気通路３３を介して燃焼室２０に排出され、このとき電極２６とその絶縁碍子２７の燃焼室２０側の端部を冷却するようにしている。
【００７１】
以上のように、本実施例においては、挿入通路２３内に電極２６を収納する位置に関係なく、冷却空気通路３３を構成するので、冷却空気２５が片寄らないで、流通し、一定の流量や流速を設定でき、安定した冷却を行なうことができる。
【００７２】
（実施例７）
図９は、本発明の第７の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図９において、３４は冷却空気噴出孔で、実施例６と異なるところは、挿入通路２３の外側に独立して設ける冷却空気通路３３の下流端部に複数個の冷却空気噴出孔３４を設ける点である。
【００７３】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００７４】
冷却空気通路３３に送られる冷却空気２５は、冷却空気通路３３の下流端部に設ける複数個の冷却空気噴出孔３４により抵抗をかけられ、その流量を制御している。
【００７５】
また、複数個の冷却空気噴出孔３４により冷却空気２５を分散して、流速を増加して燃焼室２０に排出され、このとき電極２６とその絶縁碍子２７の燃焼室２０側の端部を冷却するようにしている。
【００７６】
以上のように、本実施例においては、冷却空気２５の流量を制御することにより、空気噴出部９の空気噴出孔１９から燃焼室２０に向かう燃焼用空気１０と冷却空気２５の流量分配を精度良く行なうことができる。
【００７７】
また、冷却空気２５を分散し、流速を増加させることにより、燃焼室２０の火炎１４に冷却空気２５を供給し、燃焼を促進し、燃焼特性を悪化させないようにすることができる。
【００７８】
（実施例８）
図１０は、本発明の第８の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図１０において、３５は旋回部で、実施例７と異なるところは、挿入通路２３の外側に独立して設ける冷却空気通路３３の下流端部に複数個の旋回部３５を設ける点である。
【００７９】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００８０】
冷却空気通路３３に送られる冷却空気２５は、冷却空気通路３３の下流端部に設ける複数個の切起こし状の羽根よりなる旋回部３５により抵抗をかけられ、その流量を制御している。また、複数個の旋回部３４により冷却空気２５を分散して、旋回させて流速を増加して燃焼室２０に排出され、このとき電極２６とその絶縁碍子２７の燃焼室２０側の端部を冷却するようにしている。
【００８１】
以上のように、本実施例においては、冷却空気２５を旋回しながら放出することにより、冷却空気通路３３から燃焼室２０に噴出する冷却空気２５が、燃焼室２０内に拡散して、燃焼室２０内に形成する火炎１４の中央に新たな空気を供給するので、燃焼を促進し、燃焼特性を向上することができる。
【００８２】
（実施例９）
図１１は、本発明の第９の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図１１において、３６は空気噴出部９の開口部、３７は空気室の１１の底板、３８はディストリビュータ８に設ける取り付けフランジ、３９は着脱ユニットで、実施例１と異なるところは、空気噴出部９は、その内壁の一部を開口して設ける開口部３６から、ディストリビュータ８を燃焼室２０内に挿入し、着脱可能の構成とし、その構成に冷却空気を導入する構成を一体化する点である。
【００８３】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００８４】
ディストリビュータ８を空気噴出部９の開口部３６から挿入するときに、ディストリビュータ８の略中央に設ける挿入通路２３に電極２６を固定し、また、ディストリビュータ８の一部に設ける取り付けフランジ３８に導入通路３１の冷却空気２５を取り入れる側の端部を取り付けて、着脱ユニット３９を構成している。この着脱ユニット３９を空気室１１の底板３７に装着することにより、ディストリビュータ８は、燃焼室内２０での位置決めを行い、冷却空気２５は、空気室１１から導入通路３１を介して挿入通路２３に送られるようにしている。
【００８５】
以上のように、本実施例においては、ディストリビュータ８と電極２６と導入通路２３等の構成を着脱ユニット３９として一体化して、空気噴出部９に容易に装着でき、製造コストを低減することができる。
【００８６】
また、燃焼装置を分解せずに、着脱ユニット３９を着脱できるので、メンテナンスを容易に行うことができる。
【００８７】
（実施例１０）
図１２は、本発明の第１０の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図１２において、４０はディストリビュータ８の天板で、実施例１と異なるところは、ディストリビュータ８は、天板４０の任意の位置に着火用の電極２６の火花放電を飛ばす点である。
【００８８】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００８９】
ディストリビュータ８の略中央には、天板４０より電極２６と絶縁碍子２７を突出させている。例えば、絶縁碍子２７は、天板４０より２〜３ｍｍ、電極２６は、その絶縁碍子２７から更に１〜２ｍｍ突出すると、火花放電が天板４０より露出している絶縁碍子２７に沿って、天板４０上の任意の位置に複数個発生し、天板４０上を回転するように移動し、広い範囲で着火を行うようにしている。この時、ディストリビュータ８から噴出する都市ガス６（主に都市ガス６で、オフガス７の場合もある）が、空気噴出部９からの燃焼用空気１０に混合されながらディストリビュータ８の天板４０の周囲に収束してくるので、火花放電により着火を行うようにしている。
