JP4340873B2 - Combustion device - Google Patents

Combustion device Download PDF

Info

Publication number
JP4340873B2
JP4340873B2 JP2004000833A JP2004000833A JP4340873B2 JP 4340873 B2 JP4340873 B2 JP 4340873B2 JP 2004000833 A JP2004000833 A JP 2004000833A JP 2004000833 A JP2004000833 A JP 2004000833A JP 4340873 B2 JP4340873 B2 JP 4340873B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
combustion
gas
air
flame
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004000833A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005195214A (en
Inventor
量 森本
雅也 吉村
武志 若田
英雄 植田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Noritz Corp
Original Assignee
Noritz Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Noritz Corp filed Critical Noritz Corp
Priority to JP2004000833A priority Critical patent/JP4340873B2/en
Publication of JP2005195214A publication Critical patent/JP2005195214A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4340873B2 publication Critical patent/JP4340873B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Gas Burners (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)

Description

本発明は、都市ガス(例えば13Aガス)やLPG等のウォッベ指数(WI:Wobbe Index)の高いガス(以下、本明細書において「高WIガス」という)と、燃料電池に供給される改質ガス(プロセスガス)や燃料電池による発電の際に未利用として残る水素を主成分とするガス(オフガス)等のウォッベ指数の低い水素含有ガス(以下、本明細書において「低WIガス」という)との双方を燃焼させる燃焼装置に関し、特に2種類のガスを燃焼させる上での不都合を回避しつつNOx排出量の低減化を図るための技術に係る。   The present invention relates to a gas having a high Wobbe Index (WI) such as city gas (for example, 13A gas) or LPG (hereinafter referred to as “high WI gas” in this specification) and reforming supplied to a fuel cell. A hydrogen-containing gas having a low Wobbe index (hereinafter referred to as “low WI gas” in this specification), such as a gas (process gas) or a hydrogen-based gas (off-gas) that remains unused when power is generated by a fuel cell. In particular, the present invention relates to a technique for reducing NOx emissions while avoiding the disadvantages of burning two kinds of gases.

従来、燃焼装置として、高WIガスと、低WIガスとを予め混合した上で燃焼空間に噴出させて燃焼させるという予混合方式に構成したものが知られている(例えば特許文献1参照)。すなわち、まず高WIガスと空気とを予混合し、これにさらに低WIガスとして燃料電池のオフガスを混合して予混合ガスにした上で、炎孔から噴出させて燃焼させるようにしている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a combustion apparatus configured in a premixing system in which high WI gas and low WI gas are mixed in advance and then jetted into a combustion space and burned is known (see, for example, Patent Document 1). That is, first, a high WI gas and air are premixed, and further, off-gas of the fuel cell is mixed as a low WI gas to form a premixed gas, which is then ejected from a flame hole and burned.

特開2002−213710号公報JP 2002-213710 A

ところが、上記の特許文献1に開示された予混合方式では、水素を多く含む低WIガスを空気と予混合させて燃焼させることになり、このようにするとその燃焼速度が極めて高くなり、逆火が発生し易いという不都合が生じることになる。   However, in the premixing system disclosed in Patent Document 1, the low WI gas containing a large amount of hydrogen is premixed with air and burned. In this way, the combustion speed becomes extremely high, and the flashback Inconvenience is likely to occur.

そこで、本出願人は、特願2002−189126にて、高WIガスと、低WIガスとを燃焼空間に対し別々にかつ燃焼空間の互いに異なる部位に供給する構成の燃焼装置を提案した。   In view of this, the present applicant has proposed in Japanese Patent Application No. 2002-189126 a combustion apparatus configured to supply high WI gas and low WI gas separately to the combustion space and to different portions of the combustion space.

しかしながら、かかる提案の燃焼装置では、上記の2種類のガスの安定燃焼は図り得るものの、発生するNOx濃度がかなり高くなるという不都合を生じる可能性が見出されるに至った。すなわち、低WIガスである燃料電池のオフガス(以下、単に「オフガス」という)を空気と予混合状態にした高WIガスが燃焼される炎孔位置よりも上流側位置から燃焼空間に対し噴出させるようにしているため、高WIガスの燃焼雰囲気中にオフガスが導入されることになり、燃焼温度が高WIガスだけを空気と共に燃焼させる場合よりも高温になってしまい、この結果、NOx濃度が高くなると考えられる。   However, although the proposed combustion apparatus can achieve stable combustion of the above two types of gases, it has been found that there is a possibility that the concentration of generated NOx becomes considerably high. That is, the fuel cell off-gas (hereinafter simply referred to as “off-gas”), which is a low WI gas, is ejected from the position upstream of the flame hole position where the high WI gas preliminarily mixed with air is burned into the combustion space. As a result, the off-gas is introduced into the combustion atmosphere of the high WI gas, and the combustion temperature becomes higher than when only the high WI gas is combusted with air. As a result, the NOx concentration is increased. It is thought to be higher.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高WIガスと、低WIガスとの双方を燃焼させる際の不都合発生を回避しつつも、NOx排出量を低減化させ得る燃焼装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances. The object of the present invention is to eliminate NOx emissions while avoiding inconveniences when both high WI gas and low WI gas are burned. An object of the present invention is to provide a combustion apparatus capable of reducing the amount.

上記目的を達成するために、請求項に係る発明では、燃料ガス供給系から供給される燃料ガスを高ウォッベ指数を有する第1ガスとし、燃料電池において発生する水素含有ガスを低ウォッベ指数を有する第2ガスとして、これら第1ガス及び第2ガスの双方を燃焼空間において燃焼させる燃焼装置を対象にして次の特定事項を備えることとした。すなわち、上記燃焼空間の上下流方向に対し互いに連通する上流側の一次燃焼室と、下流側の二次燃焼室とを備え、空気濃度が理論燃焼空気量よりも低く第1ガス濃度の高い過濃混合気が供給されて不完全燃焼火炎である一次火炎を上記一次燃焼室に形成する炎孔面と、上記炎孔面に形成される一次火炎よりも下流側位置であって上記二次燃焼室において、上記一次火炎から発生する燃焼ガスに二次空気を吹き出させる空気噴出部と、上記空気噴出部よりも下流側位置に開口し、上記空気噴出部からの二次空気の吹き出しにより上記燃焼ガスに含まれる未燃成分が二次燃焼される上記二次燃焼室に向けて上記第2ガスを吐出させる第2ガス吐出部とを備え、上記二次燃焼室において、上記未燃成分が二次燃焼されると同時に、上記第2ガス吐出部から吐出される第2ガスが拡散燃焼されて二次火炎が形成される構成とした。ここで、上記の「燃料ガス」とは、燃料ガス供給系から供給される都市ガス又はLPG等の通常の燃焼装置において燃焼対象とされる高WIガスである燃料ガスのことであり、上記の「水素含有ガス」とは燃料電池に供給される水素を主成分とするプロセスガス及び/又は燃料電池による発電の際に未利用として残ってアノード極から排出されることになる水素を主成分とするオフガス等の低WIガスである水素含有ガスのことである。 In order to achieve the above object, in the invention according to claim 1 , the fuel gas supplied from the fuel gas supply system is the first gas having a high Wobbe index, and the hydrogen-containing gas generated in the fuel cell is a low Wobbe index. As the second gas, the following specific matters are provided for a combustion apparatus that burns both the first gas and the second gas in the combustion space. Sunawa Chi, primary combustion chamber, and a secondary combustion chamber on the downstream side, the first gas concentration lower than the theoretical combustion air amount is air concentration on the upstream side which communicates with each other with respect to the vertical flow direction of the combustion space a burner ports face a primary flame is formed in the primary combustion chamber above high over-rich mixture is incomplete combustion flame is supplied with said a downstream position than the primary flame formed in the fire hole surface In the secondary combustion chamber, an air ejection part for blowing secondary air to the combustion gas generated from the primary flame, and an opening at a position downstream of the air ejection part, and blowing out secondary air from the air ejection part in the unburned components contained in the combustion gas Ru are secondary combustion toward the two-Tsugi燃 combustion chamber e Bei a second gas discharging part that discharges said second gas, said secondary combustion chamber by, At the same time as the unburned component is subjected to secondary combustion, the second gas discharge Second gas discharged from the section has a configuration in which the secondary flame is diffused combustion is formed. Here, the above-mentioned “fuel gas” is a city gas supplied from a fuel gas supply system or a fuel gas which is a high WI gas to be combusted in a normal combustion apparatus such as LPG. “Hydrogen-containing gas” is a process gas mainly comprising hydrogen supplied to the fuel cell and / or hydrogen that remains unused and is discharged from the anode electrode during power generation by the fuel cell. It is a hydrogen-containing gas that is a low WI gas such as off-gas.

