JP4246727B2 - 燃料改質用バーナ - Google Patents

Description

この発明は燃料電池システム等に使用される燃料改質用バ−ナに関するものである。

従来よりこの種の燃料改質用バーナでは、炎孔部が平面状に形成されていたので、特に補助バーナに於いては、オフガスバーナの燃焼量が電力使用量によって変動するので、この変動分を補助バーナの燃焼量でカバーする必要から、ＴＤＲ（ターンダウン比）を広くしているものであった。（例えば、特許文献１参照。）
特開２００５−２１４５４３号公報

ところでこの従来のものでは、大燃焼量側では燃焼空気量が多くなり、火炎が炎孔部の炎孔から離れるリフト燃焼が発生し、火炎が吹き飛び消火してしまうと言う問題点を有するものであった。

この発明はこの点に着目し、上記問題点を解決する為、特にその構成を、改質器に改質反応用の熱を供給する燃料改質用バ−ナに於いて、補助バーナとオフガスバーナとを一体構造とし、前記補助バーナの第１炎孔部を擂り鉢状に構成し、その傾斜面の周方向には上下複数段で複数の炎孔を形成すると共に、この傾斜面のほぼ延長線上の傾斜面にオフガスバーナの第２炎孔部を形成したものである。

この発明によれば、補助バーナの第１炎孔部が擂り鉢状で、上下複数段に形成した各炎孔が対向し形成された火炎が中央に集中して押し合うので、火炎が大燃焼量側となる程リフト燃焼を防止することが出来、不用意に消火する心配もなく常に安心して使用出来るものであり、又オフガスバーナの第２炎孔部が第１炎孔部の傾斜面延長線上の傾斜面に備えられていることで、このオフガスバーナの火炎も中央に集中して補助バーナの着火がスムーズに且つ確実に行われるものである。

次にこの発明に係る燃料改質用バ−ナを図面に示された一実施形態で説明する。
１は対角状に２個の加熱ヒーター２を備えた有底筒状のアルミダイキャスト製の気化器で、下部一側面には灯油噴霧用のノズル３と、燃焼用の一次空気供給路４に連通した一次空気供給部５が同心状に開口されており、又上部には擂り鉢状で傾斜面に２段に炎孔６を形成した第１炎孔部７が備えられており、この気化器１と第１炎孔部７とで起動時や熱量の不足分時に燃焼する補助バーナ８を構成するものである。

９は起動時に改質器（図示せず）から、又安定時に燃料電池スタック（図示せず）から排出されるＨ２、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２のオフガスを燃焼させるオフガスバーナで、気化器１外側に備えられたオフガス供給管１０と、該オフガス供給管１０と連通し、上記第１炎孔部７の傾斜面のほぼ延長線上の傾斜面にオフガス用の炎孔１１を形成した第２炎孔部１２とで構成されたものである。

１３は気化器１外壁を縦に貫通して形成された二次空気供給路で、気化器１の第１炎孔部７近傍の窪みを形成し、この窪みの開口側を隙間１４を残して仕切り板１５で覆って形成した二次空気室１６に連通し、外周の案内板１７との間隔から成る二次空気噴出部１８より、補助バーナ８には二次空気として、又オフガスバーナ９には拡散燃焼用の燃焼空気として供給されるものである。

１９は気化器１に取り付けられ該気化器１の温度を検知する温度センサ、２０は先端を第１炎孔部７の炎孔６に望ませた点火電極、２１は火炎検知用のフレームロッドの取り付け状態を示すものである。

次にこの一実施形態の作動について説明する。
今燃料電池装置の起動時では、加熱ヒーター２に通電し気化器１が加熱されて灯油の気化に適する所定の温度に達したことを温度センサ１９が検知すると、ノズル３から灯油が気化器１内に噴霧され、気化して気化ガスとなり、一次空気供給路４から供給される一次空気と予混合しながら気化器１内を流通し、第１炎孔部７の炎孔６から放出して点火電極２０で点火された後、二次空気噴出部１８からの二次空気の供給も受けて、先ず補助バーナ８が燃焼を開始し、この補助バーナ８の燃焼熱は改質用の熱として改質器に全て供給される。