【００９０】
以上のように、本実施例においては、ディストリビュータ８の天板４０の任意の位置に火花放電を飛ばすので、電極２６の放電距離の精密な管理が必要でなく、装着を容易に行うことができる。
【００９１】
また、電極２６を略直線上の形状に構成するので、挿入通路２３に装着を容易に行なうことができる。
【００９２】
（実施例１１）
図１は、本発明の第１１の実施例の水素生成器１を示す全体構成図である。図１において、１は水素生成器、２は燃料ガス、３は触媒層、４は生成ガス、５は燃焼装置で、実施例１と異なるところは、燃焼装置５を炭化水素系原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成する水素生成器１に搭載する点である。
【００９３】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００９４】
水素生成器１には、ディストリビュータ８内に電極２６を収納して、コンパクトな燃焼装置５として搭載している。
【００９５】
また、水素生成器１本体には、電極２６取り付け用の開口を設けないようにして、放熱損失を防止している。
【００９６】
また、着火用の電極２６とその絶縁碍子２７を冷却して、着火用の電極２６の劣化を防止して、良好な着火特性を維持するようにしている。
【００９７】
以上のように、本実施例においては、ディストリビュータ８内に電極２６が収納されので、燃焼装置５をコンパクトに構成できる。
【００９８】
また、水素生成器１本体には、電極２６取り付け用の開口を設ける必要がないので、放熱損失を防止できる。
【００９９】
また、着火用の電極２６とその絶縁碍子２７を冷却するので、着火用の電極２６の耐久性を向上することができる。
【０１００】
また、本発明の燃焼装置５を用いた水素生成器１は、発電負荷が変動した際にも安定して水素を生成でき燃料電池発電装置の安定した運転を可能とすることができる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上のように請求項１〜１０に記載の発明によれば、ディストリビュータ内に電極が収納され、燃焼装置をコンパクトに構成している。
【０１０２】
また、改質器本体には、電極取り付け用の開口を設ける必要が無く、放熱損失を防止している。
【０１０３】
また、挿入通路内に流入する冷却空気により電極とその絶縁碍子の温度上昇が防止でき、耐久性を向上するようにしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１、１１における水素生成器の全体構成図
【図２】 本発明の実施例１における燃焼装置の断面図
【図３】 本発明の実施例１における燃焼装置の平面図
【図４】 本発明の実施例２における燃焼装置の断面図
【図５】 本発明の実施例３における燃焼装置の断面図
【図６】 （ａ）本発明の実施例４における燃焼装置の断面図
（ｂ）同実施例におけるＡ−Ａ切断面図
【図７】 本発明の実施例５における燃焼装置の断面図
【図８】 本発明の実施例６における燃焼装置の断面図
【図９】 本発明の実施例７における燃焼装置の断面図
【図１０】 本発明の実施例８における燃焼装置の断面図
【図１１】 本発明の実施例９における燃焼装置の断面図
【図１２】 本発明の実施例１０における燃焼装置の断面図
【符号の説明】
８ ディストリビュータ
９ 空気噴出部
２０ 燃焼室
２３ 挿入通路
２５ 冷却空気
２６ 電極
３１ 導入通路
３２ 突起部
３３ 冷却空気通路
３４ 冷却空気噴出孔
３５ 旋回部
３６ 開口部
４０ 天板
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化水素系の原料から水素を生成して発電を行う燃料電池発電装置の水素生成器に用いる燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池発電装置の水素生成器に用いる燃焼装置に関する第１の従来技術としては、改質器から水素ガスを発生させるための初期燃焼時に、燃焼用空気をバーナ部に送風するとともに、イグナイタをＯＮし、高カロリー用燃料供給系路の制御バルブを開き炭化水素系燃料を高カロリー用小口径ノズルから噴流して着火しているものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、燃焼装置の第２の従来技術としては、ガスディストリビュータとその周囲に設ける空気噴出器で燃焼室を構成し、燃焼室の下流側に着火のため点火プラグを取り付けているものがある（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２２０４３号公報
【０００５】
【特許文献２】
特公平５−５９３２５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の第１の従来技術では、バーナ部の外側よりイグナイタを臨ませるので、バーナがコンパクトに構成できないという課題があった。
【０００７】
また、バーナ部の上方の一部からイグナイタを挿入することで、その部分より放熱が多くなり、改質器の効率が悪化するという課題もあった。
【０００８】
更に、イグナイタの周囲に冷却用の空気を送風していないので、イグナイタの絶縁碍子の温度が高温となり、破損して着火が不能になるという課題もあった。
【０００９】
第２の従来技術では、点火プラグを空気供給通路や断熱材を貫通させて、燃焼室の下流に臨ませるので、空気流の漏れを防止するための構成が複雑になり、製造コストが上昇するという課題があった。