以上の請求項1に係る発明の場合、炎孔面において第1ガスと空気との過濃混合気が不完全燃焼状態で燃焼されるため、この炎孔面に形成される一次火炎から未燃成分を多く含む燃焼ガスが燃焼空間の下流側に流れることになる。そして、この下流側に流れた燃焼ガスが上記空気噴出部からの二次空気の吹き出しを受けて、その燃焼ガスに含まれる未燃成分が二次燃焼されることになる。この際、その二次燃焼域に対し上記第2ガス吐出部から第2ガスが吐出されて、上記未燃成分と共に二次燃焼されることになる。つまり、第1ガスが第1段階目で予混合燃焼ではあるものの過濃混合気とすることで不完全燃焼される一方、第2ガスが第2段階目で第1ガスの未燃成分及び二次空気と共に拡散燃焼により逆火を生じることなく燃焼されることになる。以上により、燃焼空間の上流側で第1ガスをその燃焼温度があまり高くならない範囲で一次燃焼させ、燃焼空間の下流側で上記未燃成分と共に第2ガスを完全燃焼させることが可能になり、これにより、NOx排出量の低減化が図られる。より詳細には、高ウォッベ指数を有する第1ガスを過濃混合気の状態で一次燃焼室内において一次燃焼させることができ、つまり第2ガスとは混合させずに燃焼温度が過度に高温になることを回避した低NOx排出状態で一次燃焼させることができ、そして、未燃焼の未燃成分を空気噴出部からの二次空気によって二次燃焼室内において第2ガスと共に二次燃焼させて完全燃焼させることができ、これにより、NOx排出量の低減化を図ることができ、しかも、その二次燃焼の際に、予混合させずに第2ガス吐出部に供給して吐出させた第2ガスを拡散燃焼により同時に燃焼させることができ、第2ガスが水素を多量に含む低ウォッベ指数を有するガスであっても逆火の発生等の不都合を生じさせることはない。 For the invention according to claim 1 above, for rich mixture of the first gas and air is burned in incomplete combustion state in the burner ports face, unburned from the primary flame is formed on the burner port surface Combustion gas containing a lot of components flows downstream of the combustion space. And the combustion gas which flowed to this downstream receives the blow-off of the secondary air from the said air ejection part, and the unburned component contained in the combustion gas is subjected to secondary combustion. At this time, the second gas is discharged from the second gas discharge portion to the secondary combustion region, and the secondary combustion is performed together with the unburned components. That is, although the first gas is premixed combustion in the first stage, it is incompletely combusted by making it a rich mixture, while the second gas is in the second stage and the unburned components of the first gas and two It is burned without causing backfire by diffusion combustion with the secondary air. As described above, the first gas can be primarily burned in the range where the combustion temperature does not become so high on the upstream side of the combustion space, and the second gas can be completely burned together with the unburned components on the downstream side of the combustion space. Thus, reduction of NOx emissions Ru achieved. More specifically, the first gas having a high Wobbe index can be primarily burned in the primary combustion chamber in a rich mixture state, that is, the combustion temperature becomes excessively high without being mixed with the second gas. The primary combustion can be performed in a low NOx emission state that avoids this, and the unburned unburned components are secondarily burned together with the second gas in the secondary combustion chamber by the secondary air from the air ejection section, and are completely burned. Thereby, the NOx emission amount can be reduced, and the second gas supplied and discharged to the second gas discharge section without premixing at the time of the secondary combustion. Can be burned simultaneously by diffusion combustion, and even if the second gas is a gas having a low Wobbe index containing a large amount of hydrogen, there is no inconvenience such as the occurrence of flashback.

なお、「空気濃度が理論燃焼空気量よりも低く第1ガス濃度の高い過濃混合気」とは、空気過剰率が1.0未満であることであり、完全燃焼に必要な理論燃焼空気量よりも不足した空気量を含む過濃混合気であり、可燃である限り、空気量がゼロ、つまり空気を全く含まない第1ガスそのものとしてもよい。好ましくは空気過剰率が0.5付近で少なくとも可燃限界以上の予混合気とする。   The “rich mixture with an air concentration lower than the theoretical combustion air amount and a high first gas concentration” means that the excess air ratio is less than 1.0, and the theoretical combustion air amount necessary for complete combustion. As long as it is a rich air-fuel mixture containing an insufficient amount of air and is combustible, the amount of air may be zero, that is, the first gas itself containing no air may be used. Preferably, a premixed gas having an excess air ratio of around 0.5 and at least a flammable limit is used.

上記の請求項1の燃焼装置においては、以下の種々の特定事項を選択的に追加することで、上記の燃焼装置をより具体的に特定して各発明の作用をより具体的に得たり、新たな作用を得たりすることが可能になる。 In the combustion apparatus according to the first aspect, by selectively adding the following various specific items, the combustion apparatus can be more specifically specified to obtain the action of each invention more specifically. It becomes possible to obtain a new action.

すなわち、第1として、上記炎孔面を燃焼空間内の外側寄りの位置に配設し、上記空気噴出部をその炎孔面よりも内側寄りの位置に配設し、第2ガス吐出部を上記空気噴出部よりも下流側位置に開口するように配設する(請求項)。この場合、外側寄りの位置の炎孔面に形成される一次火炎から燃焼ガスが下流側に流れ、この燃焼ガスに対し内側寄りの位置の空気噴出部から二次空気が吹き出されて二次燃焼が下流側に向けて生じ、この二次燃焼火炎内に第2ガスが吐出されて燃焼されることになる。この構成に対しては、上記炎孔面よりも下流側位置から燃焼空間に向けてその炎孔面に相対向するように張り出されて上記一次火炎からの燃焼ガスの流れを上記空気噴出部側に誘導する誘導壁を、さらに備えるようにすることができる(請求項)。このようにすることにより、一次火炎から生じる燃焼ガスが誘導壁により空気噴出部に向けて誘導されるため、燃焼ガスの全てに対し二次空気を吹き出させて両者の混合が促進される。これにより、未燃成分が二次燃焼されずに排出されるおそれを回避して第2ガスと共に未燃成分の全てを完全燃焼させることがより確実に実現させることが可能となって、NOx排出量の低減化をより確実に実現させ得ることになる。 That is, firstly, the flame hole surface is disposed at a position closer to the outside in the combustion space, the air ejection part is disposed at a position closer to the inner side than the flame hole surface, and the second gas discharge part is provided. It arrange | positions so that it may open to a downstream position rather than the said air ejection part (Claim 2 ). In this case, the combustion gas flows downstream from the primary flame formed on the flame hole surface on the outer side, and the secondary air is blown out from the air ejection portion on the inner side with respect to this combustion gas, and the secondary combustion Is generated toward the downstream side, and the second gas is discharged into the secondary combustion flame and burned. With respect to this configuration, the air jetting unit flows the combustion gas flow from the primary flame so as to face the flame hole surface from the position downstream of the flame hole surface toward the combustion space. A guide wall that guides to the side may be further provided (claim 3 ). By doing in this way, since the combustion gas which arises from a primary flame is induced | guided | derived toward an air ejection part by an induction | guidance | derivation wall, secondary air is blown out with respect to all the combustion gases, and mixing of both is accelerated | stimulated. As a result, it is possible to more surely realize the complete combustion of all the unburned components together with the second gas by avoiding the possibility that the unburned components are discharged without being subjected to secondary combustion, and NOx emission The amount can be reduced more reliably.

第2として、上記第2ガス吐出部からの第2ガスが上記燃焼空間の上下流方向に対し交差する方向に吐出されるようにその開口の向きを設定する(請求項)。この場合には、空気噴出部からの二次空気の吹き出しにより下流側に向けて生じる二次燃焼の火炎に対し交差する方向から第2ガスが吐出されることになり、第2ガスの完全燃焼化をより確実に実現させ得ることになる。 A second, second gas from the second gas discharging part to set the orientation of the opening to be discharged in a direction intersecting with respect to the vertical flow direction of the combustion space (Claim 4). In this case, the second gas is discharged from the direction intersecting the flame of the secondary combustion generated toward the downstream side by blowing out the secondary air from the air ejection portion, and the second gas is completely combusted. Can be realized more reliably.

第3として、上記燃焼空間を区画形成する区画壁から燃焼空間内に突出するように配設された点火手段と、この点火手段を冷却する冷却手段とをさらに備え、上記冷却手段として、冷却用空気を上記点火手段の上記区画壁寄りに位置する基部に向けて吹き出させる構成とする(請求項)。この場合、冷却用の空気を燃焼空間側に向けてではなくて区画壁寄りに位置する基部に向けて吹き出させているため、燃焼空間側に形成される二次燃焼等の火炎が乱されることを回避しつつ、点火手段が火炎に炙られて過度に温度上昇することを回避してその熱的耐久性を確保し得ることになる。 Thirdly, it further includes ignition means disposed so as to protrude into the combustion space from a partition wall that defines the combustion space, and cooling means for cooling the ignition means, and the cooling means is used for cooling. air and configured to blown towards the base located on the partition wall side of the said ignition means (claim 5). In this case, since the cooling air is blown out toward the base located near the partition wall rather than toward the combustion space, a flame such as secondary combustion formed on the combustion space is disturbed. While avoiding this, it is possible to avoid the temperature of the ignition means from being excessively increased by being burned by the flame and to ensure its thermal durability.

