JP4089480B2

JP4089480B2 - Combustion device

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Publication number: JP4089480B2
Application number: JP2003080261A
Authority: JP
Inventors: 規夫肆矢
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: JP2004286336A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化水素系の原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成して発電を行なう燃料電池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】
燃料電池用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、高カロリーガスとオフガスとを二重管を使用して燃焼装置の炎孔板へ供給し、その中心部に燃料ガス吐出部を形成し、すり鉢状に広がる炎孔板の傾斜面に燃焼空気の噴出孔を備えて、高カロリーガスとの炎孔部を共通にして、バーナ構造の簡素化と低コスト化を可能と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、バーナの中央位置から系方向外側に向かって順に、高カロリー燃料通路、第１の酸化剤通路、低カロリー燃料通路、第２の酸化剤通路を設け、天然ガス等の高カロリー燃料を用いる場合にはこれを高カロリー燃料通路に通し、燃料電池オフガス等の低カロリー燃料用いる場合にはこれを低カロリー燃料通路に通し、高カロリー燃料、低カロリー燃料のいずれの燃料を用いる場合にも不都合なく良好な燃焼を実現しているものがある（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２０１０１９号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平５−３０３９７４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１の従来技術では、天然ガス等の炭化水素系の燃料である高カロリーガスと燃料電池から排出される水素を多量に含んだ低カロリーガス（オフガス）に対して、固定された炎孔板の噴出孔から燃焼空気を供給するので、燃焼空気の量の調節だけでは、同一の火炎が形成せず、高カロリーガスの燃焼では、多数の噴出孔に火炎が形成するが、低カロリー燃焼では、一部の噴出孔に火炎が形成し、燃焼に寄与しない空気が抜けてしまい、低酸素過剰率で燃焼できないという課題があった。
【０００７】
第２の従来技術では、バーナの中央位置に高カロリー燃料通路を設け、その周囲に第１の酸化剤通路を設けて、拡散燃焼により天然ガス等の高カロリー燃料を燃焼させているが、低酸素過剰率では黄火燃焼になりすすが発生しやすいという課題があった。
【０００８】
また、黄火燃焼を防止するためには、第１酸化剤通路から噴出する酸化剤の流速を上げて部分的な予混合状態を形成する必要があり、この時は、酸化剤の噴射音を含む燃焼音の増大と第１酸化剤通路の圧力損失の増加による送風手段への負荷増大という課題があった。
【０００９】
また、燃料電池から排出される低カロリー燃料を燃焼させるときは、低カロリー通路を第１の酸化剤通路と第２の酸化剤通路で挟む状態で酸化剤を供給するので、気温の変化や送風手段のばらつきにより酸化剤が増加して酸素過剰率が高くなると、低カロリー燃料の火炎が酸化剤で冷却され、保炎が不安定になり、一酸化炭素が増加するという課題があった。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、空気噴出部の上流に複数個の独立した空気室を設けるとともに、その空気室ごとに空気の流入と分配を行なうことで、天然ガス等の高カロリー燃料と燃料電池から排出される低カロリー燃料のそれぞれに適する火炎形成を行ない、少ない空気量（酸素過剰率）で、しかも空気量変動に対応できる燃焼を行なう燃焼装置を提供することを目的とする。
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、原料ガスを触媒層で反応させることにより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の燃焼装置において、供給されたガス燃料を周囲方向に噴出するディストリビュータと、このディストリビュータを囲むように配置され、前記触媒層側が開放された燃焼室を内部に形設した空気噴出部と、前記空気噴出部を包囲するごとく前記燃焼室の火炎放出方向上手および下手に区画形成された複数の空気室と、前記空気室からの空気を燃焼室に噴出すべく空気噴出部の周壁および閉塞底部に形成した空気噴出孔と、前記複数の空気室に個々に接続され、かつ流量分布可変手段を有する複数の送風通路と、前記ディストリビュータへのガス供給手段とを具備し、前記ディストリビュータのガス燃料噴出部位は燃焼室の内部に位置させ、さらに、空気噴出部の周壁に形成した空気噴出孔からの空気噴出方向はディストリビュータからのガス燃料噴出方向に対峙させ、空気噴出部の閉塞底部に形成した空気噴出孔からの空気噴出方向はディストリビュータからのガス燃料噴出方向に交差させるように設定し、前記ガス供給手段は、前記ガス燃料として天然ガス等の高カロリー燃料と前記燃料電池発電装置から排出される低カロリー燃料を供給し、前記送風通路の流量分布可変手段は、高カロリー燃料と低カロリー燃料の燃料種別に応じて前記複数の空気室への空気流量を変更するように構成したものである。
【００１２】
これによって、天然ガス等の炭化水素系の燃料と燃料電池から排出されるオフガスのそれぞれの燃焼に適した火炎形成ができ、しかも、少ない空気量（低酸素過剰率）で燃焼を行ない、この燃焼装置を搭載する水素生成器の放熱損失を防止して改質反応を向上するようにしている。
【００１３】
本発明は、原料ガスを触媒層で反応させることにより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の燃焼装置において、供給されたガス燃料を周囲方向に噴出するディストリビュータと、このディストリビュータを囲むように配置され、前記触媒層側が開放された燃焼室を内部に形設した空気噴出部と、前記空気噴出部を包囲するごとく前記燃焼室の火炎放出方向上手および下手に区画形成された複数の空気室と、前記空気室からの空気を燃焼室に噴出すべく空気噴出部の周壁および閉塞底部に形成した空気噴出孔と、前記複数の空気室に個々に接続され、かつ流量分布可変手段を有する複数の送風通路と、前記ディストリビュータへのガス供給手段とを具備し、前記ディストリビュータのガス燃料噴出部位は燃焼室の内部に位置させ、さらに、空気噴出部の周壁に形成した空気噴出孔からの空気噴出方向はディストリビュータからのガス燃料噴出方向に対峙させ、空気噴出部の閉塞底部に形成した空気噴出孔からの空気噴出方向はディストリビュータからのガス燃料噴出方向に交差させるように設定し、前記ガス供給手段は、前記ガス燃料として天然ガス等の高カロリー燃料と前記燃料電池発電装置から排出される低カロリー燃料を供給し、前記送風通路の流量分布可変手段は、高カロリー燃料と低カロリー燃料の燃料種別に応じて前記複数の空気室への空気流量を変更するように構成したものである。
【００１４】
これによって、天然ガス等の炭化水素系の燃料と燃料電池から排出されるオフガスのそれぞれの燃焼に適した火炎形成ができ、しかも、少ない空気量（低酸素過剰率）で燃焼を行ない、この燃焼装置を搭載する水素生成器の放熱損失を防止して改質反応を向上することができる。
【００１５】
そして、前記空気噴出部を火炎放出方向に徐々に拡大するようにカップ形状とすれば、ガス流速が火炎放出方向に向かって連続的に遅くすり、燃焼速度の遅い都市ガスはガス流速の遅い空気噴出部内の下流側すなわちテーパ状の空気噴出部の開口近傍で燃焼し、燃焼量が変化しても安定に燃焼を継続することができる。
【００１６】
【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。
【００１７】
（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装置に用いられる水素生成器の全体構成図である。図２は、本発明の第１の実施例における燃焼装置の部分断面図である。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構造図である。図４（ａ）（ｂ）は、本発明の第１の実施例における燃焼装置の動作状態を示す断面図である。
【００１８】
図１、図２において、１は、都市ガス（またはＬＰＧ）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、脱硫装置（図示なし）で処理を行った後の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。
【００１９】
５は、燃焼装置で都市ガス６（天然ガス）（またはＬＰＧ）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、燃料ガス８としてディストリビュータ９から噴出し、空気噴出部１０の周囲から燃焼用の空気１１を供給することにより、火炎１２を形成し燃焼を行なう。
【００２０】
円管状のディストリビュータ９の先端には、燃料ガス８を噴出する複数個のノズル１３がディストリビュータ９の半径方向に設けられ、燃料ガス８を放射状に噴出する構成としている。
【００２１】