【００１０】
また、点火プラグを空気供給通路や断熱材を貫通させて、燃焼室の下流に臨ませるので、点火プラグの位置決めにばらつきが生じるという課題があった。
【００１１】
更に、点火プラグの周囲に冷却用の空気を送風していないので、点火プラグの絶縁碍子の温度が高温となり、破損して着火が不能になるという課題もあった。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ディストリビュータの略中央に着火用の電極を挿入する挿入通路を設け、その挿入通路内に冷却空気を流入して、燃焼装置をコンパクトに構成し、放熱を防止し、着火用の電極の高温による破損を防止することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃焼装置は、燃焼室を形成し、かつ前記燃焼室の中央方向に周囲から空気を噴出する空気噴出部と、前記空気噴出部の中心部より前記燃焼室内に突き出して設け、前記突き出た上端部に燃料を外周方向に噴出する噴出孔を有するディストリビュータと、前記ディストリビュータの略中央に設け、着火用の電極を挿入する挿入通路と、前記挿入通路内に挿入し、前記ディストリビュータの上端部より前記燃焼室内に突き出た絶縁碍子及び該絶縁碍子より前記燃焼室内に突き出て前記ディストリビュータの上端部との間で放電し燃料に着火する電極からなる着火用の電極とを備え、前記挿入通路は前記ディストリビュータの上端面より前記燃焼室に通じ、かつ前記絶縁碍子の外周面との間に通路を確保して冷却空気を流入する構成とし、さらに水素生成器本体内に燃焼用空気を供給する空気室を形成し、前記空気室に前記空気噴出部を内装した燃料電池発電装置の燃焼装置である。
【００１４】
これによって、ディストリビュータ内に電極が収納され、燃焼装置をコンパクトに構成している。また、水素生成器本体には、電極取り付け用の開口を設ける必要が無く、放熱損失を防止している。また、挿入通路内に流入する冷却空気により電極とその絶縁碍子の温度上昇が防止でき、耐久性を向上するようにしている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、燃焼室を形成し、かつ前記燃焼室の中央方向に周囲から空気を噴出する空気噴出部と、前記空気噴出部の中心部より前記燃焼室内に突き出して設け、前記突き出た上端部に燃料を外周方向に噴出する噴出孔を有するディストリビュータと、前記ディストリビュータの略中央に設け、着火用の電極を挿入する挿入通路と、前記挿入通路内に挿入し、前記ディストリビュータの上端部より前記燃焼室内に突き出た絶縁碍子及び該絶縁碍子より前記燃焼室内に突き出て前記ディストリビュータの上端部との間で放電し燃料に着火する電極からなる着火用の電極とを備え、前記挿入通路は前記ディストリビュータの上端面より前記燃焼室に通じ、かつ前記絶縁碍子の外周面との間に通路を確保して冷却空気を流入する構成とし、さらに水素生成器本体内に燃焼用空気を供給する空気室を形成し、前記空気室に前記空気噴出部を内装した燃料電池発電装置の燃焼装置にすることにより、ディストリビュータ内に電極が収納されるので、燃焼装置をコンパクトに構成でき、また、水素生成器本体には、電極取り付け用の開口を設ける必要がないので、放熱損失を防止でき、着火用の電極とその絶縁碍子を冷却するので、着火用の電極の耐久性を向上できる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、特に、請求項１に記載の挿入通路は、燃焼室の反対側に設ける端部で、電極の挿入の位置決めと冷却空気のシールを行なうことにより、電極の挿入を容易に行ない、製造コストを低減できる。
【００１７】
また、温度の低い部分でシールを行なうので、冷却空気の漏れを防止し、シールの劣化を防止できる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、特に、請求項１に記載の挿入通路は、空気噴出部の上流から導入通路を介して冷却空気を送ることにより、空気噴出部の空気噴出口に向かう空気の流れを乱さないようにして、空気の分配を行なうことができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、特に、請求項１に記載の挿入通路は、その側部に導入通路を接線方向から連通し、挿入通路内を冷却空気が旋回しながら送られることにより、電極の周囲に均一な空気の流れを形成し、冷却を促進することができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、特に、請求項１に記載の挿入通路は、電極を挿入する側の周壁に複数個の突起部を設け、その突起部に沿って挿入通路内の略中央に電極を配置することにより、挿入通路内で電極が片寄ることによる冷却空気の不均一な流れを防止することができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、特に、請求項１に記載の挿入通路は、その外側に新たに独立して設ける冷却空気通路に冷却空気を送ることにより、挿入通路内に電極を収納する位置に関係なく、冷却空気通路を構成するので、一定の流量や流速を設定でき、安定した冷却を行なうことができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、特に、請求項１に記載の挿入通路の外側に独立して設ける冷却空気通路の下流端部に複数個の冷却空気噴出孔を設け、冷却空気の流量を制御することにより、空気噴出部の空気噴出口から燃焼室に向かう空気の流量との分配を精度良く行なうことができ、燃焼装置の燃焼特性を悪化させないようにして、冷却空気を導入することができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、特に、請求項１に記載の挿入通路の外側に独立して設ける冷却空気通路の下流端部に複数個の旋回部を設け、冷却空気を旋回しながら放出することにより、冷却空気通路から燃焼室に噴出する冷却空気が、燃焼室内に拡散して、燃焼室内に形成する火炎の中央に新たな空気を供給するので、燃焼を促進し、燃焼特性を向上することができる。