第4として、上記燃焼空間を区画形成する区画壁から燃焼空間内に突出するように配設された炎検知手段と、この炎検知手段を冷却する冷却手段とをさらに備え、上記冷却手段として、冷却用空気を上記炎検知手段の上記区画壁寄りに位置する基部に向けて吹き出させる構成とする(請求項)。この場合においても、冷却用の空気を燃焼空間側に向けてではなくて区画壁寄りに位置する基部に向けて吹き出させているため、燃焼空間側に形成される二次燃焼等の火炎が乱されることを回避してその燃焼状態を保持しつつ、炎検知手段が火炎に炙られて過度に温度上昇することを回避してその熱的耐久性を確保し得ることになる。 Fourth, it further comprises a flame detection means arranged to project into the combustion space from the partition wall that defines the combustion space, and a cooling means for cooling the flame detection means. The cooling air is blown out toward the base located near the partition wall of the flame detection means (claim 6 ). Even in this case, the cooling air is blown not toward the combustion space but toward the base located near the partition wall, so that a flame such as secondary combustion formed on the combustion space is disturbed. This prevents the flame detection means from being burned by the flame and excessively rises in temperature while avoiding being burned, and can ensure its thermal durability.

ここで、上記の第3又は第4の特定事項において、さらに、上記冷却手段を、冷却用空気が区画壁内面位置から区画壁の内周面に沿って吹き出される構成(請求項)を追加するようにしてもよい。このようにすることにより、吹き出された空気が燃焼空間の外周囲である区画壁の内周面に沿って流れて旋回空気流が形成されることになり、この旋回空気流により形成される内周面に沿った旋回空気層によって、点火手段又は炎検知手段の冷却に加え、区画壁の壁面を二次燃焼等の火炎から防御して過度に温度上昇してしまうことが回避されることになる。しかも、燃焼空間側に向けて冷却用空気を吹き出すという従来採用されている冷却手段の場合と異なり、旋回空気層を形成するだけという少ない空気量で済むため、燃焼に寄与しない空気の吹き込み量の低減化も図り得る。 Here, in the third or fourth specific matter described above, the cooling means further includes a configuration in which cooling air is blown from the position of the partition wall inner surface along the inner peripheral surface of the partition wall (Claim 7 ). You may make it add. By doing so, the blown air flows along the inner peripheral surface of the partition wall that is the outer periphery of the combustion space to form a swirling air flow. In addition to cooling of the ignition means or flame detection means, the swirling air layer along the circumferential surface prevents the temperature of the partition wall from excessively rising by protecting the wall surface of the partition wall from flames such as secondary combustion. Become. Moreover, unlike the conventional cooling means that blows cooling air toward the combustion space, a small amount of air that only forms a swirling air layer is required, so the amount of air blown that does not contribute to combustion is reduced. Reduction can also be achieved.

以上、説明したように、請求項1〜請求項のいずれかの燃焼装置によれば、第1ガスを第1段階目で予混合燃焼ではあるものの過濃混合気とすることで不完全燃焼させ、第2段階目で第1ガスの未燃成分及び二次空気と共に第2ガスを拡散燃焼により逆火を生じることなく燃焼させることができる。これにより、燃焼空間の上流側で第1ガスをその燃焼温度があまり高くならない範囲で一次燃焼させ、燃焼空間の下流側で上記未燃成分と共に第2ガスを完全燃焼させることができ、第1ガス及び第2ガスを共に完全燃焼させつつ、NOx排出量の低減化を図ることができる。より詳細には、高ウォッベ指数を有する第1ガスを過濃混合気の状態で一次燃焼室内において一次燃焼させることができ、つまり第2ガスとは混合させずに燃焼温度が過度に高温になることを回避した低NOx排出状態で一次燃焼させることができ、そして、未燃焼の未燃成分を空気噴出部からの二次空気によって二次燃焼室内において第2ガスと共に二次燃焼させて完全燃焼させることができ、これにより、NOx排出量の低減化を図ることができ、しかも、その二次燃焼の際に、予混合させずに第2ガス吐出部に供給して吐出させた第2ガスを拡散燃焼により同時に燃焼させることができ、第2ガスが水素を多量に含む低ウォッベ指数を有するガスであっても逆火の発生等の不都合を生じさせることはない。 As described above, according to any one of claims 1 to 7 , the first gas is premixed combustion in the first stage, but is incompletely combusted by using a rich mixture. In the second stage, the second gas can be combusted together with the unburned component of the first gas and the secondary air without causing backfire by diffusion combustion. As a result, the first gas can be primarily burned in the range where the combustion temperature does not become too high on the upstream side of the combustion space, and the second gas can be completely burned together with the unburned components on the downstream side of the combustion space. while both complete combustion of gas and a second gas, Ru can achieve a reduction in NOx emissions. More specifically, the first gas having a high Wobbe index can be primarily burned in the primary combustion chamber in a rich mixture state, that is, the combustion temperature becomes excessively high without being mixed with the second gas. The primary combustion can be performed in a low NOx emission state that avoids this, and the unburned unburned components are secondarily burned together with the second gas in the secondary combustion chamber by the secondary air from the air ejection section, and are completely burned. Thereby, the NOx emission amount can be reduced, and the second gas supplied and discharged to the second gas discharge section without premixing at the time of the secondary combustion. Can be burned simultaneously by diffusion combustion, and even if the second gas is a gas having a low Wobbe index containing a large amount of hydrogen, there is no inconvenience such as the occurrence of flashback.

特に、請求項によれば、炎孔面と、空気噴出部と、第2ガス吐出部との相互の位置関係をより具体的に特定することができ、第1ガスと第2ガスとの双方を完全燃焼させて低NOx排出量とし得る燃焼装置をより具体的に提供することができる。この場合、請求項によれば、一次火炎から生じる燃焼ガスが誘導壁により空気噴出部に向けて誘導されるため、燃焼ガスの全てに対し二次空気を吹き出させて両者の混合促進を図ることができ、未燃成分が二次燃焼されずに排出されるおそれを回避して第2ガスと共に未燃成分の全てを完全燃焼させることができる。これにより、NOx排出量の低減化をより確実に実現させることができるようになる。 In particular, according to claim 2 , it is possible to more specifically identify the mutual positional relationship between the flame hole surface, the air ejection portion, and the second gas discharge portion, and the first gas and the second gas It is possible to provide more specifically a combustion apparatus capable of completely burning both to achieve a low NOx emission amount. In this case, according to the third aspect , since the combustion gas generated from the primary flame is guided toward the air blowing portion by the guide wall, the secondary air is blown out to all of the combustion gas to promote the mixing of both. It is possible to completely burn all of the unburned components together with the second gas while avoiding the risk that the unburned components are discharged without secondary combustion. As a result, the reduction of the NOx emission amount can be realized more reliably.

請求項によれば、第2ガスを燃焼空間の上下流方向に対し交差する方向に吐出させているため、第2ガスの完全燃焼化をより確実に実現させることができる。 According to the fourth aspect , since the second gas is discharged in a direction intersecting the upstream and downstream directions of the combustion space, complete combustion of the second gas can be realized more reliably.

請求項によれば、冷却手段から吹き出される冷却用空気によって、燃焼空間側に形成される二次燃焼等の火炎を乱すことなく、点火手段を冷却することができ、その熱的耐久性を確保することができる。 According to claim 5 , the cooling means blown out from the cooling means can cool the ignition means without disturbing the flame such as secondary combustion formed on the combustion space side, and its thermal durability. Can be secured.

請求項によれば、冷却手段から吹き出される冷却用空気によって、燃焼空間側に形成される二次燃焼等の火炎を乱すことなく、炎検知手段を冷却することができ、その熱的耐久性を確保することができる。 According to the sixth aspect , the flame detection means can be cooled by the cooling air blown out from the cooling means without disturbing the flame such as secondary combustion formed on the combustion space side, and its thermal durability. Sex can be secured.