空気噴出部１０は、複数個の空気噴出孔１４を空気噴出部１０の側面に略直角に設けている。空気噴出部１０は、ディストリビュータ９を中心として、火炎１２の出口方向に徐々に拡大するようにカップ状に燃焼室１５を形成し、燃焼用の空気１１を燃焼室１５内に供給する構成としている。空気噴出孔１４は、上下方向の配列を千鳥状に設けている。
【００２２】
ディストリビュータ９のノズル１３は、空気噴出部１０の空気噴出孔１４の最下段に設ける空気噴出孔１６とほぼ対向する位置になるように配置している。また、空気噴出部１０の底部には複数個の下部空気噴出孔１７を設け、ディストリビュータ９の軸方向と平行方向に空気１１の一部を噴出する構成としている。
【００２３】
１８は、空気１１を供給する空気室で、空気室１８は、隔壁１９により下部空気室２０と上部空気室２１とに独立した区画として複数個に分割されている。
【００２４】
下部空気室２０と上部空気室２１は、空気噴出部１０の上流側に設けられ、複数個の空気噴出孔１４は、下部空気室２０と上部空気室２１のそれぞれに分配配置される。下部空気室２０には、管状の下部送風通路２２が、上部空気室２１には、管状の上部送風通路２３が連通している。
【００２５】
下部送風通路２２と上部送風通路２３の端部には、空気制御器２４が連結され、制御器２５のコントロールにより下部送風通路２２と上部送風通路２３に導入する空気１１の調節をおこなっている。
【００２６】
空気制御器２４は、開閉によって上部送風通路２３の送風の入り切りをおこなうダンパ２６とこのダンパ２６を駆動する駆動装置２７とで構成されている。ダンパ２６は、板面を回転させて上部送風通路２３を開閉するか、あるいは板面を上部送風通路２３の入り口に押し当てる構成で設けられている。
【００２７】
駆動装置２７はステッピングモータやソレノイドやモータと歯車、カム等を用いて、ダンパ２６の動作を行うように構成されている。空気制御器２４の上流には、送風手段２８が設けられている。送風手段２８は、空気１１を供給する送風機で構成され、羽根車には高圧を出せるターボファンやラジアルファン等を用い、それをモータで回転させるようにしている。
【００２８】
２９は、燃焼装置５によって生じる火炎１２が触媒容器３０に直接触れることを避け、さらに燃焼ガス３１の流路を規定するための燃焼筒である。燃焼ガス３１は、触媒容器３０の周囲に沿って流れ、水素生成器１の外部に排出される。
【００２９】
３２は、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３２の周囲は、絶縁用の絶縁碍子３３で被覆されている。絶縁碍子３３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。
【００３０】
電極３２の先端は、燃焼室１５に臨み、曲率をもって屈曲し、ディストリビュータ９のノズル１３上方の近傍に火花放電が飛ぶように、位置決めをおこなっている。電極３２の装着は、空気噴出部１０の上部に設ける燃焼筒２９の下部の一部を拡管して設ける空間３４から電極３２の先端を延長して、ディストリビュータ９のノズル１３上方の近傍に臨ませている。
【００３１】
図３において、ディストリビュータ９のノズル１３の位置をわかりやすくするために、ノズル１３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はノズル１３から噴出される燃料ガス８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１４のうち破線Ｃで示した最下段の空気噴出孔１６から噴出される空気１１の噴出方向を表わしている。
【００３２】
このように、本発明では燃料ガス８の噴出方向と空気１１の噴出方向が直線上に位置するように構成している。更に、本発明では下部空気噴出孔１７から噴出される空気１１が上記燃料ガス８の噴出方向の矢印Ａに交差する位置に下部空気噴出孔１７を配置している。
【００３３】
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。
【００３４】
図４（ａ）において、都市ガス６（天然ガス）（またはプロパン）を成分とする燃料ガス８が供給された時は、送風手段２８により供給され空気１１は、制御器２５の指示を受けた空気制御器２４の駆動装置２７がダンパ２６を作動して上部送風通路２３を開放するので、そこから上部空気室２１に流入して空気噴出孔１４から燃焼室１５に噴出される。また、常時開放されている下部送風通路２２を介して空気１１の一部が下部空気室２０に流入して空気噴出孔１４から燃焼室１５に噴出される。
【００３５】
この時、ディストリビュータ９から放射状に噴出された燃料ガス８と略対向する最下段の空気噴出孔１７から供給された空気１１とが衝突し混合する。この時、燃焼筒２９の下部の空間３４から燃焼室１５に臨ませた電極３２により、火花放電が行なわれ、燃料ガス８に着火が行なわれる。
【００３６】
燃料ガス８は空気噴出部１０の開口部方向へ流れて行くが、空気噴出部１０の形状を図示したようにカップ状としているため燃料ガス８の流路断面積が連続的に拡大し、それによって燃料ガス８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、部分的な予混合火炎１２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。
【００３７】
図４（ｂ）において、燃料電池から排出されるオフガス７（未反応水素ガス）を燃焼する時は、送風手段２８により供給され空気１１は、制御器２５の指示を受けた空気制御器２４の駆動装置２７がダンパ２６を作動して上部送風通路２３を閉止するので、上部空気室２１の下流に設ける空気噴出孔１４から燃焼室１５に噴出される空気１１を停止する。また、常時開放されている下部送風通路２２を介して空気１１が下部空気室２０に流入して空気噴出孔１４から燃焼室１５に噴出される。
【００３８】
この時、ディストリビュータ９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１６や下部空気室２０の下流に設けられた空気噴出孔１４から供給される加速された空気１１とが衝突するので、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１２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】
以上のように、本実施例においては、空気制御器２４により複数個の空気室１８に流入する空気１１の流入と流量を調節するので、都市ガス６等の炭化水素系の燃料と燃料電池から排出されるオフガス７のそれぞれの燃焼速度に適した火炎１２を形成するために、少ない空気量（低酸素過剰率）で燃焼を行ない、水素生成器１の放熱損失を防止して改質反応を向上することができる。
【００４０】
また、都市ガス６（またはプロパン）やオフガス７のそれぞれに適した火炎１２を形成し、空気量の変化に対して燃焼不良を起こさない領域を拡大しているので、気温の変化や送風手段２８のばらつきによる空気量変動に対応できるようにして、燃焼装置５の使い勝手を向上するようにしている。
【００４１】
また、燃料ガス８と空気１１が混合を促進するためにノズル１３と最下段の空気噴出孔１６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１２は常に安定した保炎を得ることができる。
【００４２】
また、下部空気噴出孔１７を介して空気１１をノズル１３から噴出する燃料ガス８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８と空気１１の混合をより良好にすることができる。この空気１１は、単にガスの混合を良くするのみではなく、燃料ガス８の流量に対して空気１１の流量が相対的に過剰に供給した場合でも火炎１２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。
【００４３】
また、空気噴出部１０は、火炎１２放出方向に徐々に拡大するように構成して、ガス流速を火炎１２の放出方向に向かって連続的に遅くするので、燃焼速度の遅い都市ガス６を燃焼させる時に、ガス流速の遅い空気噴出部１０内の下流側すなわちテーパ状の空気噴出部１０の開口近傍で燃焼するようにしている。
【００４４】
以上のように、本実施例においては、都市ガス６の燃焼量が変化してもテーパ状の空気噴出部１０が構成する燃焼室１５内に火炎１２を収納させて、安定に燃焼を継続することができる。
【００４５】
また、水素生成器１には、ディストリビュータ９の装着を容易にして、燃焼装置５に組み込む手間を省くようにしている。
【００４６】
また、ディストリビュータ９の着脱を容易にして燃焼装置５や水素生成器１を大きく分解しなくても燃焼部分のメンテナンスができるようにしている。以上のように、本実施例においては、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に搭載することにより、ディストリビュータ９を容易に装着できるので、製造コストを低減することができる。
【００４７】
また、ディストリビュータ９の着脱を容易にして、燃焼部分のメンテナンスを確実に行えるようにして、燃焼装置５の耐用年数を向上することができる。
【００４８】
また、本実施例の燃焼装置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。
【００４９】
（実施例２）
実施例１と異なるところは、ディストリビュータ９は、炭化水素系の都市ガス６と燃料電池から排出されるオフガス７を切り替えて同一のノズル１３から噴出する点である。
【００５０】
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。