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、特に、請求項１に記載の空気噴出部は、その内壁の一部を開口して設ける開口部から、ディストリビュータを燃焼室内に挿入し、着脱可能の構成とし、その構成に冷却空気を導入する構成を一体化することにより、空気噴出部に一体化されたユニットを容易に装着でき、製造コストを低減することができる。
【００２５】
また、ユニットのメンテナンスを容易にして、燃焼装置の耐用年数を向上することができる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明は、特に、請求項１に記載のディストリビュータは、天板の任意の位置に着火用の電極の火花放電を飛ばすことにより、電極を略直線上の形状に構成し、装着を容易に行なうことができる。
【００２７】
また、ディストリビュータの天板に火花放電を飛ばすので、空気噴出部からの空気に押された燃料がディストリビュータの周囲に集合し、着火を容易に行なうことができる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明は、特に、請求項１に記載の燃焼装置を炭化水素系原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質器に搭載することにより、ディストリビュータ内に電極が収納されるので、燃焼装置をコンパクトに構成でき、また、改質器本体には、電極取り付け用の開口を設ける必要がないので、放熱損失を防止でき、着火用の電極とその絶縁碍子を冷却するので、着火用の電極の耐久性を向上することができる。
【００２９】
また、ユニットのメンテナンスを容易にして、燃焼装置の耐用年数を向上するすることができる。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００３１】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例における燃料電池発電装置に用いられる水素生成器の全体構成図である。
【００３２】
また、図２は、本発明の第１の実施例における燃焼装置の拡大断面図である。また、図３は、本発明の第１の実施例における燃焼装置を下流側から見た平面図である。
【００３３】
図１、図２において、１は、都市ガスを原料として燃料電池発電装置に供給する水素を生成する水素生成器であり、２は、都市ガスと水蒸気とからなる原料ガス、３は、ニッケルもしくはルテニウムを主成分とする触媒を充填した触媒層で、この触媒層３で原料ガス２を反応させることにより、水素と二酸化炭素および一酸化炭素からなる生成ガス４を生成する。この生成反応は７００℃程度の高温で生じる吸熱反応であるため、燃焼装置５により高温の燃焼ガスを供給して原料ガス２と触媒層３を加熱している。燃焼装置５は、都市ガス６（天然ガス）や燃料電池から排出されるオフガス７（未反応水素ガス）、または都市ガス６とオフガス７を混合して燃料としてディストリビュータ８から噴出し、空気噴出部９の周囲から燃焼用空気１０を供給することにより燃焼を行なっている。１１は、燃焼用空気を供給する空気室、１３は、燃焼装置５によって生じる火炎１４が触媒容器１２に直接触れることを避け、さらに燃焼ガス１５の流路を規定するための燃焼筒である。燃焼ガス１４は、触媒容器１２の周囲に沿って流れ、水素生成器１の外部に排出される。
【００３４】
また、都市ガス６やオフガス７または都市ガス６とオフガス７の混合ガスは、燃料ガス１６として円管状のディストリビュータ８へ供給される。ディストリビュータ８の先端には燃料ガスの噴出孔として、上段噴出孔１７と下段噴出孔１８がディストリビュータ８の半径方向に各々８個づつ設けられ、燃料ガスを放射状に噴出する構成としている。空気噴出部９は複数の空気噴出孔１９が設けられ、ディストリビュータ８を中心としてテーパ形状に開口して燃焼室２０を形成し、燃焼用空気１０を燃焼室２０内に供給する構成としている。空気噴出孔１９は、上下方向の配列を千鳥状に設けている。ディストリビュータ８は空気噴出部９の中心部に位置しており、ディストリビュータ８の上段噴出孔１７が空気噴出部９の空気噴出孔１９の最下段の空気噴出孔２１とほぼ対向する位置に、燃焼室２０内へ突出して配置している。また、空気噴出部９の底部には下部空気噴出孔２２を設け、ディストリビュータ８の軸方向と平行方向に燃焼空気の一部を供給する構成としている。
【００３５】
２３は、ディストリビュータ８の中央に、ディストリビュータ８を貫通するように設ける挿入通路で、図２に示すように挿入通路２３はディストリビュータ８の上端面より燃焼室２０に通じ、かつ電極の絶縁碍子２７の外周面との間に通路を確保して冷却空気を流入する構成にし、ディストリビュータ８とは、隔離して構成され、燃料ガス１６が進入することはない。ディストリビュータ８の外部に延長して設ける挿入通路２３に、燃焼用空気１０の一部から分配される冷却空気２５を送る送風管２４を設けている。２６は、挿入通路２３内に挿入する着火用の電極で、耐熱性のカンタル線やエスイット線で構成している。電極２６の周囲は、絶縁用の絶縁碍子２７で被覆されている。絶縁碍子２７は、耐熱性のアルミナ、シリカ等のセラミック材で形成し、その表面は、ガラス成分からなる釉薬が塗布されている。電極２６の先端は、燃焼室２０に臨み、曲率をもって屈曲し、ディストリビュータ８の上段噴出孔１７上方の近傍に火花放電が飛ぶように、位置決めを行なっている。