請求項によれば、冷却手段から吹き出される冷却用空気により燃焼空間の外周囲である区画壁の内周面に沿って旋回空気層を形成することができ、この旋回空気層によって、請求項の点火手段又は請求項の炎検知手段の冷却に加え、区画壁の壁面を二次燃焼等の火炎から防御してその区画壁の過度の温度上昇を確実に回避することができる。しかも、燃焼空間側に向けて冷却用空気を吹き出すという従来採用されている冷却手段の場合と異なり、燃焼に寄与しない空気の吹き込み量の低減化も図ることができる。 According to the seventh aspect, the swirling air layer can be formed along the inner peripheral surface of the partition wall that is the outer periphery of the combustion space by the cooling air blown out from the cooling means. In addition to the cooling of the ignition means of Item 5 or the flame detection means of Claim 6 , the wall surface of the partition wall can be protected from flames such as secondary combustion, and an excessive temperature rise of the partition wall can be reliably avoided. In addition, unlike the conventionally employed cooling means in which cooling air is blown out toward the combustion space, it is possible to reduce the amount of air blown that does not contribute to combustion.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<第1実施形態>
図1は、本発明の実施形態に係る燃焼装置を原理的に示したものである。同図において、符号2が燃焼空間であり、この燃焼空間2に臨んで外側寄りの位置に炎孔面3が配設され、この炎孔面3よりも内側寄りの位置に空気噴出部4及び第2ガス吐出部5が上記燃焼空間2の下流側(同図の上側)に向けて所定量突出するよう配設されている。そして、上記炎孔面3に相対向する位置に誘導壁6が張り出すように配設されている。上記の「外側寄りの位置」及び「内側寄りの位置」とは、燃焼装置が円筒型であればその内周側である中心側位置に空気噴出部4及び第2ガス吐出部5が配設され、これを取り囲むように外周側位置に炎孔面3が配設されるということであり、燃焼装置が平面視矩形の角筒型であればその幅方向中央位置に空気噴出部4及び第2ガス吐出部5が配設され、これを挟んで両外側位置にそれぞれ炎孔面3が配設されるということである。以下、燃焼装置が円筒型に構成されている場合について説明し、燃焼空間2の上流側が図1の下側、下流側が同図の上側であるとして説明する。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows in principle a combustion apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 2 denotes a combustion space. A flame hole surface 3 is disposed at a position closer to the outer side facing the combustion space 2, and the air ejection portion 4 and the air injection part 4 are positioned at a position closer to the inner side than the flame hole surface 3. The second gas discharge part 5 is disposed so as to protrude a predetermined amount toward the downstream side (upper side in the figure) of the combustion space 2. And the guide wall 6 is arrange | positioned in the position which opposes the said flame hole surface 3 so that it may protrude. The above "outside position" and "inside position" mean that if the combustion apparatus is cylindrical, the air ejection part 4 and the second gas discharge part 5 are arranged at the center side position that is the inner circumference side thereof. In other words, the flame hole surface 3 is disposed on the outer peripheral side so as to surround this, and if the combustion device is a rectangular tube having a rectangular shape in plan view, the air ejection part 4 and the That is, the two gas discharge portions 5 are disposed, and the flame hole surfaces 3 are disposed at both outer positions with the gas discharge portions 5 interposed therebetween. Hereinafter, the case where the combustion apparatus is configured in a cylindrical shape will be described, and the upstream side of the combustion space 2 will be described as the lower side in FIG. 1 and the downstream side as the upper side in FIG.

上記の燃焼空間2は円筒状の区画壁21により区画され、上端側(下流端側)には図示省略の加熱対象が配設される。上記空気噴出部4及び第2ガス吐出部5は、上流側から空気が供給される大径筒41と、この大径筒41内を貫通するよう配設され上流側から第2ガスとして水素を含む低WIガスが供給される小径筒51とから内外二重管により形成されている。すなわち、上記空気噴出部4は上記大径筒41の先端面(上端面)から上側に向けて開口する複数の噴出口42,42,…により構成され、上記第2ガス吐出部5は上記大径筒41よりも上側に所定量突出するように配設された小径筒51の先端部の外周面から外周側に向けて開口する複数の吐出口52,52,…により構成されている。つまり、上記空気噴出部4の各噴出口42は燃焼空間2の下流側に向けて二次空気を吹き出すように開口される一方、上記第2ガス吐出部5の各吐出口52はその燃焼空間2の上下流方向に直交する側に向けて第2ガスを吐出するように開口され、二次空気と第2ガスとの互いの流れの向きが交差するようになっている。又、上記空気噴出部4は炎孔面3に形成される後述の一次火炎32の先端よりも下流側に位置付けられている。   The combustion space 2 is partitioned by a cylindrical partition wall 21, and a heating target (not shown) is disposed on the upper end side (downstream end side). The air ejection part 4 and the second gas discharge part 5 are provided with a large-diameter cylinder 41 to which air is supplied from the upstream side, and is arranged so as to penetrate through the inside of the large-diameter cylinder 41. Hydrogen is supplied as the second gas from the upstream side. It is formed by an inner and outer double pipe from a small diameter cylinder 51 to which a low WI gas is supplied. That is, the air ejection part 4 is composed of a plurality of ejection openings 42, 42,... That open upward from the front end surface (upper end surface) of the large-diameter cylinder 41, and the second gas discharge part 5 It is composed of a plurality of discharge ports 52, 52,... That open from the outer peripheral surface of the distal end portion of the small-diameter cylinder 51 disposed so as to protrude a predetermined amount above the diameter cylinder 41 toward the outer periphery. That is, each outlet 42 of the air ejection part 4 is opened to blow secondary air toward the downstream side of the combustion space 2, while each outlet 52 of the second gas discharge part 5 is in the combustion space. 2 is opened so as to discharge the second gas toward the side perpendicular to the upstream / downstream direction, and the flow directions of the secondary air and the second gas intersect each other. The air ejection part 4 is positioned on the downstream side of the front end of a primary flame 32 described later formed on the flame hole surface 3.

上記の第2ガスとしては、例えば燃料電池システムのアノード極から排出されるオフガスが挙げられる。又、このようなオフガスに加えて、あるいは、オフガスの代わりに燃料電池に供給されるプロセスガスの一部を用いるようにしてもよい。   Examples of the second gas include off-gas discharged from the anode electrode of the fuel cell system. In addition to such off-gas or in place of off-gas, a part of the process gas supplied to the fuel cell may be used.

上記誘導壁6は燃焼空間2の上下流方向に対し上記空気噴出部4とほぼ同じ位置の区画壁21内周面から内周側に突出する内周フランジ状に形成され、この誘導壁6の先端縁と、空気噴出部4の大径筒41との間に狭窄部22が形成されるようになっている。この誘導壁6によって燃焼空間2が上記狭窄部22を通して互いに連通する一次燃焼室23と、二次燃焼域である二次燃焼室24とに区画されることになる。つまり、上記一次燃焼室23は、上記誘導壁6と、これに相対向する炎孔面3と、大径筒41の外周面と、区画壁21の内周面とによって、略区画されることになる。   The guide wall 6 is formed in the shape of an inner peripheral flange that protrudes from the inner peripheral surface of the partition wall 21 at substantially the same position as the air ejection portion 4 in the upstream and downstream direction of the combustion space 2. A narrowed portion 22 is formed between the leading edge and the large diameter cylinder 41 of the air ejection portion 4. The induction wall 6 divides the combustion space 2 into a primary combustion chamber 23 that communicates with each other through the narrowed portion 22 and a secondary combustion chamber 24 that is a secondary combustion region. That is, the primary combustion chamber 23 is substantially partitioned by the guide wall 6, the flame hole surface 3 opposed to the guide wall 6, the outer peripheral surface of the large diameter tube 41, and the inner peripheral surface of the partition wall 21. become.

そして、上記炎孔面3には図示省略の燃料ガス供給系から供給された第1ガスとして高WIガスである燃料ガス(例えば都市ガス13A)と空気とが予混合されて所定の過濃混合気とされたものが供給されて、この過濃混合気による一次燃焼により各炎孔31には不完全燃焼火炎である一次火炎32,32,…が一次燃焼室23に形成されるようになっている。上記の所定の過濃混合気としては、空気過剰率が1.0(100%)未満、好ましくは空気過剰率が0.5近傍でかつ可燃限界以上に設定された燃料ガス濃度の高い過濃混合気が供給されるようになっており、上記一次火炎32から未燃成分を多く含む燃焼ガスが発生する。そして、この燃焼ガスは誘導壁6に誘導されて狭窄部22を通過して空気噴出部4側に流れ、流れてきた燃焼ガスに対し空気噴出部4の各噴出口42から二次空気が吹き出される。この二次空気を受けて燃焼ガス中の未燃成分が燃焼(二次燃焼)されると同時に、第2ガス吐出部5の各吐出口52から吐出され第2ガスが上記二次空気により拡散燃焼されて二次燃焼室24において二次火炎45が形成されることになる。なお、上記炎孔面3に対し上記の過濃混合気に代えて空気を予混合しない燃料ガスそのものを供給して一次燃焼させるようにしてもよい。この場合にも燃焼ガス中の未燃成分が増加するだけで本実施形態での二段燃焼を適用することができる。   The flame surface 3 is premixed with a fuel gas (for example, city gas 13A), which is a high WI gas, as a first gas supplied from a fuel gas supply system (not shown) and a predetermined over-rich mixture. .. Are supplied, and primary flames 32, 32,..., Which are incomplete combustion flames, are formed in the primary combustion chamber 23 in each flame hole 31 by the primary combustion by the rich mixture. ing. As the above-mentioned predetermined rich mixture, the excess air ratio is less than 1.0 (100%), preferably the excess air concentration is high near the flammability limit and the excess air ratio is set to be close to 0.5. An air-fuel mixture is supplied, and combustion gas containing a large amount of unburned components is generated from the primary flame 32. The combustion gas is guided by the guide wall 6 and passes through the narrowed portion 22 to flow toward the air ejection portion 4, and secondary air blows out from each ejection port 42 of the air ejection portion 4 to the flowing combustion gas. Is done. Upon receiving this secondary air, unburned components in the combustion gas are combusted (secondary combustion), and at the same time, the second gas discharged from each discharge port 52 of the second gas discharge unit 5 is diffused by the secondary air. By burning, a secondary flame 45 is formed in the secondary combustion chamber 24. In addition, instead of the above rich mixture, the fuel gas itself without premixing air may be supplied to the flame hole surface 3 to cause primary combustion. Also in this case, the two-stage combustion in the present embodiment can be applied only by increasing the unburned components in the combustion gas.