【００５１】
ディストリビュータ９のノズル１３から燃焼速度や流量の異なる都市ガス６やオフガス７の燃料ガス８を噴出するときに、燃焼速度の速いオフガス７の場合は、ディストリビュータ９近傍の空気噴出部１０の空気噴出孔１４から空気１１を集中的に供給し、燃焼速度の遅い都市ガス（またはプロパン）の場合は、空気噴出孔１４の全体から空気１１を供給して、常に安定した火炎１２が形成するようにしている。
【００５２】
以上のように、本実施例においては、同一のディストリビュータ９から都市ガス６とオフガスを７供給しても良好な燃焼を維持できるので、ディストリビュータ９の構成が簡単になり、低コストの燃焼装置５を提供することができる。
【００５３】
（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。実施例１と異なるところは、炭化水素系の燃料ガス８の燃焼量を小さく燃焼させる時に、空気噴出部１０の下段に設ける下部空気室２０に空気１１を導入する点である。
【００５４】
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。
【００５５】
燃料ガス８の燃焼量を小さく燃焼させる時に、空気噴出部１０の空気噴出孔１４の全体から空気１１を供給すると、燃焼量に適正な空気１１の流量も減少し、そのままでは、空気１１の流速も低下し、燃料ガス８と空気１１の混合が促進されず、また燃焼室１５内へ余剰の空気１１が流入して、安定燃焼の領域が狭くなるので、空気制御器２４により、空気１１を空気噴出部１０の下部に配置する下部空気室２０だけに導入し、下部空気室２０の下流に設ける空気噴出孔１４に火炎１２を形成させ、燃焼量が小さくなっても空気噴出孔１４の数を減少させることで、空気噴出孔１４からの空気流速の低下を防止し、燃焼室１５内への余剰の空気１１の流入を防止するようにしている。
【００５６】
以上のように、本実施例においては、燃料ガス８の燃焼量を小さく燃焼させる時に、燃料ガス８と空気１１の混合を促進し、また余剰の空気１１の流入による火炎１２の冷却を防止して安定燃焼の領域の拡大を行なうことができる。
【００５７】
（実施例４）
図６は、本発明の第４の実施例の燃焼装置を示す断面図である。実施例１と異なるところは、空気噴出部１０の下段に設ける下部空気室２０以外の空気室１８に逆流防止のために、少量の空気１１を導入する点である。
【００５８】
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。
【００５９】
オフガス７等を燃焼させる時に、空気制御器２４により、空気噴出部１０の下方に設ける空気噴出孔１４の上流に配置する下部空気室２０に空気１１を供給するが、このとき火炎１２を形成させない空気噴出孔１４の上流に配置する上部空気室２１にも空気１１の一部を少量（この場合の少量とは、火炎１２も形成しないし、冷却による燃焼不良も起こさない量）流入させ、火炎１２が形成されない空気噴出孔１４から高温の燃焼ガス３１が空気１１の導入されていない上部空気室２１に逆流することを防止している。
【００６０】
少量の空気１１の供給方法としては、制御器２５の指示を受けた空気制御器２４の駆動装置２７がダンパ２６を作動して上部送風通路２３を閉止する時に、ダンパ２６で完全に閉止しないで間隙を形成して、空気１１が流入できるようにしている。
【００６１】
また、ダンパ２６により、上部送風通路２３を閉止しても、ダンパ２６の一部に透孔を設けて空気１１を流入できるようにしても良い。
【００６２】
以上のように、本実施例においては、燃焼時に火炎１２が形成されない空気噴出孔１４の上流に設ける上部空気室２１に高温の燃焼ガス３１を逆流させないようにして、燃焼不良や空気室１８の破損を防止することができる。
【００６３】
（実施例５）
図５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。実施例１と異なるところは、燃焼装置５の着火時に空気噴出部１０の下段に設ける下部空気室２０に空気１１を導入し、燃料ガス８の燃焼量を低下させる点である。
【００６４】
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。
【００６５】
燃焼装置５の着火時に、着火音や振動を防止するには、都市ガス６（またはプロパン）で形成される燃料ガス８の燃焼量を低下させ、徐々に定格燃焼量に上昇させる方が、良好であるが、その時に空気噴出部１０の空気噴出孔１４の全体から空気１１を供給すると、燃焼量に適正な空気１１の流量も減少し、そのままでは、空気１１の流速も低下し、燃料ガス８と空気１１の混合が促進されない。また、燃焼室１５内へ余剰の空気１１が流入し、安定燃焼の領域が狭くなるので、火炎１２を空気噴出部１０の下部に配置する下部空気室２０に設ける空気噴出孔１４だけに形成させ、燃焼量が小さくなっても空気噴出孔１４からの空気流速の低下を防止し、燃焼室１５内への余剰の空気１１の流入を防止するようにしている。
【００６６】
以上のように、本実施例においては、燃焼装置５の着火時に、燃料ガス８と空気１１の混合を促進し、また余剰の空気１１の流入による火炎１２の冷却を防止して安定燃焼の領域の拡大を行ないながら、着火音や振動を抑制しながら良好な燃焼をおこなうことができる。
【００６７】
（実施例６）
図７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。実施例１と異なるところは、空気制御器２４は、燃焼装置５の停止時に、複数個の空気室１８に空気１１を導入する点である。
【００６８】
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。
【００６９】
燃焼装置５の停止時に、空気制御器２４により、空気噴出部１０の空気噴出孔１４の全体から空気１１を燃焼室５に流入させために、すべての空気室１８に空気１１を導入している。
【００７０】
また送風手段２８により、空気１１の送風量も増加させ、燃焼装置５や水素生成器１の冷却を促進している。
【００７１】
以上のように、本実施例においては、燃焼室５に多量の空気１１を空気噴出孔１４の全体から流入させるので、燃焼装置の５ポストパージを短時間で終わらせ、水素生成器１の温度も安全な温度に速く低下させることができる。
【００７２】
（実施例７）
図８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。
【００７３】
図８において、５は、燃焼装置、９は、ディストリビュータ、１０は、空気噴出部、１１は、空気、１３は、ノズル、１６は、最下段の空気噴出孔、１７は、下部空気噴出孔、１８は、空気室、３５は、空気噴出部１０の開口部、３６は、開口部３５の内周壁、３７は、小間隙、３８は、ディストリビュータ９に設けるフランジ状の固定部で、実施例１と異なるところは、ディストリビュータ９は、空気噴出部１０の内壁の一部に開口して設ける開口部３５から燃焼室１５内に挿入し、着脱可能の構成とする点である。
【００７４】
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。
【００７５】
空気噴出部１０の底部の中央に設ける開口部３５からディストリビュータ９を燃焼室１５に臨ませ、着脱可能に構成している。ディストリビュータ９は、着脱が可能であるが、開口部３５に、固定するときは、ディストリビュータ９の一部に設ける固定部３８を空気室１８の底部に装着している。
【００７６】
また、ディストリビュータ９の配置は、ノズル１３が空気噴出部１０の最下段の空気噴出孔１６とほぼ対向する位置になるように、下部空気噴出孔１７と空気噴出部１０の最下段の空気噴出孔１６とがほぼ対向する位置になるようにしている。
【００７７】
またディストリビュータ９と開口部３５の内周壁３６とで構成する小間隙３７により、空気１１が開口部３５より燃焼室１５に漏れ出さないようにしている。
【００７８】
以上のように、本実施例においては、ディストリビュータ９の着脱を容易にして、燃焼装置５の製造コストを低減し、またディストリビュータ９のメンテナンスを容易にして燃焼装置５の耐用年数を向上することができる。
【００７９】
（実施例８）
図９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。
【００８０】
図９において、３９は挿入通路、４０は着火用の電極、４１は絶縁碍子で、実施例１と異なるところは、ディストリビュータは、略中央に挿入通路３９を設け、その挿入通路３９から着火用の電極４０を挿入し、一体化させる点である。
【００８１】
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。
【００８２】
ディストリビュータ９の略中央に設ける挿入通路３９に着火用の電極４０を装着して一体化させておき、組立の手間を省くようにしている。
【００８３】
また、電極４０をディストリビュータ８と一体化させることで、放電距離の管理を容易に行うようにしている。
【００８４】
また、電極４０の先端を絶縁碍子４１から略垂直に突出させ、ディストリビュータ９の天板部分に火花放電が飛ぶように構成している。
【００８５】
以上のように、本実施例においては、電極４０の装着を簡素化するので、製造コストを低減できる。
【００８６】
また、電極４０とディストリビュータ９を一体化させるので、火花放電の大きさや位置を精度よく設定でき、燃料ガス８への着火を確実に行なうことができる。
【００８７】
（実施例９）
図１０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。
【００８８】
図１０において、実施例１と異なるところは、常時空気１１を導入する下部空気室２０を介して、燃焼室１５にディストリビュータ９を臨ませる点である。