【００３６】
図３において、ディストリビュータ８のみは上段噴出孔１７の位置をわかりやすくするために、上段噴出孔１７の位置の断面を図示している。図中、中心部から周囲方向への放射状の矢印Ａは上段噴出孔１７から噴出される燃料ガスの噴出方向を表わし、また逆に中心方向への矢印Ｂは空気噴出孔１９のうち破線Ｃで示した最下段の空気噴出孔２１から噴出される燃焼用空気の噴出方向を表わしている。このように、本発明では燃料ガスの噴出方向と燃焼用空気の噴出方向が直線上に位置するように両噴出孔の位置を調節している。更に、本発明では下部空気噴出口２１から噴出される燃焼用空気が上記燃料ガスの噴出方向の矢印Ａに交差する位置に下部空気噴出孔２２の一部を配置している。
【００３７】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３８】
燃焼の初期段階では、燃焼装置５には、都市ガス６（天然ガス）を成分とする燃料ガス１６が供給され、ディストリビュータ８から放射状に噴出された燃料ガス１６と略対向する最下段の空気噴出孔２１から供給された燃焼用空気が衝突し混合する。この時、ディストリビュータ８の挿入通路２３を介して燃焼室２０に臨ませた電極２６により、火花放電が行なわれ、燃料ガス１６に着火が行なわれる。燃料ガス１６は空気噴出部９の開口部方向へ流れて行くが、空気噴出部９の形状を図示したようにテーパ状としているため燃料ガス１６の流路断面積が連続的に拡大し、それによって燃料ガス１６の流速が減少し、その流速が都市ガス６の燃焼速度と同等またはそれ以下となった場所で火炎１４を生じて燃焼する。この燃焼により水素生成器１の触媒層３を加熱していく。
【００３９】
また、燃料電池から排出されるオフガス７（未反応水素ガス）を燃焼するときは、ディストリビュータ８から放射状に噴出されたオフガス７と略対向する最下段の空気噴出孔２１から供給された燃焼用空気１０とが衝突する位置で、オフガス７の流速は最も速く、オフガス７中の燃焼速度の速い水素がこの部分で燃焼可能となり火炎１４を生じて燃焼する。この燃焼により水素生成器１の触媒層３を加熱していく。
【００４０】
また、燃焼用空気１０の一部は、冷却空気２５として送風管２４を介して挿入通路２３に送られ、着火用の電極２６の周囲に沿って流れ、電極２６とその絶縁碍子２７の冷却を行なって、燃焼室２０に排出している。
【００４１】
以上のように、本実施例においては、ディストリビュータ８の略中央に電極２６が収納されるので、電極２６が燃焼装置５の内部に収まり、燃焼装置５をコンパクトに構成し、製造コストを低減することができる。
【００４２】
また、水素生成器１本体には、電極２６取り付け用の開口を設ける必要がないので、触媒容器１２が密閉構造となり放熱損失を防止して、水素生成器１の熱効率を向上できる。
【００４３】
また、挿入通路２３内に流入する冷却空気２５により、電極２６とその絶縁碍子２７の温度上昇が防止でき、電極２６とその絶縁碍子２７の破損を防止して耐久性を向上することができる。
【００４４】
また、電極２６とその絶縁碍子２７の周囲に冷却空気を流通するので、空気不足の燃焼の場合（特に都市ガス６）、火炎１４中に新たな空気を供給して、電極２６にカーボンが付着することを防止できる。
【００４５】
また、空気噴出部９の形状を火炎１４の放出方向に開口部が広がったテーパ状としているため、燃料ガス１６の流速を高速から低速まで連続的に減少でき、これにより都市ガス６やオフガス７の燃焼速度の異なる燃料を燃焼させることができる。
【００４６】
また、燃料ガス１６と燃焼用空気１０が混合を促進するために上段噴出孔１７と最下段の空気噴出孔２１を略対向して配置しているため、この部分では燃焼速度が速く燃焼しやすい水素が空気と十分に混合し、火炎１４は常に安定して存在することができる。
【００４７】
また、下部空気噴出孔２２を介して燃焼用空気１０を燃料ガス１６に対して下方から交差する位置から噴出するので、燃料ガス１６と燃焼用空気１０の混合をより良好にすることができる。この燃焼用空気１０は、単にガスの混合を良くするのみではなく、燃焼ガス１６の流量に対して燃焼用空気１０の流量が相対的に過剰に供給した場合でも火炎１４を保つ作用が認められ、燃焼の安定化に大きな効果を有している。
【００４８】
（実施例２）
図４は、本発明の第２の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図４において、２６は電極、２７は絶縁碍子、２８はシール材、２９は絶縁碍子２７に設ける当たり部、３０は指示金具で、実施例１と異なるところは、挿入通路２３は、燃焼室２０の反対側に設ける端部で、電極２６の挿入の位置決めと冷却空気のシールを行なうように構成する点である。
【００４９】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００５０】
電極２６の周囲を被覆する絶縁碍子２７にフランジ状の当たり部２９を設け、それを挿入通路２３の燃焼室２０とは、反対側の端部に押しつけて固定することで、電極２６の燃焼室２０内に突出する位置決めを行うようにしている。このとき、絶縁碍子２７に電極２６を装着する方法は、絶縁碍子２７を固定した後に電極２６を燃焼室２０側より差し込むか、または直線の電極２６を絶縁碍子２７に差し込んで固定した後に、電極２６の端部を屈曲するようにしている。
【００５１】
また、冷却空気２５のシールは、挿入通路２３の端部と当たり部２９の間に繊維状のセラミックペーパーからなるシール材２８を設け、それを指示金具３０で押さえるようにしている。