以上の燃焼装置では、一次燃焼室23において高WIガスである第1ガスを過濃混合気の状態で一次燃焼室23内において一次燃焼させることができ、つまり第2ガスとは混合させずに燃焼温度が過度に高温になることを回避した低NOx排出状態で一次燃焼させることができる。そして、未燃焼の未燃成分を空気噴出部4からの二次空気によって二次燃焼室24内において第2ガスと共に二次燃焼させて完全燃焼させることができる。これにより、NOx排出量の低減化を図ることができる。しかも、その二次燃焼の際に、予混合させずに第2ガス吐出部5に供給して吐出させた第2ガスを拡散燃焼により同時に燃焼させることができ、第2ガスが水素を多量に含む低WIガスであっても逆火の発生等の不都合を生じさせることはない。   In the above combustion apparatus, the first gas that is a high WI gas in the primary combustion chamber 23 can be primarily burned in the primary combustion chamber 23 in the state of the rich mixture, that is, without being mixed with the second gas. Primary combustion can be performed in a low NOx emission state that avoids an excessively high combustion temperature. Then, the unburned unburned components can be burnt and burnt completely together with the second gas in the secondary combustion chamber 24 by the secondary air from the air jet section 4. Thereby, reduction of NOx emission amount can be achieved. In addition, during the secondary combustion, the second gas supplied and discharged to the second gas discharge unit 5 without being premixed can be simultaneously burned by diffusion combustion, and the second gas generates a large amount of hydrogen. Even if it contains low WI gas, there will be no inconvenience such as backfire.

又、上記の誘導壁6により炎孔面3の下流側が覆われるようになっているため、一次火炎32,32,…の伸長が抑制され、空気噴出部4に対し燃焼ガスのみを誘導させることができ、空気噴出部4からの二次空気を燃焼ガスのみに対して吹き出させることができる。つまり、上記誘導壁6が空気噴出部4からの二次空気と、炎孔火炎32,32,…との直接の接触を分離・遮断する機能と、一次火炎32,32,…から発生する燃焼ガスの流れを空気噴出部4から吹き出される二次空気に対し交差するように誘導する機能とを発揮する。そして、上記分離・遮断機能により二次空気が一次火炎32,32,…に直接に接触することに起因するNOx増大を回避して低NOx化に寄与し、また、上記誘導機能により燃焼ガスの乱流化を抑制しつつ燃焼ガスと二次空気との混合促進を図ることができる。   Further, since the downstream side of the flame hole surface 3 is covered by the guide wall 6, the extension of the primary flames 32, 32,... Is suppressed, and only the combustion gas is guided to the air ejection part 4. The secondary air from the air ejection part 4 can be blown out only with respect to the combustion gas. That is, the guide wall 6 separates / blocks the direct contact between the secondary air from the air ejection portion 4 and the flame hole flames 32, 32,... And the combustion generated from the primary flames 32, 32,. A function of guiding the flow of gas so as to cross the secondary air blown out from the air blowing portion 4 is exhibited. Further, the separation / blocking function avoids an increase in NOx caused by direct contact of the secondary air with the primary flames 32, 32,..., And contributes to a reduction in NOx. Mixing of combustion gas and secondary air can be promoted while suppressing turbulence.

なお、この第1実施形態において、誘導壁6の直ぐ下流側位置の区画壁21に設けた吹き出し口25,25,…から燃焼空間2(二次燃焼室24)の内周側に向けて若干量の空気を吹き出させることにより、一次火炎32により炙られる誘導壁6自体を冷却することができると同時に、二次火炎45を区画壁21から離隔して区画壁21が過度に高温にならないようにすることができる。   In the first embodiment, the air outlets 25, 25,... Provided in the partition wall 21 immediately downstream of the guide wall 6 are slightly directed toward the inner peripheral side of the combustion space 2 (secondary combustion chamber 24). By blowing out an amount of air, it is possible to cool the guide wall 6 itself burned by the primary flame 32, and at the same time, the secondary flame 45 is separated from the partition wall 21 so that the partition wall 21 does not become excessively hot. Can be.

又、上記第1実施形態の燃焼装置を用いて第1ガスを用いずに第2ガスのみを燃焼させることもできる。すなわち、炎孔面3に対する第1ガスの供給を開閉弁等の開閉手段を閉じることで停止させた状態で、空気噴出部4に対する空気の供給と、第2ガス吐出部5に対する第2ガスの供給とを行い、点火手段7により点火することにより、第2ガスを拡散燃焼させることもできる(図1の符号53の拡散燃焼火炎参照)。   Moreover, only the second gas can be burned without using the first gas by using the combustion apparatus of the first embodiment. That is, in a state where the supply of the first gas to the flame hole surface 3 is stopped by closing the opening / closing means such as the opening / closing valve, the supply of air to the air ejection part 4 and the supply of the second gas to the second gas discharge part 5 are performed. The second gas can be diffused and combusted by supplying and igniting by the igniting means 7 (see the diffusion combustion flame of reference numeral 53 in FIG. 1).

<第2実施形態>
図2は、本発明の燃焼装置を燃料電池システムの改質器に設けられる改質器バーナに適用して具体的に構成した例を示すものである。この第2実施形態の燃焼装置は第1実施形態のそれと二段燃焼の原理自体は同じである。なお、第1実施形態と同等構成の要素には第1実施形態と同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
Second Embodiment
FIG. 2 shows an example in which the combustion apparatus of the present invention is applied specifically to a reformer burner provided in a reformer of a fuel cell system. The combustion apparatus of the second embodiment is the same as that of the first embodiment in the principle of two-stage combustion. In addition, the same code | symbol as 1st Embodiment is attached | subjected to the element equivalent to 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

この第2実施形態ではそれぞれ下側が有底とされた内周側区画壁21aと、外周側区画壁21bとの二重筒状の区画壁とされており、外周側区画壁21bに対し空気供給管81が連通されて、内外周側区画壁21a,21b間の環状空間82と底側空間83とに対し上記空気供給管81からの空気が供給されるようになっている。内周側区画壁21aの底部側が図3にも示すように仕切壁90を有する外周側の旋回混合室91と、この旋回混合室91の内周側の混合気分配室92とに区画され、この混合気分配室92から所定の過濃混合気が炎孔面3に供給されるようになっている。   In the second embodiment, a double cylindrical partition wall having an inner peripheral partition wall 21a and an outer peripheral partition wall 21b each having a bottom is provided, and air is supplied to the outer peripheral partition wall 21b. The pipe 81 is communicated so that air from the air supply pipe 81 is supplied to the annular space 82 and the bottom space 83 between the inner and outer peripheral side partition walls 21a and 21b. As shown in FIG. 3, the bottom side of the inner peripheral side partition wall 21 a is partitioned into a swirl mixing chamber 91 on the outer periphery side having a partition wall 90 and a mixture distribution chamber 92 on the inner peripheral side of the swirl mixing chamber 91. A predetermined rich air-fuel mixture is supplied from the air-fuel mixture distribution chamber 92 to the flame hole surface 3.

上記旋回混合室91は上流側が開口84において第1ガスとしての都市ガスの供給ノズル9が連通接続され、この供給ノズル9から第1ガスが旋回混合室91に供給される際に、第1実施形態で説明したと同様の過濃混合気となるよう所定量の空気が開口84の隙間を通して底側空間83から巻き込まれるようになっている。そして、上記旋回混合室91に供給された第1ガスと空気は周方向に旋回(図3においては反時計方向に1周)しながら予混合され、予混合された過濃混合気が下流側の連通口93(図3参照)から混合気分配室92に入り込み、炎孔面3の各炎孔に分配供給されるようになっている。又、上記底側空間83から大径筒部41に対し空気が内周側の環状隙間85を通して供給されるようになっている。   The swirl mixing chamber 91 is connected to the supply nozzle 9 of the city gas as the first gas through the opening 84 on the upstream side. When the first gas is supplied from the supply nozzle 9 to the swirl mixing chamber 91, the first implementation is performed. A predetermined amount of air is entrained from the bottom side space 83 through the gap of the opening 84 so as to be the same rich mixture as described in the embodiment. The first gas and air supplied to the swirl mixing chamber 91 are premixed while swirling in the circumferential direction (one turn counterclockwise in FIG. 3), and the premixed over-rich mixture is on the downstream side. From the communication port 93 (see FIG. 3), the gas mixture enters the gas mixture distribution chamber 92 and is distributed and supplied to each flame hole of the flame hole surface 3. Further, air is supplied from the bottom side space 83 to the large-diameter cylindrical portion 41 through an annular gap 85 on the inner peripheral side.