【００８９】
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。
【００９０】
ディストリビュータ９が下部空気室２０に常時流入する空気１１により冷却されるように、ディストリビュータ９を下部空気室２０内を通過する構成に設けて、燃焼室１５内で加熱され、上昇するディストリビュータ９の温度を低下させている。
【００９１】
以上のように、本実施例においては、燃焼室１５内で加熱されるディストリビュータ９を冷却できるので、熱変形を防止し、燃焼装置５の耐用年数を向上することができる。
【００９２】
（実施例１０）
図１１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。
【００９３】
図１１において、４２は熱電対で構成される炎検知部で、実施例１と異なるところは、常時空気１１を導入する下部空気室２０を介して、燃焼室１５に炎検知部４２を臨ませる点である。
【００９４】
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。
【００９５】
炎検知部４２が、下部空気室２０に常時流入する空気１１により冷却される部分を形成して、燃焼室１５内で加熱される炎検知部４２の温度を計測する部分以外の導線の部分の温度を低下させるようにしている。
【００９６】
また、下部空気室２０から燃焼室１５に炎検知部４２を臨ませるときに炎検知部４２の周囲に下部空気室２０から燃焼室１５に抜ける空気１１を供給するようにしている。例えば、燃焼室１５に炎検知部４２を臨ませる方法として下部空気室２０の下流側に設ける空気噴出孔１４の一部の穴径を拡大して、炎検知部４２の先端を臨ませている。
【００９７】
以上のように、本実施例においては、炎検知部４２の温度を計測する部分以外の導線の部分の温度を低下させるので、炎検知部４２の熱変形や破損を防止し、燃焼装置５の耐用年数を向上することができる。
【００９８】
また、炎検知部４２の先端が火炎１２の消火とともに急速に温度低下を起こすようにして感度を向上することができる。
【００９９】
また、炎検知部４２を下部下部空気室２０の下流側に設ける空気噴出孔１４を介して燃焼室１５に臨ませるので、異なる種類の燃料ガス８を供給しても常に火炎１２が存在する安定した位置で、温度計測を行うことができる。
【０１００】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、天然ガス等の炭化水素系の燃料である都市ガス（またはプロパン）と燃料電池から排出される水素を多量に含んだオフガスに対して、少ない空気量（低酸素過剰率）で燃焼を行ない、水素生成器の放熱損失を防止して改質反応を向上することができるものである。
【０１０１】
また、気温の変化や送風手段のばらつきによる空気量変動に対応できるようにして、燃焼装置の使い勝手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、２における燃焼装置の断面図
【図２】本発明の実施例１における燃焼装置の部分断面図
【図３】本発明の実施例１における燃焼装置の下流側から見た構造図
【図４】（ａ）本発明の実施例１における燃焼装置の動作状態を示す断面図
（ｂ）本発明の実施例１における燃焼装置の動作状態を示す断面図
【図５】本発明の実施例３、５における燃焼装置の断面図
【図６】本発明の実施例４における燃焼装置の断面図
【図７】本発明の実施例６における燃焼装置の断面図
【図８】本発明の実施例７における燃焼装置の断面図
【図９】本発明の実施例８における燃焼装置の断面図
【図１０】本発明の実施例９における燃焼装置の断面図
【図１１】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】
１水素生成器
９ディストリビュータ
１０空気噴出部
１５燃焼室
１８空気室
２４空気制御器
３５開口部
３９挿入通路
４０電極
４２炎検知部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a combustion apparatus used in a hydrogen generator of a fuel cell that generates power by generating a reformed gas containing hydrogen by a reforming reaction of a hydrocarbon-based raw material.
[0002]
[Prior art]
  As a first prior art relating to a combustion apparatus used in a hydrogen generator for a fuel cell, high-calorie gas and off-gas are supplied to a flame hole plate of the combustion apparatus using a double pipe, and fuel gas is provided at the center thereof. Combustion air injection holes are provided on the inclined surface of the flame hole plate that forms a discharge part and spreads in a mortar shape, and the flame hole part with high calorie gas can be shared to simplify the burner structure and reduce costs. (For example, refer to Patent Document 1).
[0003]
  Further, as a second prior art of the combustion apparatus, a high calorie fuel passage, a first oxidant passage, a low calorie fuel passage, and a second oxidant passage are sequentially arranged from the center position of the burner toward the outside in the system direction. If high-calorie fuel such as natural gas is used, pass it through a high-calorie fuel passage.If low-calorie fuel such as fuel cell off-gas is used, pass it through a low-calorie fuel passage. Some fuels realize good combustion without any inconvenience when using any fuel (see, for example, Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-201019 A
[0005]
[Patent Document 2]
JP-A-5-303974
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
  However, in the first prior art, a fixed flame is used against high-calorie gas, which is a hydrocarbon fuel such as natural gas, and low-calorie gas (off-gas) containing a large amount of hydrogen discharged from the fuel cell. Combustion air is supplied from the orifices of the perforated plate, so just adjusting the amount of combustion air does not form the same flame.In high-calorie gas combustion, flames are formed in many ejection holes, but low-calorie In combustion, a flame is formed in some of the ejection holes, air that does not contribute to combustion escapes, and it can not be burned with a low oxygen excess rateThere was a problem.
[0007]
  In the second prior art, a high calorie fuel passage is provided at the center of the burner, and a first oxidant passage is provided around the burner to burn high calorie fuel such as natural gas by diffusion combustion. There is a problem that yellow fire combustion and soot are likely to occur at an oxygen excess rate.