【００５２】
以上のように、本実施例においては、絶縁碍子２７に設ける当たり部２９で電極２６の挿入の位置決めを容易に行うので、製造コストを低減することができる。
【００５３】
また、挿入通路２３端部の温度の低い部分でシールを行なうので、冷却空気の漏れを防止し、シール材２８の劣化を防止できる。
【００５４】
（実施例３）
図５は、本発明の第３の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図５において、３１は導入通路で、実施例１と異なるところは、挿入通路２３は、空気噴出部９の上流から導入通路３１を介して冷却空気２５を送るように構成する点である。
【００５５】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００５６】
燃焼用空気１０は、空気室１１に送られると、その一部が空気室１１の一部の空気噴出部９の空気噴出孔１９から離れた位置に連通している導入通路３１に送られ、挿入通路２３から燃焼室２０に排出され、このとき電極２６とその絶縁碍子２７を冷却するようにしている。
【００５７】
以上のように、本実施例においては、空気噴出部９の空気噴出孔１９に向かう空気の流れを乱さないようにして、燃焼用空気１０から冷却空気２５の分配を行なうことができる。
【００５８】
また、導入通路３１の引き回しにより、冷却のための構成を簡略化できる。
【００５９】
また、導入通路３１は、冷却空気２５の取り入れを空気噴出部９の上流で行い、温度の低い冷却空気２５を導入し、冷却を促進できる。
【００６０】
（実施例４）
図６（ａ）は、本発明の第４の実施例の燃焼装置を示す断面図、図６（ｂ）はＡ−Ａ切断面図である。図６（ａ）、（ｂ）において、実施例１と異なるところは、挿入通路２３は、その側部に送風管２４を接線方向から連通し、挿入通路２３内を冷却空気２５が旋回しながら送られる点である。
【００６１】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００６２】
燃焼用空気１０の一部が冷却空気２５として送風管２４に送られ、この送風管２４が挿入通路２３の側部に接線方向から連通しているので、冷却空気は２５は、旋回しながらから燃焼室２０に排出され、このとき電極２６とその絶縁碍子２７を冷却するようにしている。
【００６３】
以上のように、本実施例においては、電極２６の周囲に均一な空気の流れを形成し、冷却を促進することができる。
【００６４】
（実施例５）
図７は、本発明の第５の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図７において、３２は、突起部で、実施例１と異なるところは、挿入通路２３は、電極２６を挿入する側の周壁に複数個の突起部３２を設け、その突起部３２に沿って挿入通路２３内の略中央に電極２６を配置できるように構成する点である。
【００６５】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００６６】
挿入通路２３に電極２６とその絶縁碍子２７を挿入するときに、挿入通路２３の端部に設ける複数個の突起部３２が絶縁碍子２７の外周に沿って微細な公差で設けられ、電極２６が挿入通路２３の略中央に固定できるようにようにしている。
【００６７】
以上のように、本実施例においては、電極２６を挿入通路２３内に固定するときに突起部３２が絶縁碍子２７の挿入のためのガイドを構成するので、挿入通路２３内で電極２６が片寄ることによる冷却空気２５の不均一な流れを防止することができる。
【００６８】
（実施例６）
図８は、本発明の第６の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図８において、３３は冷却空気通路で、実施例１と異なるところは、挿入通路２３は、その外側に新たに独立して設ける冷却空気通路３３に冷却空気２５を送る点である。
【００６９】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００７０】
燃焼用空気１０は、空気室１１に送られると、その一部が空気室１１の一部の空気噴出部９の空気噴出孔１９から離れた位置に連通している導入通路３１に送られ、挿入通路２３の外側に、挿入通路２３と独立して設けている冷却空気通路３３を介して燃焼室２０に排出され、このとき電極２６とその絶縁碍子２７の燃焼室２０側の端部を冷却するようにしている。
【００７１】
以上のように、本実施例においては、挿入通路２３内に電極２６を収納する位置に関係なく、冷却空気通路３３を構成するので、冷却空気２５が片寄らないで、流通し、一定の流量や流速を設定でき、安定した冷却を行なうことができる。
【００７２】
（実施例７）
図９は、本発明の第７の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図９において、３４は冷却空気噴出孔で、実施例６と異なるところは、挿入通路２３の外側に独立して設ける冷却空気通路３３の下流端部に複数個の冷却空気噴出孔３４を設ける点である。
【００７３】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００７４】
冷却空気通路３３に送られる冷却空気２５は、冷却空気通路３３の下流端部に設ける複数個の冷却空気噴出孔３４により抵抗をかけられ、その流量を制御している。
【００７５】
また、複数個の冷却空気噴出孔３４により冷却空気２５を分散して、流速を増加して燃焼室２０に排出され、このとき電極２６とその絶縁碍子２７の燃焼室２０側の端部を冷却するようにしている。
【００７６】