上記炎孔面3は、図4に詳細例を示すように一次燃焼室23側に台形形状をなして突出され、空気噴出部4を構成する大径筒41と隙間を隔てて減圧壁33が下流側に立ち上がるように形成されている。そして、上記の台形形状の炎孔面3の頂壁面に一次炎孔として主炎孔31,31,…が形成され、両斜壁面に補助炎孔31a,31aが形成されており、上記各主炎孔31には主炎(一次火炎)32が形成されるようになっている。又、外周側の斜壁面と区画壁21aとで挟まれる減速間隙には補助炎孔31aからの少量の過濃混合気と、区画壁21aの空気口26からの少量の空気とにより補助炎32aが形成され、内周側の斜壁面と減圧壁33とで挟まれる減速間隙には同様に補助炎孔31aからの少量の過濃混合気と、大径筒部41の空気口43からの少量の空気とにより補助炎32aが形成されるようになっている。以上により炎孔面3に形成される一次火炎32の火炎安定性を確保するようにしている。   As shown in a detailed example in FIG. 4, the flame hole surface 3 protrudes in a trapezoidal shape toward the primary combustion chamber 23, and the decompression wall 33 is separated from the large-diameter cylinder 41 constituting the air ejection portion 4 by a gap. It is formed to rise downstream. Are formed as primary flame holes on the top wall of the trapezoidal flame hole surface 3, and auxiliary flame holes 31a, 31a are formed on both oblique wall surfaces. A main flame (primary flame) 32 is formed in the flame hole 31. Further, in the deceleration gap sandwiched between the inclined wall surface on the outer peripheral side and the partition wall 21a, the auxiliary flame 32a is formed by a small amount of the rich mixture from the auxiliary flame hole 31a and a small amount of air from the air port 26 of the partition wall 21a. Is formed in the deceleration gap sandwiched between the inclined wall surface on the inner peripheral side and the decompression wall 33, and a small amount of the rich air-fuel mixture from the auxiliary flame hole 31a and a small amount from the air port 43 of the large-diameter cylindrical portion 41 The auxiliary flame 32a is formed by the air. Thus, the flame stability of the primary flame 32 formed on the flame hole surface 3 is ensured.

また、第2ガス吐出部5は、上流側が燃料電池のアノード極から導出されたオフガスの供給管と接続された第1実施形態と同様の小径筒51と、その先端(上端)に固定された先端部材54とを備えている。そして、上記の先端部材54に貫通された吐出口52,52,…から外周側と、斜め上側とに向けてオフガスを第2ガスとして吐出するようになっている。   Further, the second gas discharge part 5 is fixed to the small-diameter cylinder 51 similar to that of the first embodiment whose upstream side is connected to an off-gas supply pipe led out from the anode electrode of the fuel cell, and the tip (upper end) thereof. And a tip member 54. Then, off-gas is discharged as the second gas from the discharge ports 52, 52,... Penetrating through the tip member 54 toward the outer peripheral side and the diagonally upper side.

以上の第2実施形態においても、一次燃焼室23において第1ガスである高WIの都市ガスを過濃混合気の状態で一次燃焼室23内において一次燃焼させることができ、つまり第2ガスであるオフガスとは混合させずに燃焼温度が過度に高温になることを回避した低NOx排出状態で一次燃焼させることができる。そして、未燃焼の未燃成分を空気噴出部4からの二次空気によって二次燃焼室24内においてオフガスと共に二次燃焼させて完全燃焼させることができる。これにより、NOx排出量の低減化を図ることができる。しかも、その二次燃焼の際に、オフガスを拡散燃焼により同時に燃焼させることができ、オフガスが水素を多量に含む低WIガスであっても逆火の発生等の不都合を生じさせることはない。   Also in the second embodiment described above, the high WI city gas that is the first gas in the primary combustion chamber 23 can be primarily burned in the primary combustion chamber 23 in the state of the rich mixture, that is, with the second gas. Primary combustion can be performed in a low NOx emission state that avoids an excessively high combustion temperature without mixing with a certain off gas. Then, unburned unburned components can be completely burned by secondary combustion together with off-gas in the secondary combustion chamber 24 by the secondary air from the air ejection section 4. Thereby, reduction of NOx emission amount can be achieved. Moreover, during the secondary combustion, the off-gas can be burned simultaneously by diffusion combustion, and even if the off-gas is a low WI gas containing a large amount of hydrogen, there is no inconvenience such as the occurrence of flashback.

なお、炎孔面において火炎安定性を確保するための構成としては、上記の図4の例以外にも種々の構成を採用することができる。例えば、図5(a)に示すように図4における減圧壁33を省略してもよく、又、炎孔面3を図5(b)に示すように台形形状ではなくて四角形状に突出させてもよく、更に、図5(c)に示すように内外両側にそれぞれ減圧壁33を設けるようにしてもよい。   Various configurations other than the example of FIG. 4 described above can be adopted as a configuration for ensuring flame stability on the flame hole surface. For example, the decompression wall 33 in FIG. 4 may be omitted as shown in FIG. 5A, and the flame hole surface 3 is projected in a square shape instead of a trapezoidal shape as shown in FIG. 5B. Further, as shown in FIG. 5C, pressure reducing walls 33 may be provided on both the inner and outer sides.

<第3実施形態>
図6は第3実施形態に係る燃焼装置を示す。この第3実施形態は第2実施形態を基本にしてその点火手段7に対し冷却手段11を設けたものである。
<Third Embodiment>
FIG. 6 shows a combustion apparatus according to the third embodiment. In the third embodiment, a cooling means 11 is provided for the ignition means 7 based on the second embodiment.

すなわち、図7にも示すように点火手段7の近傍位置の内周側区画壁21aに燃焼空間2側に切り起こし部27を設け、その開口28が上記点火手段7の基部71に向いて開口するようにする。そして、内外周の両区画壁21a,21b間の環状隙間82から空気が上記開口28を通して点火手段7の基部71に吹き付けられるようにしている。   That is, as shown in FIG. 7, a cut-and-raised portion 27 is provided on the inner peripheral side partition wall 21 a in the vicinity of the ignition means 7 on the combustion space 2 side, and the opening 28 opens toward the base portion 71 of the ignition means 7. To do. Air is blown from the annular gap 82 between the inner and outer partition walls 21a and 21b to the base 71 of the ignition means 7 through the opening 28.

この第3実施形態の場合には、上記開口28から基部71に吹き付けられた空気は内周側区画壁21aの内周面に沿って旋回するようになり、この旋回空気流によって上記基部71を含んだ旋回空気層が形成されることになる。これにより、冷却のための旋回空気層が二次火炎45(図1参照)を乱すことなく、つまり、二次火炎45の燃焼状態に悪影響を及ぼすことなく、点火手段7の冷却を行うことができるようになる。これにより、点火手段7を構成する点火プラグの保護硝子の熱的耐久性を維持もしくは向上させることができるようになる。さらに、上記旋回空気層の形成によって、点火手段7のみならず、二次火炎45と内周側区画壁21aとの間を遮断して、内周側区画壁21aが過度に高温にならないように冷却することができる。その上に、例えば点火手段7の基部から径方向内方側に向けて空気を吹き付けて冷却を図る場合と比べ、吹き付ける冷却用空気量、つまり燃焼に寄与しない吹き付け空気量を減らすことができることになる。   In the case of this third embodiment, the air blown from the opening 28 to the base 71 swirls along the inner peripheral surface of the inner peripheral partition wall 21a, and the swirling air flow causes the base 71 to move. A swirling air layer is formed. Thereby, the ignition means 7 can be cooled without disturbing the swirling air layer for cooling the secondary flame 45 (see FIG. 1), that is, without adversely affecting the combustion state of the secondary flame 45. become able to. As a result, it is possible to maintain or improve the thermal durability of the protective glass of the spark plug constituting the ignition means 7. Further, by forming the swirling air layer, not only the ignition means 7 but also the secondary flame 45 and the inner peripheral partition wall 21a are blocked so that the inner peripheral partition wall 21a does not become excessively hot. Can be cooled. In addition, for example, compared with the case where cooling is performed by blowing air from the base of the ignition means 7 toward the radially inner side, the amount of cooling air to be blown, that is, the amount of blowing air that does not contribute to combustion can be reduced. Become.

なお、上記の切り起こし部27は図6の如く半円状もしくは楕円状に曲げ起こしたものでも、台形形状もしくは角形状に曲げ起こしたものでも、あるいは、3辺に切断線を入れて内側に切り起こしたものでも、いずれでもよい。   The above-mentioned cut-and-raised portion 27 may be bent or semi-circular or elliptical as shown in FIG. 6, bent or trapezoidal or square-shaped, or may be cut inward on three sides. Either cut or raised may be used.