[0008]
  Also, in order to prevent yellow fire combustion, it is necessary to increase the flow rate of the oxidant ejected from the first oxidant passage to form a partial premixed state. There existed the subject of the load increase to the ventilation means by the increase in the combustion noise to contain and the increase in the pressure loss of a 1st oxidant channel | path.
[0009]
  Further, when burning the low calorie fuel discharged from the fuel cell, since the oxidant is supplied with the low calorie passage sandwiched between the first oxidant passage and the second oxidant passage, changes in air temperature and air flow When the oxidizer increases due to the variation in means and the oxygen excess rate increases, the flame of the low calorie fuel is cooled by the oxidizer, the flame holding becomes unstable, and carbon monoxide increases.
[0010]
  The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a plurality of independent air chambers upstream of the air ejection portion, and performs the inflow and distribution of air for each air chamber, so that natural gas or the like can be obtained. An object of the present invention is to provide a combustion apparatus that forms a flame suitable for both high-calorie fuel and low-calorie fuel discharged from a fuel cell, performs combustion with a small amount of air (oxygen excess rate), and can cope with fluctuations in the amount of air. And
[0011]
  In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention provides a combustion apparatus for a hydrogen generator that generates hydrogen to be supplied to a fuel cell power generator by reacting a raw material gas in a catalyst layer.SuppliedDistributor that ejects gas fuel in the circumferential direction, an air ejection portion that is disposed so as to surround the distributor and that has a combustion chamber that is open on the catalyst layer side, and the combustion that surrounds the air ejection portion A plurality of air chambers partitioned in the upper and lower flame discharge directions of the chamber, air ejection holes formed in the peripheral wall and closed bottom of the air ejection portion to eject the air from the air chamber into the combustion chamber, and the plurality A plurality of air passages individually connected to the air chamber and having a flow distribution varying means, and a gas supply means to the distributor, wherein the gas fuel injection portion of the distributor is located inside the combustion chamber, Furthermore, the air ejection direction from the air ejection hole formed in the peripheral wall of the air ejection section is opposed to the gas fuel ejection direction from the distributor. Air ejection direction from the air ejection holes formed in the closed bottom of the parts are set so as to cross the gas fuel injection direction from the distributorThe gas supply means supplies high calorie fuel such as natural gas and low calorie fuel discharged from the fuel cell power generator as the gas fuel, and the flow distribution variable means of the air passage includes high calorie fuel and low calorie fuel. The air flow rate to the plurality of air chambers is changed according to the fuel type of the calorie fuel.It is a thing.
[0012]
  This makes it suitable for the combustion of hydrocarbon fuels such as natural gas and off-gas emitted from fuel cells.A flame can be formed and the amount of air is smallCombustion is performed at (low oxygen excess rate), and the reforming reaction is improved by preventing the heat loss of the hydrogen generator equipped with this combustion device.
[0013]
  The present invention relates to a combustion apparatus for a hydrogen generator that generates hydrogen to be supplied to a fuel cell power generator by reacting a raw material gas in a catalyst layer.SuppliedDistributor that ejects gas fuel in the circumferential direction, an air ejection portion that is disposed so as to surround the distributor and that has a combustion chamber that is open on the catalyst layer side, and the combustion that surrounds the air ejection portion A plurality of air chambers partitioned in the upper and lower flame discharge directions of the chamber, air ejection holes formed in the peripheral wall and closed bottom of the air ejection portion to eject the air from the air chamber into the combustion chamber, and the plurality A plurality of air passages individually connected to the air chamber and having a flow distribution varying means, and a gas supply means to the distributor, wherein the gas fuel injection portion of the distributor is located inside the combustion chamber, Furthermore, the air ejection direction from the air ejection hole formed in the peripheral wall of the air ejection section is opposed to the gas fuel ejection direction from the distributor. Air ejection direction from the air ejection holes formed in the closed bottom of the parts are set so as to cross the gas fuel injection direction from the distributorThe gas supply means supplies high calorie fuel such as natural gas and low calorie fuel discharged from the fuel cell power generator as the gas fuel, and the flow distribution variable means of the air passage includes high calorie fuel and low calorie fuel. The air flow rate to the plurality of air chambers is changed according to the fuel type of the calorie fuel.It is a thing.
[0014]
  This makes it possible to form flames suitable for combustion of hydrocarbon fuels such as natural gas and off-gas emitted from fuel cells, and to burn with a small amount of air (low oxygen excess rate). The reforming reaction can be improved by preventing the heat loss of the hydrogen generator equipped with the apparatus.
[0015]
  If the cup is formed so that the air jet part gradually expands in the flame discharge direction, the gas flow rate is continuously slowed down in the flame discharge direction, and the city gas having a slow combustion rate is air having a slow gas flow rate. Combustion can be continued stably even if the amount of combustion changes by burning in the vicinity of the opening of the taper-shaped air ejection part in the downstream side in the ejection part.
[0016]
【Example】
  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0017]
  Example 1
  FIG. 1 is an overall configuration diagram of a hydrogen generator used in a fuel cell device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the combustion apparatus in the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a structural view of the combustion apparatus according to the first embodiment of the present invention as viewed from the downstream side. 4 (a) and 4 (b) are cross-sectional views showing the operating state of the combustion apparatus in the first embodiment of the present invention.
[0018]
  1 and 2, reference numeral 1 is a hydrogen generator that generates hydrogen to be supplied to a fuel cell power generation apparatus using city gas (or LPG) as a raw material, and 2 is a desulfurization apparatus (not shown). The later source gas 3 composed of city gas and water vapor is a catalyst layer filled with a catalyst mainly composed of nickel or ruthenium. By reacting the source gas 2 in this catalyst layer 3, hydrogen, carbon dioxide and A product gas 4 made of carbon monoxide is produced. Since this generation reaction is an endothermic reaction that occurs at a high temperature of about 700 ° C., the combustion gas is supplied from the combustion device 5 to heat the raw material gas 2 and the catalyst layer 3.
[0019]
  5 is a combustion device that distributes city gas 6 (natural gas) (or LPG), off-gas 7 (unreacted hydrogen gas) discharged from the fuel cell, or city gas 6 and off-gas 7 to produce fuel gas 8. 9, and combustion air 11 is supplied from the periphery of the air ejection part 10 to form a flame 12 and perform combustion.
[0020]
  A plurality of nozzles 13 for ejecting the fuel gas 8 are provided in the radial direction of the distributor 9 at the tip of the circular tubular distributor 9, and the fuel gas 8 is ejected radially.
[0021]
  The air ejection part 10 is provided with a plurality of air ejection holes 14 at substantially right angles on the side surfaces of the air ejection part 10. The air ejection unit 10 is configured to form a combustion chamber 15 in a cup shape so as to gradually expand in the outlet direction of the flame 12 around the distributor 9 and supply combustion air 11 into the combustion chamber 15. . The air ejection holes 14 are arranged in a staggered manner in the vertical direction.
[0022]
  The nozzle 13 of the distributor 9 is disposed so as to be substantially opposed to the air ejection hole 16 provided at the lowermost stage of the air ejection hole 14 of the air ejection section 10. In addition, a plurality of lower air ejection holes 17 are provided at the bottom of the air ejection section 10 so that a part of the air 11 is ejected in a direction parallel to the axial direction of the distributor 9.
[0023]
  Reference numeral 18 denotes an air chamber that supplies the air 11, and the air chamber 18 is divided into a plurality of independent partitions by the partition wall 19 into a lower air chamber 20 and an upper air chamber 21.