そして、この補助バーナ８の燃焼時、第１炎孔部７で発生する火炎は、炎孔６が擂り鉢状の傾斜面にあることから対向する火炎とぶつかり、お互いの火炎が炎孔６側に押しつけられることとなり、リフト火炎が抑制されて、火力調節範囲であるＴＤＲを広く取っても、全燃焼範囲に渡って良好な燃焼が得られ、失火等の心配がいらないものである。

次に燃料電池装置の起動時改質器から、又安定時に燃料電池スタックから排出される水素リッチなオフガスが、オフガス供給管１０から第２炎孔部１２に供給され、炎孔１１から噴出することにより、補助バーナ８の火炎で着火し供給されている二次空気を燃焼空気として、オフガスバーナ９が拡散燃焼を開始するものであり、第２炎孔部１２の炎孔１１も第１炎孔部７の擂り鉢状傾斜面の延長線上の傾斜面に形成されているので、リフト燃焼の防止は勿論、オフガスの噴出が中央に集中して、補助バーナ８の燃焼時には点火電極２０を使用することなく、確実な着火が出来ると言う効果も有するものである。

このオフガスバーナ９の燃焼開始により、改質器への供給熱量が多くなり、改質用触媒（図示せず）が所定温度に達することで、補助バーナ８の燃焼を一旦停止するものであり、又電力の使用量が増えてオフガス量が減少し、改質用触媒の温度が低下して来た場合には、再び補助バーナ８を燃焼させるもので、改質触媒の温度に応じて補助バーナ８の燃焼が制御されるものである。

このように、補助バーナ８に気化式の予混合燃焼方式を使用したことで、加熱ヒーター２、一次空気供給路４、二次空気供給路１３を、アルミダイキャスト製の気化器１に切削加工で形成し、第１炎孔部７及び第２炎孔部１２は板金加工であり、構造もシンプルで極めて簡単であり安価に製造出来、更に火力調節範囲であるＴＤＲを広く取っても、灯油の噴霧量の制御のみで容易に制御出来るものであり、しかもこの燃料改質用バーナ自体が改質器内で常時４００℃の雰囲気に晒されており、気化器１へのヒートバックの必要もなく、加熱ヒーター２の通電も起動初期のみで後は、殆ど通電もいらなくて済むものである。

又オフガスバーナ９を拡散燃焼方式としたことで、複雑な制御の必要がなく、簡単な構成により確実で良好な燃焼が得られ、オフガスを燃焼させるには極めて好適な燃焼方式である。

尚、ここでは燃料改質用バーナを上向きとして説明したが、バーナの向きは横、下向きでも良く、上向きに限定されるものではない。

又点火電極２０も改質器内の高温雰囲気内に位置しているので、通常のリード線が使用できず、図示はしないがスライド構造を有する金属製接続子を使用するものであり、補助バーナ８の点火時も予混合気の空燃比は、燃焼空気量を定格燃焼時より少なくして気化ガスの方が多い状態として、点火性能の向上及び燃焼空気の減少で吹き消えも防止出来るものである。

更に図４に示すように、点火電極２０及びフレームロッド２１の取り付け部となっているので、第２炎孔部１２の炎孔１１を設けないようにしておりますが、これと対向する反対側の炎孔１１もなくして無孔部とし、オフガス噴出のバランスを保ち、異常燃焼が発生することを防止しているものである。

この発明の燃料改質用バ−ナの一次及び二次空気供給路側断面図。 同オフガス供給管側の断面図。 同加熱ヒーター側の断面図。 同平面図 同底面図

符号の説明

１ 気化器
２ 加熱ヒーター
７ 第１炎孔部
８ 補助バーナ
９ オフガスバーナ
６、１１ 炎孔
１２ 第２炎孔部

Claims (1)

1. 改質器に改質反応用の熱を供給する燃料改質用バ−ナに於いて、補助バーナとオフガスバーナとを一体構造とし、前記補助バーナの第１炎孔部を擂り鉢状に構成し、その傾斜面の周方向には上下複数段で複数の炎孔を形成すると共に、この傾斜面のほぼ延長線上の傾斜面にオフガスバーナの第２炎孔部を形成した事を特徴とする燃料改質用バーナ。

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