<第4実施形態>
図8は第4実施形態に係る燃焼装置を示す。この第4実施形態は第2実施形態を基本にして、シース熱電対等により構成される炎検知手段12に対し冷却手段13を設けたものである。
<Fourth embodiment>
FIG. 8 shows a combustion apparatus according to the fourth embodiment. The fourth embodiment is based on the second embodiment, and is provided with a cooling means 13 for the flame detection means 12 constituted by a sheath thermocouple or the like.

すなわち、上記炎検知手段12を二次燃焼室24の下流端側位置(排気口29近傍位置)の区画壁21a,21bを貫通させて中心寄り位置まで突出させる一方、この炎検知手段12の直近の上流側位置に上記冷却手段13によって冷却用の旋回空気層を形成するようにしている。このような旋回空気層を形成させる冷却手段13は、内周側区画壁21aの周方向に設けた旋回羽根により構成され、この旋回羽根の外周側に環状隙間82から供給した空気が旋回羽根を通過する間に二次燃焼室24への吹き出し方向が上記区画壁21aの内周面に沿って旋回する方向に変換されるようにしている。   That is, the flame detection means 12 is projected to the center position through the partition walls 21a and 21b at the downstream end side position (position near the exhaust port 29) of the secondary combustion chamber 24. A cooling air layer for cooling is formed by the cooling means 13 at the upstream side position. The cooling means 13 for forming such a swirling air layer is composed of swirling blades provided in the circumferential direction of the inner peripheral side partition wall 21a, and the air supplied from the annular gap 82 on the outer peripheral side of the swirling blades While passing, the blowing direction to the secondary combustion chamber 24 is converted into a direction of turning along the inner peripheral surface of the partition wall 21a.

この第4実施形態の場合には、上記環状隙間82から冷却手段13の旋回羽根に流入した空気が二次燃焼室24では区画壁21aの内周面に沿った周方向の流れとなって吹き出されることになる。これにより、炎検知手段12の基部121を含んだ領域に旋回空気層が形成され、この旋回空気層により、二次火炎45又はオフガス火炎53(図1参照)を乱すことなく、炎検知手段12の冷却を行うことができるようになる。特に上記オフガス火炎53として、オフガスを大流量で吐出させた大能力火炎53a(図8参照)であっても、小流量で吐出させた小能力火炎53bであっても、いずれでもそれらの燃焼状態に悪影響を与えることなく炎検知手段12の冷却を確実に行うことができ、その熱的耐久性を維持して炎検知を確実に行うことができるようになる。   In the case of the fourth embodiment, the air flowing into the swirl vanes of the cooling means 13 from the annular gap 82 blows out in the secondary combustion chamber 24 as a circumferential flow along the inner peripheral surface of the partition wall 21a. Will be. As a result, a swirling air layer is formed in a region including the base 121 of the flame detecting means 12, and the swirling air layer does not disturb the secondary flame 45 or the off-gas flame 53 (see FIG. 1), and the flame detecting means 12 Can be cooled. In particular, the off-gas flame 53 may be a high-capacity flame 53a (see FIG. 8) in which off-gas is discharged at a large flow rate or a small-capacity flame 53b in which a low flow rate is discharged. It is possible to reliably cool the flame detection means 12 without adversely affecting the flame, and to reliably perform flame detection while maintaining its thermal durability.

<他の実施形態>
図9(a)又は図9(b)に示すように炎孔面14を燃焼空間2a内の中央位置(内側寄りの位置)に配設し、空気噴出部15をその炎孔面14よりも外周側(外側寄りの位置)でかつ燃焼空間2aの下流側(上側)に配設し、第2ガス吐出部16を上記空気噴出部15よりも外周側でさらに下流側位置に配設してもよい。このようにするには、例えば互いに離した内外周方向に三重筒となした区画壁17,18,19により燃焼空間2aを形成するようにすればよい。そして、空気噴出部15から二次空気を吹き出させる噴出口151と、第2ガス吐出部16から第2ガスを吹き出させる吐出口161とを、図9(a)の如く互いに交差するように開口させても、図9(b)の如く同じ内周側に開口させても、いずれでもよい。
<Other embodiments>
As shown in FIG. 9 (a) or 9 (b), the flame hole surface 14 is disposed at a central position (position closer to the inside) in the combustion space 2a, and the air ejection portion 15 is located more than the flame hole surface 14. It is arranged on the outer peripheral side (position closer to the outer side) and downstream (upper side) of the combustion space 2a, and the second gas discharge part 16 is arranged on the outer peripheral side of the air ejection part 15 and further downstream. Also good. In order to do this, for example, the combustion space 2a may be formed by partition walls 17, 18, and 19 that are triple cylinders in the inner and outer circumferential directions separated from each other. Then, an outlet 151 for blowing secondary air from the air blowing portion 15 and an outlet 161 for blowing the second gas from the second gas discharging portion 16 are opened so as to intersect with each other as shown in FIG. Or may be opened to the same inner peripheral side as shown in FIG. 9B.

本発明の第1実施形態の燃焼装置を示す断面説明図である。It is a section explanatory view showing the combustion device of a 1st embodiment of the present invention. 第2実施形態の燃焼装置を示す縦断面説明図である。It is a longitudinal cross-sectional explanatory drawing which shows the combustion apparatus of 2nd Embodiment. 図2のA−A線における断面説明図である。FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view taken along line AA in FIG. 2. 炎孔面の例を示す拡大断面説明図である。It is an expanded sectional explanatory view showing an example of a flame hole surface. 図5(a)、図5(b)、図5(c)は炎孔面の他の構成例を示す断面説明図である。FIG. 5A, FIG. 5B, and FIG. 5C are cross-sectional explanatory views showing other configuration examples of the flame surface. 第3実施形態を示す部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view which shows 3rd Embodiment. 図6のB−B線における拡大断面説明図である。It is an expanded sectional explanatory view in the BB line of FIG. 第4実施形態を示す部分端面図である。It is a fragmentary end view which shows 4th Embodiment. 他の実施形態を示す部分斜視図であり、図9(a)は二次空気と第2ガスとを交差する方向に吹き出させる場合、図9(b)は二次空気と第2ガスとを同じ方向に吹き出させる場合を示す。FIG. 9A is a partial perspective view showing another embodiment, and FIG. 9A shows a case where secondary air and the second gas are blown in a crossing direction. FIG. 9B shows a case where the secondary air and the second gas are blown out. The case where it blows in the same direction is shown.

符号の説明Explanation of symbols

2,2a 燃焼空間
3 炎孔面
4,15 空気噴出部
5,16 第2ガス吐出部
6 誘導壁
7 点火手段
11,13 冷却手段
12 炎検知手段
24 二次燃焼室(二次燃焼域)
71 点火手段の基部
121 炎検知手段の基部
2, 2a Combustion space 3 Flame surface 4, 15 Air ejection part 5, 16 Second gas discharge part 6 Guiding wall 7 Ignition means 11, 13 Cooling means 12 Flame detection means 24 Secondary combustion chamber (secondary combustion zone)
71 Base of ignition means 121 Base of flame detection means

Claims (7)