[0024]
  The lower air chamber 20 and the upper air chamber 21 are provided on the upstream side of the air ejection portion 10, and the plurality of air ejection holes 14 are distributed and arranged in each of the lower air chamber 20 and the upper air chamber 21. A tubular lower air passage 22 communicates with the lower air chamber 20, and a tubular upper air passage 23 communicates with the upper air chamber 21.
[0025]
  An air controller 24 is connected to the ends of the lower air passage 22 and the upper air passage 23, and the air 11 introduced into the lower air passage 22 and the upper air passage 23 is adjusted under the control of the controller 25.
[0026]
  The air controller 24 includes a damper 26 that turns on and off the upper air passage 23 by opening and closing, and a drive device 27 that drives the damper 26. The damper 26 is configured to rotate the plate surface to open and close the upper air passage 23 or press the plate surface against the entrance of the upper air passage 23.
[0027]
  The drive device 27 is configured to operate the damper 26 using a stepping motor, a solenoid, a motor, a gear, a cam, or the like. Air blowing means 28 is provided upstream of the air controller 24. The blower means 28 is constituted by a blower that supplies air 11, and a turbo fan, a radial fan, or the like that can generate high pressure is used for the impeller and is rotated by a motor.
[0028]
  Reference numeral 29 denotes a combustion cylinder for avoiding the flame 12 generated by the combustion device 5 from directly touching the catalyst container 30 and further defining the flow path of the combustion gas 31. The combustion gas 31 flows along the periphery of the catalyst container 30 and is discharged to the outside of the hydrogen generator 1.
[0029]
  Reference numeral 32 denotes an electrode for ignition, which is composed of a heat-resistant Kanthal wire or an Sweat wire. The periphery of the electrode 32 is covered with an insulating insulator 33 for insulation. The insulator 33 is formed of a ceramic material such as heat-resistant alumina or silica, and a glaze composed of a glass component is applied to the surface thereof.
[0030]
  The tip of the electrode 32 faces the combustion chamber 15, is bent with a curvature, and is positioned so that a spark discharge will fly near the nozzle 13 above the distributor 9. The electrode 32 is mounted by extending the tip of the electrode 32 from the space 34 provided by expanding a part of the lower part of the combustion cylinder 29 provided at the upper part of the air ejection part 10 and facing the vicinity of the upper part of the nozzle 13 of the distributor 9. ing.
[0031]
  In FIG. 3, for easy understanding of the position of the nozzle 13 of the distributor 9, a cross section of the position of the nozzle 13 is illustrated. In the figure, a radial arrow A from the central portion to the peripheral direction represents the direction of ejection of the fuel gas 8 ejected from the nozzle 13, and conversely, an arrow B toward the central direction is indicated by a broken line C in the air ejection hole 14. The direction of the air 11 ejected from the lowermost air ejection hole 16 is shown.
[0032]
  Thus, in this invention, it is comprised so that the ejection direction of the fuel gas 8 and the ejection direction of the air 11 may be located on a straight line. Furthermore, in the present invention, the lower air ejection hole 17 is arranged at a position where the air 11 ejected from the lower air ejection hole 17 intersects the arrow A in the ejection direction of the fuel gas 8.
[0033]
  About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
[0034]
  In FIG. 4 (a), when the fuel gas 8 containing city gas 6 (natural gas) (or propane) as a component is supplied, the air 11 supplied by the blower means 28 has received an instruction from the controller 25. The driving device 27 of the air controller 24 operates the damper 26 to open the upper air passage 23, so that it flows into the upper air chamber 21 and is ejected from the air ejection hole 14 to the combustion chamber 15. A part of the air 11 flows into the lower air chamber 20 through the lower air passage 22 that is always open, and is ejected from the air ejection hole 14 to the combustion chamber 15.
[0035]
  At this time, the fuel gas 8 ejected radially from the distributor 9 collides with the air 11 supplied from the lowermost air ejection holes 17 substantially facing each other. At this time, spark discharge is performed by the electrode 32 facing the combustion chamber 15 from the space 34 below the combustion cylinder 29, and the fuel gas 8 is ignited.
[0036]
  The fuel gas 8 flows in the direction of the opening of the air ejection part 10, but since the shape of the air ejection part 10 is cup-shaped as shown in the figure, the cross-sectional area of the flow path of the fuel gas 8 continuously increases. As a result, the flow velocity of the fuel gas 8 is reduced, and a partial premixed flame 12 is generated and burned at a place where the flow velocity is equal to or less than the combustion speed of the city gas 6. The catalyst layer 3 of the hydrogen generator 1 is heated by this combustion.
[0037]
  In FIG. 4B, when the off gas 7 (unreacted hydrogen gas) discharged from the fuel cell is burned, the air 11 supplied by the blower means 28 is supplied from the air controller 24 in response to an instruction from the controller 25. Since the driving device 27 operates the damper 26 to close the upper air passage 23, the air 11 ejected from the air ejection hole 14 provided downstream of the upper air chamber 21 to the combustion chamber 15 is stopped. Further, the air 11 flows into the lower air chamber 20 through the lower air passage 22 that is always open, and is ejected from the air ejection hole 14 to the combustion chamber 15.
[0038]
  At this time, accelerated air 11 supplied from the lowermost air ejection holes 16 that are substantially opposed to the off-gas 7 ejected radially from the distributor 9 or the air ejection holes 14 provided downstream of the lower air chamber 20 is provided. Since collision occurs, hydrogen having a high combustion speed in the off-gas 7 can be combusted in this portion, and the flame 12 is generated and combusted. The catalyst layer 3 of the hydrogen generator 1 is heated by this combustion.
[0039]
  As described above, in this embodiment, the air controller 24 adjusts the inflow and flow rate of the air 11 flowing into the plurality of air chambers 18, so that the hydrocarbon fuel such as the city gas 6 and the fuel cell are used. In order to form flames 12 suitable for the respective burning rates of the off-gas 7 discharged, combustion is performed with a small amount of air (low oxygen excess rate), and the heat generation loss of the hydrogen generator 1 is prevented to perform the reforming reaction. Can be improved.
[0040]
  Further, the flame 12 suitable for each of the city gas 6 (or propane) and the off-gas 7 is formed, and the region in which the combustion failure does not occur with respect to the change in the air amount is expanded. Therefore, the usability of the combustion apparatus 5 is improved by adapting to fluctuations in the air amount due to variations in the amount of air.
[0041]
  In addition, since the nozzle 13 and the lowermost air ejection hole 16 are disposed substantially opposite to each other in order to promote the mixing of the fuel gas 8 and the air 11, in this portion, the hydrogen that is easy to burn and the combustion speed is high Thoroughly mixed, the flame 12 can always obtain a stable flame holding.
[0042]
  Further, since the air 11 is ejected from the position intersecting from below with respect to the fuel gas 8 ejected from the nozzle 13 through the lower air ejection hole 17, the mixing of the fuel gas 8 and the air 11 can be further improved. . The air 11 not only improves the gas mixing, but also maintains the flame 12 even when the flow rate of the air 11 is relatively excessively supplied with respect to the flow rate of the fuel gas 8, thereby stabilizing the combustion. It has a great effect on conversion.
[0043]
  Moreover, since the air ejection part 10 is comprised so that it may expand gradually in the flame 12 discharge | emission direction, and a gas flow rate is continuously slowed toward the discharge | release direction of the flame 12, the city gas 6 with a slow combustion speed is burned. When it is made to burn, it burns on the downstream side in the air jet section 10 with a slow gas flow velocity, that is, in the vicinity of the opening of the tapered air jet section 10.
[0044]
  As described above, in the present embodiment, even if the amount of combustion of the city gas 6 changes, the flame 12 is housed in the combustion chamber 15 formed by the tapered air ejection portion 10 and the combustion continues stably. be able to.
[0045]
  In addition, the hydrogen generator 1 can be easily attached to the distributor 9 to save the trouble of incorporating it into the combustion device 5.
[0046]
  Further, the distributor 9 can be easily attached and detached so that the combustion portion can be maintained without greatly disassembling the combustion device 5 or the hydrogen generator 1. As described above, in this embodiment, the distributor 9 can be easily mounted by mounting the combustion apparatus 5 on the hydrogen generator 1 that generates the reformed gas containing hydrogen by the reforming reaction of the hydrocarbon raw material. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.
[0047]
  Further, the service life of the combustion device 5 can be improved by facilitating the attachment and detachment of the distributor 9 and ensuring the maintenance of the combustion portion.
[0048]
  Also,Of this exampleThe hydrogen generator 1 using the combustion device 5 can stably generate hydrogen even when the power generation load fluctuates, and can stably operate the fuel cell power generation device.
[0049]
  (Example 2)
  The difference from the first embodiment is that the distributor 9 switches the hydrocarbon-based city gas 6 and the off-gas 7 discharged from the fuel cell and ejects them from the same nozzle 13.
[0050]
  About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
[0051]
  In the case of offgas 7 having a high combustion speed when city gas 6 or offgas 7 fuel gas 8 having a different combustion speed or flow rate is ejected from the nozzle 13 of the distributor 9, the air ejection hole of the air ejection section 10 in the vicinity of the distributor 9. In the case of city gas (or propane) having a slow combustion rate, the air 11 is supplied from the entire air ejection hole 14 so that a stable flame 12 is always formed. Yes.
[0052]
  As described above, in this embodiment, even if the city gas 6 and the off-gas 7 are supplied from the same distributor 9, good combustion can be maintained. Therefore, the configuration of the distributor 9 is simplified, and the low-cost combustion device 5 is used. Can be provided.
[0053]
  (Example 3)
  FIG. 5 is a sectional view showing a combustion apparatus according to a third embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the air 11 is introduced into the lower air chamber 20 provided at the lower stage of the air jetting part 10 when the combustion amount of the hydrocarbon-based fuel gas 8 is made small.
[0054]
  About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
[0055]
  If the air 11 is supplied from the entire air ejection hole 14 of the air ejection part 10 when the combustion amount of the fuel gas 8 is made small, the flow rate of the air 11 appropriate for the combustion amount also decreases. And the mixing of the fuel gas 8 and the air 11 is not promoted, and the surplus air 11 flows into the combustion chamber 15 to narrow the stable combustion region. Even if it introduces only in the lower air chamber 20 arrange | positioned at the lower part of the air ejection part 10 and the flame 12 is formed in the air ejection hole 14 provided in the downstream of the lower air chamber 20, even if the amount of combustion becomes small, the number of the air ejection holes 14 As a result, the air flow rate from the air ejection hole 14 is prevented from decreasing, and the inflow of excess air 11 into the combustion chamber 15 is prevented.
[0056]
  As described above, in the present embodiment, when the combustion amount of the fuel gas 8 is made small, the mixing of the fuel gas 8 and the air 11 is promoted and the cooling of the flame 12 due to the inflow of excess air 11 is prevented. Thus, the area of stable combustion can be expanded.
[0057]
  Example 4
  FIG. 6 is a sectional view showing a combustion apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that a small amount of air 11 is introduced into the air chamber 18 other than the lower air chamber 20 provided at the lower stage of the air ejection portion 10 to prevent backflow.
[0058]
  About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
[0059]
  When the off-gas 7 or the like is burned, the air controller 24 supplies the air 11 to the lower air chamber 20 disposed upstream of the air ejection hole 14 provided below the air ejection section 10, but at this time, the flame 12 is not formed. A small amount of air 11 is also introduced into the upper air chamber 21 arranged upstream of the air ejection hole 14 (a small amount in this case is an amount that does not form the flame 12 and does not cause poor combustion due to cooling). Thus, the high-temperature combustion gas 31 is prevented from flowing back from the air ejection hole 14 where the air 12 is not formed into the upper air chamber 21 where the air 11 is not introduced.
[0060]
  As a method of supplying a small amount of air 11, when the driving device 27 of the air controller 24 that has received an instruction from the controller 25 operates the damper 26 to close the upper air passage 23, do not completely close the damper 26. A gap is formed so that air 11 can flow in.
[0061]
  Further, even if the upper air passage 23 is closed by the damper 26, a through hole may be provided in a part of the damper 26 so that the air 11 can flow in.
[0062]
  As described above, in this embodiment, the high temperature combustion gas 31 is prevented from flowing back into the upper air chamber 21 provided upstream of the air ejection hole 14 where the flame 12 is not formed during combustion. Breakage can be prevented.
[0063]
  (Example 5)
  FIG. 5 is a sectional view showing a combustion apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the air 11 is introduced into the lower air chamber 20 provided in the lower stage of the air ejection part 10 when the combustion device 5 is ignited, and the combustion amount of the fuel gas 8 is reduced.
[0064]
  About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
[0065]
  In order to prevent ignition noise and vibration when the combustion device 5 is ignited, it is better to reduce the combustion amount of the fuel gas 8 formed of the city gas 6 (or propane) and gradually increase it to the rated combustion amount. However, if the air 11 is supplied from the entire air ejection hole 14 of the air ejection section 10 at that time, the flow rate of the air 11 appropriate for the combustion amount also decreases, and the flow rate of the air 11 decreases as it is, and the fuel gas Mixing of 8 and air 11 is not promoted. Further, since surplus air 11 flows into the combustion chamber 15 and the area of stable combustion becomes narrower, the flame 12 is formed only in the air ejection holes 14 provided in the lower air chamber 20 disposed below the air ejection section 10. Even if the combustion amount is reduced, the air flow velocity from the air ejection hole 14 is prevented from being lowered, and excess air 11 is prevented from flowing into the combustion chamber 15.
[0066]
  As described above, in this embodiment, when the combustion apparatus 5 is ignited, the mixing of the fuel gas 8 and the air 11 is promoted, and the cooling of the flame 12 due to the inflow of excess air 11 is prevented, thereby stabilizing combustion. , And good combustion can be performed while suppressing ignition noise and vibration.
[0067]
  (Example 6)
  FIG. 7 is a sectional view showing a combustion apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the air controller 24 introduces the air 11 into the plurality of air chambers 18 when the combustion device 5 is stopped.
[0068]
  About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
[0069]
  When the combustion apparatus 5 is stopped, the air controller 24 introduces the air 11 into all the air chambers 18 so that the air 11 flows into the combustion chambers 5 from the entire air ejection holes 14 of the air ejection section 10. .
[0070]
  In addition, the blower 28 increases the amount of air blown to promote the cooling of the combustion device 5 and the hydrogen generator 1.
[0071]
  As described above, in this embodiment, since a large amount of air 11 flows into the combustion chamber 5 from the entire air ejection hole 14, the 5 post-purge of the combustion apparatus is completed in a short time, and the temperature of the hydrogen generator 1 is reached. Can be quickly reduced to a safe temperature.
[0072]
  (Example 7)
  FIG. 8 is a sectional view showing a combustion apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
[0073]
  In FIG. 8, 5 is a combustion device, 9 is a distributor, 10 is an air ejection part, 11 is air, 13 is a nozzle, 16 is a lowermost air ejection hole, 17 is a lower air ejection hole, Reference numeral 18 denotes an air chamber, 35 denotes an opening of the air ejection part 10, 36 denotes an inner peripheral wall of the opening 35, 37 denotes a small gap, and 38 denotes a flange-like fixing part provided in the distributor 9. The difference is that the distributor 9 is inserted into the combustion chamber 15 through an opening 35 provided in a part of the inner wall of the air ejection portion 10 and is detachable.
[0074]
  About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
[0075]
  The distributor 9 faces the combustion chamber 15 through an opening 35 provided at the center of the bottom of the air ejection part 10 and is configured to be detachable. The distributor 9 can be attached and detached. When the distributor 9 is fixed to the opening 35, a fixing portion 38 provided in a part of the distributor 9 is attached to the bottom of the air chamber 18.
[0076]
  Also, the distributor 9 is arranged so that the nozzle 13 is positioned substantially opposite to the lowermost air ejection hole 16 of the air ejection section 10 and the lower air ejection hole 17 and the lowermost air ejection hole of the air ejection section 10. 16 is in a substantially opposite position.
[0077]
  A small gap 37 formed by the distributor 9 and the inner peripheral wall 36 of the opening 35 prevents air 11 from leaking from the opening 35 into the combustion chamber 15.
[0078]
  As described above, in the present embodiment, the distributor 9 can be easily attached and detached to reduce the manufacturing cost of the combustion device 5, and the maintenance of the distributor 9 can be facilitated to improve the useful life of the combustion device 5. it can.
[0079]
  (Example 8)
  FIG. 9 is a sectional view showing a combustion apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
[0080]
  In FIG. 9, 39 is an insertion passage, 40 is an ignition electrode, 41 is an insulator, and the difference from the first embodiment is that the distributor is provided with an insertion passage 39 at substantially the center, and an ignition passage 39 is provided from the insertion passage 39. The electrode 40 is inserted and integrated.
[0081]
  About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
[0082]
  An ignition electrode 40 is attached to and integrated with an insertion passage 39 provided substantially at the center of the distributor 9 so as to save assembling work.
[0083]
  Further, by integrating the electrode 40 with the distributor 8, the discharge distance can be easily managed.
[0084]
  Further, the tip of the electrode 40 is configured to project substantially vertically from the insulator 41 so that a spark discharge can fly to the top plate portion of the distributor 9.
[0085]
  As described above, in this embodiment, since the mounting of the electrode 40 is simplified, the manufacturing cost can be reduced.
[0086]
  Moreover, since the electrode 40 and the distributor 9 are integrated, the magnitude and position of the spark discharge can be set with high accuracy, and the fuel gas 8 can be ignited with certainty.
[0087]
  Example 9
  FIG. 10 is a sectional view showing a combustion apparatus according to a ninth embodiment of the present invention.
[0088]
  In FIG. 10, the difference from the first embodiment is that the distributor 9 is made to face the combustion chamber 15 through the lower air chamber 20 into which the air 11 is constantly introduced.
[0089]
  About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
[0090]
  Distributor 9 is provided in a configuration that passes through lower air chamber 20 so that distributor 9 is cooled by air 11 that always flows into lower air chamber 20, and the temperature of distributor 9 that is heated and rises in combustion chamber 15. Is reduced.
[0091]
  As described above, in this embodiment, the distributor 9 heated in the combustion chamber 15 can be cooled, so that thermal deformation can be prevented and the useful life of the combustion device 5 can be improved.
[0092]
  (Example 10)
  FIG. 11 is a sectional view showing a combustion apparatus according to a tenth embodiment of the present invention.
[0093]
  In FIG. 11, reference numeral 42 denotes a flame detection unit composed of a thermocouple. The difference from the first embodiment is that the flame detection unit 42 is made to face the combustion chamber 15 through the lower air chamber 20 into which the air 11 is constantly introduced. Is a point.
[0094]
  About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
[0095]
  The flame detector 42 forms a portion that is cooled by the air 11 that always flows into the lower air chamber 20, and is a portion of the conductor other than the portion that measures the temperature of the flame detector 42 that is heated in the combustion chamber 15. The temperature is lowered.
[0096]
  In addition, when the flame detector 42 is caused to face the combustion chamber 15 from the lower air chamber 20, the air 11 passing from the lower air chamber 20 to the combustion chamber 15 is supplied around the flame detector 42. For example, as a method for causing the flame detection unit 42 to face the combustion chamber 15, the diameter of a part of the air ejection hole 14 provided on the downstream side of the lower air chamber 20 is enlarged so that the tip of the flame detection unit 42 faces. .
[0097]
  As described above, in the present embodiment, the temperature of the conductor portion other than the portion for measuring the temperature of the flame detector 42 is lowered, so that the flame detector 42 is prevented from being thermally deformed or damaged, and the combustion device 5 The service life can be improved.
[0098]
  In addition, the sensitivity can be improved by causing the temperature of the tip of the flame detector 42 to rapidly decrease as the flame 12 extinguishes.
[0099]
  In addition, since the flame detector 42 faces the combustion chamber 15 via the air ejection hole 14 provided on the downstream side of the lower lower air chamber 20, the flame 12 always exists even when different types of fuel gas 8 are supplied. Temperature measurement can be performed at the position.
[0100]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention, a small amount of air (low in the amount of a gas (or propane) that is a hydrocarbon fuel such as natural gas and an off-gas containing a large amount of hydrogen discharged from a fuel cell is reduced. To improve the reforming reaction by preventing heat loss from the hydrogen generator.It is something that can be done.
[0101]
  In addition, the usability of the combustion apparatus is improved by adapting to changes in the air amount due to changes in temperature and variations in the blowing means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a combustion apparatus according to Embodiments 1 and 2 of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a combustion apparatus in Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a structural diagram viewed from the downstream side of the combustion apparatus in Embodiment 1 of the present invention.
4A is a cross-sectional view showing an operating state of the combustion apparatus in Embodiment 1 of the present invention. FIG.
  (B) Sectional drawing which shows the operation state of the combustion apparatus in Example 1 of this invention
FIG. 5 is a cross-sectional view of a combustion apparatus in Examples 3 and 5 of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a combustion apparatus in Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a combustion apparatus in Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a combustion apparatus in Embodiment 7 of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view of a combustion apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view of a combustion apparatus in Embodiment 9 of the present invention.
FIG. 11 is a sectional view of a combustion apparatus in Embodiment 10 of the present invention.
[Explanation of symbols]
  1 Hydrogen generator
  9 Distributor
  10 Air outlet
  15 Combustion chamber
  18 Air chamber
  24 Air controller
  35 opening
  39 Insertion passage
  40 electrodes
  42 Flame detector

Claims

In the combustion device of the hydrogen generator that generates hydrogen to be supplied to the fuel cell power generation device by reacting the raw material gas in the catalyst layer, a distributor that jets the supplied gas fuel in the peripheral direction and the distributor are arranged so as to surround the distributor A plurality of air chambers formed in the upper and lower flame discharge directions of the combustion chamber so as to surround the air ejection portion. A plurality of air ejection holes formed in a peripheral wall and a closed bottom of the air ejection portion to eject air from the air chamber into the combustion chamber, and a plurality of flow distribution variable means individually connected to the plurality of air chambers An air passage and gas supply means to the distributor, and the gas fuel injection portion of the distributor is located inside the combustion chamber; The air ejection direction from the air ejection hole formed in the peripheral wall of the air ejection section is opposed to the gas fuel ejection direction from the distributor, and the air ejection direction from the air ejection hole formed in the closed bottom of the air ejection section is from the distributor. The gas supply means is configured to cross the gas fuel ejection direction, and the gas supply means supplies high-calorie fuel such as natural gas and low-calorie fuel discharged from the fuel cell power generator as the gas fuel. The flow rate distribution varying means is a combustion apparatus configured to change the air flow rate to the plurality of air chambers according to the fuel type of high-calorie fuel and low-calorie fuel .

The combustion apparatus according to claim 1, wherein the air ejection portion has a cup shape so as to gradually expand in the flame discharge direction.