以上のように、本実施例においては、冷却空気２５の流量を制御することにより、空気噴出部９の空気噴出孔１９から燃焼室２０に向かう燃焼用空気１０と冷却空気２５の流量分配を精度良く行なうことができる。
【００７７】
また、冷却空気２５を分散し、流速を増加させることにより、燃焼室２０の火炎１４に冷却空気２５を供給し、燃焼を促進し、燃焼特性を悪化させないようにすることができる。
【００７８】
（実施例８）
図１０は、本発明の第８の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図１０において、３５は旋回部で、実施例７と異なるところは、挿入通路２３の外側に独立して設ける冷却空気通路３３の下流端部に複数個の旋回部３５を設ける点である。
【００７９】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００８０】
冷却空気通路３３に送られる冷却空気２５は、冷却空気通路３３の下流端部に設ける複数個の切起こし状の羽根よりなる旋回部３５により抵抗をかけられ、その流量を制御している。また、複数個の旋回部３４により冷却空気２５を分散して、旋回させて流速を増加して燃焼室２０に排出され、このとき電極２６とその絶縁碍子２７の燃焼室２０側の端部を冷却するようにしている。
【００８１】
以上のように、本実施例においては、冷却空気２５を旋回しながら放出することにより、冷却空気通路３３から燃焼室２０に噴出する冷却空気２５が、燃焼室２０内に拡散して、燃焼室２０内に形成する火炎１４の中央に新たな空気を供給するので、燃焼を促進し、燃焼特性を向上することができる。
【００８２】
（実施例９）
図１１は、本発明の第９の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図１１において、３６は空気噴出部９の開口部、３７は空気室の１１の底板、３８はディストリビュータ８に設ける取り付けフランジ、３９は着脱ユニットで、実施例１と異なるところは、空気噴出部９は、その内壁の一部を開口して設ける開口部３６から、ディストリビュータ８を燃焼室２０内に挿入し、着脱可能の構成とし、その構成に冷却空気を導入する構成を一体化する点である。
【００８３】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００８４】
ディストリビュータ８を空気噴出部９の開口部３６から挿入するときに、ディストリビュータ８の略中央に設ける挿入通路２３に電極２６を固定し、また、ディストリビュータ８の一部に設ける取り付けフランジ３８に導入通路３１の冷却空気２５を取り入れる側の端部を取り付けて、着脱ユニット３９を構成している。この着脱ユニット３９を空気室１１の底板３７に装着することにより、ディストリビュータ８は、燃焼室内２０での位置決めを行い、冷却空気２５は、空気室１１から導入通路３１を介して挿入通路２３に送られるようにしている。
【００８５】
以上のように、本実施例においては、ディストリビュータ８と電極２６と導入通路２３等の構成を着脱ユニット３９として一体化して、空気噴出部９に容易に装着でき、製造コストを低減することができる。
【００８６】
また、燃焼装置を分解せずに、着脱ユニット３９を着脱できるので、メンテナンスを容易に行うことができる。
【００８７】
（実施例１０）
図１２は、本発明の第１０の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図１２において、４０はディストリビュータ８の天板で、実施例１と異なるところは、ディストリビュータ８は、天板４０の任意の位置に着火用の電極２６の火花放電を飛ばす点である。
【００８８】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００８９】
ディストリビュータ８の略中央には、天板４０より電極２６と絶縁碍子２７を突出させている。例えば、絶縁碍子２７は、天板４０より２〜３ｍｍ、電極２６は、その絶縁碍子２７から更に１〜２ｍｍ突出すると、火花放電が天板４０より露出している絶縁碍子２７に沿って、天板４０上の任意の位置に複数個発生し、天板４０上を回転するように移動し、広い範囲で着火を行うようにしている。この時、ディストリビュータ８から噴出する都市ガス６（主に都市ガス６で、オフガス７の場合もある）が、空気噴出部９からの燃焼用空気１０に混合されながらディストリビュータ８の天板４０の周囲に収束してくるので、火花放電により着火を行うようにしている。
【００９０】
以上のように、本実施例においては、ディストリビュータ８の天板４０の任意の位置に火花放電を飛ばすので、電極２６の放電距離の精密な管理が必要でなく、装着を容易に行うことができる。
【００９１】
また、電極２６を略直線上の形状に構成するので、挿入通路２３に装着を容易に行なうことができる。
【００９２】
（実施例１１）
図１は、本発明の第１１の実施例の水素生成器１を示す全体構成図である。図１において、１は水素生成器、２は燃料ガス、３は触媒層、４は生成ガス、５は燃焼装置で、実施例１と異なるところは、燃焼装置５を炭化水素系原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成する水素生成器１に搭載する点である。
【００９３】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００９４】
水素生成器１には、ディストリビュータ８内に電極２６を収納して、コンパクトな燃焼装置５として搭載している。
【００９５】
また、水素生成器１本体には、電極２６取り付け用の開口を設けないようにして、放熱損失を防止している。
【００９６】
また、着火用の電極２６とその絶縁碍子２７を冷却して、着火用の電極２６の劣化を防止して、良好な着火特性を維持するようにしている。
【００９７】
以上のように、本実施例においては、ディストリビュータ８内に電極２６が収納されので、燃焼装置５をコンパクトに構成できる。
【００９８】
また、水素生成器１本体には、電極２６取り付け用の開口を設ける必要がないので、放熱損失を防止できる。
【００９９】
また、着火用の電極２６とその絶縁碍子２７を冷却するので、着火用の電極２６の耐久性を向上することができる。
【０１００】
また、本発明の燃焼装置５を用いた水素生成器１は、発電負荷が変動した際にも安定して水素を生成でき燃料電池発電装置の安定した運転を可能とすることができる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上のように請求項１〜１０に記載の発明によれば、ディストリビュータ内に電極が収納され、燃焼装置をコンパクトに構成している。
【０１０２】
また、改質器本体には、電極取り付け用の開口を設ける必要が無く、放熱損失を防止している。
【０１０３】
また、挿入通路内に流入する冷却空気により電極とその絶縁碍子の温度上昇が防止でき、耐久性を向上するようにしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１、１１における水素生成器の全体構成図
【図２】 本発明の実施例１における燃焼装置の断面図
【図３】 本発明の実施例１における燃焼装置の平面図
【図４】 本発明の実施例２における燃焼装置の断面図
【図５】 本発明の実施例３における燃焼装置の断面図
【図６】 （ａ）本発明の実施例４における燃焼装置の断面図
（ｂ）同実施例におけるＡ−Ａ切断面図
【図７】 本発明の実施例５における燃焼装置の断面図
【図８】 本発明の実施例６における燃焼装置の断面図
【図９】 本発明の実施例７における燃焼装置の断面図
【図１０】 本発明の実施例８における燃焼装置の断面図
【図１１】 本発明の実施例９における燃焼装置の断面図
【図１２】 本発明の実施例１０における燃焼装置の断面図
【符号の説明】
８ ディストリビュータ
９ 空気噴出部
２０ 燃焼室
２３ 挿入通路
２５ 冷却空気
２６ 電極
３１ 導入通路
３２ 突起部
３３ 冷却空気通路
３４ 冷却空気噴出孔
３５ 旋回部
３６ 開口部
４０ 天板
Claims (11)
- 燃焼室を形成し、かつ前記燃焼室の中央方向に周囲から空気を噴出する空気噴出部と、前記空気噴出部の中心部より前記燃焼室内に突き出して設け、前記突き出た上端部に燃料を外周方向に噴出する噴出孔を有するディストリビュータと、前記ディストリビュータの略中央に設け、着火用の電極を挿入する挿入通路と、前記挿入通路内に挿入し、前記ディストリビュータの上端部より前記燃焼室内に突き出た絶縁碍子及び該絶縁碍子より前記燃焼室内に突き出て前記ディストリビュータの上端部との間で放電し燃料に着火する電極からなる着火用の電極とを備え、前記挿入通路は前記ディストリビュータの上端面より前記燃焼室に通じ、かつ前記絶縁碍子の外周面との間に通路を確保して冷却空気を流入する構成とし、さらに水素生成器本体内に燃焼用空気を供給する空気室を形成し、前記空気室に前記空気噴出部を内装した燃料電池発電装置の燃焼装置。
- 挿入通路は、燃焼室の反対側に設ける端部で、電極の挿入の位置決めと冷却空気のシールを行なう請求項１記載の燃焼装置。
- 挿入通路は、空気噴出部の上流から導入通路を介して冷却空気を送る請求項１または２に記載の燃焼装置。
- 挿入通路は、側部に導入通路を接線方向から連通し、挿入通路内を冷却空気が旋回しながら送られる請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃焼装置。
- 挿入通路は、電極を挿入する側の周壁に複数個の突起部を設け、その突起部に沿って挿入通路内の略中央に電極を配置する請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃焼装置。
- 挿入通路は、外側に新たに独立して設ける冷却空気通路に冷却空気を送る請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃焼装置。
- 挿入通路の外側に独立して設ける冷却空気通路は、下流端部に複数個の冷却空気噴出孔を設け、冷却空気の流量を制御する請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃焼装置。
- 挿入通路の外側に独立して設ける冷却空気通路は、下流端部に複数個の旋回部を設け、冷却空気を旋回しながら放出する請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃焼装置。
- ディストリビュータは、空気噴出部の内壁の一部を開口して設ける開口部から燃焼室内に挿入する着脱可能の構成とし、その構成に冷却空気を導入する構成を一体化する請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃焼装置。
- ディストリビュータは、天板の任意の位置に着火用の電極の火花放電を飛ばす請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃焼装置。
- 炭化水素系原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質器に搭載する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃焼装置。
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