燃料ガス供給系から供給される燃料ガスを高ウォッベ指数を有する第1ガスとし、燃料電池において発生する水素含有ガスを低ウォッベ指数を有する第2ガスとして、これら第1ガス及び第2ガスの双方を燃焼空間において燃焼させる燃焼装置であって、
上記燃焼空間の上下流方向に対し互いに連通する上流側の一次燃焼室と、下流側の二次燃焼室とを備え、
気濃度が理論燃焼空気量よりも低く第1ガス濃度の高い過濃混合気が供給されて不完全燃焼火炎である一次火炎を上記一次燃焼室に形成する炎孔面と、
上記炎孔面に形成される一次火炎よりも下流側位置であって上記二次燃焼室において、上記一次火炎から発生する燃焼ガスに対し二次空気を吹き出させる空気噴出部と、
上記空気噴出部よりも下流側位置に開口し、上記空気噴出部からの二次空気の吹き出しにより上記燃焼ガスに含まれる未燃成分が二次燃焼される上記二次燃焼室に向けて上記第2ガスを吐出させる第2ガス吐出部と
を備え、
上記二次燃焼室において、上記未燃成分が二次燃焼されると同時に、上記第2ガス吐出部から吐出される第2ガスが拡散燃焼されて二次火炎が形成されるように構成されている
ことを特徴とする燃焼装置。
The fuel gas supplied from the fuel gas supply system is a first gas having a high Wobbe index, and the hydrogen-containing gas generated in the fuel cell is a second gas having a low Wobbe index. A combustion device for burning in a combustion space ,
An upstream primary combustion chamber communicating with each other in the upstream and downstream directions of the combustion space, and a downstream secondary combustion chamber,
A burner port surface to form a primary flame air concentration higher first gas concentration lower than the theoretical combustion air amount rich mixture is incomplete combustion flame is supplied to the primary combustion chamber above,
An air ejection section for blowing secondary air to the combustion gas generated from the primary flame in the secondary combustion chamber at a position downstream of the primary flame formed on the flame hole surface ;
Open downstream position than the air ejecting part, towards the unburned components secondary combustion is Ru above two Tsugi燃combustion chamber contained in the combustion gas by balloon secondary air from the air ejection unit e Bei a second gas discharging part that discharges said second gas,
In the secondary combustion chamber, the unburned component is subjected to secondary combustion, and at the same time, the second gas discharged from the second gas discharge portion is diffusely burned to form a secondary flame. Combustion device characterized by that.
請求項に記載の燃焼装置であって、
上記炎孔面が燃焼空間内の外側寄りの位置に配設され、上記空気噴出部がその炎孔面よりも内側寄りの位置に配設され、上記第2ガス吐出部が上記空気噴出部よりも下流側位置に開口するように配設されている、燃焼装置。
The combustion device according to claim 1 ,
The flame hole surface is disposed at a position closer to the outside in the combustion space, the air ejection portion is disposed at a position closer to the inner side than the flame hole surface, and the second gas discharge portion is disposed from the air ejection portion. Is also disposed so as to open to a downstream position.
請求項に記載の燃焼装置において、
上記炎孔面よりも下流側位置から燃焼空間に向けてその炎孔面に相対向するように張り出されて上記一次火炎からの燃焼ガスの流れを上記空気噴出部側に誘導する誘導壁を、さらに備えている、燃焼装置。
The combustion apparatus according to claim 2 , wherein
An induction wall that projects from the position downstream of the flame hole surface toward the combustion space so as to face the flame hole surface and guides the flow of combustion gas from the primary flame to the air ejection part side. The combustion apparatus further comprising.
請求項又は請求項に記載の燃焼装置において、
上記第2ガス吐出部からの第2ガスが上記燃焼空間の上下流方向に対し交差する方向に吐出されるようにその開口の向きが設定されている、燃焼装置。
The combustion apparatus according to claim 2 or claim 3 ,
A combustion apparatus in which the direction of the opening is set so that the second gas from the second gas discharge section is discharged in a direction intersecting the upstream and downstream directions of the combustion space.
請求項1に記載の燃焼装置において、
上記燃焼空間を区画形成する区画壁から燃焼空間内に突出するように配設された点火手段と、この点火手段を冷却する冷却手段とをさらに備え、
上記冷却手段は冷却用空気を上記点火手段の上記区画壁寄りに位置する基部に向けて吹き出させるように構成されている、燃焼装置。
The combustion apparatus according to claim 1 , wherein
Ignition means disposed so as to project into the combustion space from the partition wall that defines the combustion space, and cooling means for cooling the ignition means,
The combustion device is configured such that the cooling means blows cooling air toward a base located near the partition wall of the ignition means.
請求項1に記載の燃焼装置において、
上記燃焼空間を区画形成する区画壁から燃焼空間内に突出するように配設された炎検知手段と、この炎検知手段を冷却する冷却手段とをさらに備え、
上記冷却手段は冷却用空気を上記炎検知手段の上記区画壁寄りに位置する基部に向けて吹き出させるように構成されている、燃焼装置。
The combustion apparatus according to claim 1 , wherein
Flame detecting means disposed so as to project into the combustion space from a partition wall that defines the combustion space; and cooling means for cooling the flame detecting means,
The combustion device, wherein the cooling means is configured to blow cooling air toward a base located near the partition wall of the flame detection means.
請求項又は請求項に記載の燃焼装置において、
上記冷却手段は、冷却用空気が区画壁内面位置から区画壁の内周面に沿って吹き出されるように構成されている、燃焼装置。
The combustion apparatus according to claim 5 or 6 ,
The said cooling means is a combustion apparatus comprised so that cooling air may be blown off along the inner peripheral surface of a division wall from the division wall inner surface position.
JP2004000833A 2004-01-06 2004-01-06 Combustion device Expired - Fee Related JP4340873B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004000833A JP4340873B2 (en) 2004-01-06 2004-01-06 Combustion device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004000833A JP4340873B2 (en) 2004-01-06 2004-01-06 Combustion device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005195214A JP2005195214A (en) 2005-07-21
JP4340873B2 true JP4340873B2 (en) 2009-10-07

Family

ID=34816505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004000833A Expired - Fee Related JP4340873B2 (en) 2004-01-06 2004-01-06 Combustion device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4340873B2 (en)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4703409B2 (en) * 2006-01-16 2011-06-15 株式会社荏原製作所 Combustion device, reformer, fuel cell power generation system, and operation method of reformer
DE102006015529A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-04 Alstom Technology Ltd. Burner system with staged fuel injection
JP5322465B2 (en) * 2008-03-17 2013-10-23 アイシン精機株式会社 Combustion device of reformer, reformer, and fuel cell system
US20100095649A1 (en) * 2008-10-20 2010-04-22 General Electric Company Staged combustion systems and methods
JP5571497B2 (en) * 2010-08-09 2014-08-13 リンナイ株式会社 Combustion device
KR101284290B1 (en) * 2012-08-07 2013-07-08 한국기계연구원 Combustion apparatus
CN107191929A (en) * 2013-01-24 2017-09-22 乌鲁木齐九品芝麻信息科技有限公司 Mechanical adjustment premix gas burner and method
CN107255276A (en) * 2013-02-17 2017-10-17 乌鲁木齐九品芝麻信息科技有限公司 Premixed secondary fuel burner nozzle and method
CN107191931A (en) * 2013-02-17 2017-09-22 乌鲁木齐九品芝麻信息科技有限公司 Adjust premixed secondary fuel burner nozzle and method
JP6545577B2 (en) * 2015-08-31 2019-07-17 東京瓦斯株式会社 Combustor and fuel cell module
CN107655002B (en) * 2017-10-20 2024-04-02 烟台龙源电力技术股份有限公司 Gas air distributor
CN107726316A (en) * 2017-11-15 2018-02-23 北京泷涛环境科技有限公司 A kind of fuel strengthens classification ultra-low nitrogen body burner
JP6833298B2 (en) * 2018-09-18 2021-02-24 中外炉工業株式会社 Hydrogen gas combustion device

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0733903B2 (en) * 1987-12-12 1995-04-12 富士電機株式会社 Dual burner
JPH0257810A (en) * 1988-08-23 1990-02-27 Toshiba Corp Burner for improved device
JP2547701Y2 (en) * 1989-12-21 1997-09-17 ダイニチ工業株式会社 Forced combustion device
US5725366A (en) * 1994-03-28 1998-03-10 Institute Of Gas Technology High-heat transfer, low-nox oxygen-fuel combustion system
JPH07332622A (en) * 1994-06-09 1995-12-22 Tokyo Electric Power Co Inc:The Low nitrogen oxide burner
JP3342203B2 (en) * 1994-11-29 2002-11-05 三洋電機株式会社 Combustion equipment for hydrogen production equipment for fuel cells
JP2002162007A (en) * 2000-11-20 2002-06-07 Tokyo Gas Co Ltd Burner
JP3895112B2 (en) * 2001-01-22 2007-03-22 リンナイ株式会社 Combustion device
JP2003148709A (en) * 2001-11-09 2003-05-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Heating burner, reformer using it, and fuel cell power generating system
JP2003254514A (en) * 2001-12-25 2003-09-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Burner for hydrogen generator and hydrogen generator having burner
JP3785380B2 (en) * 2002-06-28 2006-06-14 株式会社ノーリツ Combustion device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005195214A (en) 2005-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2528894B2 (en) Gas turbine combustor
US8607568B2 (en) Dry low NOx combustion system with pre-mixed direct-injection secondary fuel nozzle
JP4523054B2 (en) Fuel cell reformer burner and reformer equipped therewith
JP4340873B2 (en) Combustion device
JP7299424B2 (en) Hydrogen gas combustion device capable of preventing bonfire phenomenon
CN102454993A (en) Fuel nozzle for combustor
JP2003254514A (en) Burner for hydrogen generator and hydrogen generator having burner
CN115451433B (en) Fuel nozzle premixing system for combustion chamber of gas turbine
US20230014871A1 (en) Radiant wall burner
JP3873119B2 (en) In-cylinder swirl combustor
JP6906881B1 (en) Low flammability fuel combustion device
JP4063174B2 (en) Tubular flame burner
JP7302273B2 (en) Burner
JP3891112B2 (en) Two-stage combustion device
JP7319621B1 (en) Burner
JP3702101B2 (en) Gas fired burner
JP7295990B1 (en) gas burner
JP3869111B2 (en) Burner equipment
JP2544515B2 (en) Gas combustor
JP7150102B1 (en) Two-stage combustion device
JP2003279043A (en) LOW NOx COMBUSTOR FOR GAS TURBINE
KR200210408Y1 (en) premixed gas burner
JP3896591B2 (en) Two-stage combustion device
JP2006322680A (en) Pilot burner
JP6430339B2 (en) Flameless combustion equipment

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061221

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090129

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090227

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090427

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090610

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090623

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120717

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees