JP4527130B2 - 改質装置 - Google Patents
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Description
そして、このような改質装置は、燃焼室の伝熱板と対向する側壁部から伝熱板厚さ方向に突出する突出部を、一対のパイプバーナから火炎延び方向に大きく離れた箇所に形成して、一対のパイプバーナにて形成される火炎が、燃焼室の4つの周壁のうちの一対のパイプバーナが設けられた一つの周壁側から、その一つの周壁と対向する周壁側に向けて長く形成されるように構成されていた(例えば、特許文献1参照。)。
とくに、改質装置を燃料電池用として設け燃料電池から排出される排ガスを燃料ガスとして一対のパイプバーナに供給して火炎を形成する場合では、発熱量が低くなるために燃焼温度が高くなり難く、改質室の出口側の温度を高温にし難いものである。
前記燃焼室の前記伝熱板と対向する側壁部における前記一対のパイプバーナから火炎延び方向に離れた箇所に、前記一対のパイプバーナにて形成される火炎を覆うように伝熱板厚さ方向に突出するバーナ覆い部が、前記パイプバーナからその一対のパイプバーナの直径よりも小さな間隔を離れる状態で形成され、前記一対のパイプバーナのうちの前記側壁部に近接する側の一方のパイプバーナが、ガス燃料又は少なくとも燃焼用空気を前記伝熱板の面に平行な方向に沿って噴出し、且つ、前記一対のパイプバーナのうちの他方のパイプバーナが、少なくとも燃焼用空気又は少なくとも燃料ガスを前記一方のパイプバーナの存在側に向けて前記伝熱板の面に対して傾斜する方向に沿って噴出するように構成され、前記バーナ覆い部が、前記燃焼室の前記側壁部から前記伝熱板の存在側に突出する状態で形成され、前記改質室の入口側から出口側に向けて通流する原燃料の通流方向で、前記改質室内において改質触媒を保持する部位の出口側の端部が、前記パイプバーナと前記バーナ覆い部との間に形成される空間に対応した位置に配置されている点にある。
そして、一対のパイプバーナのうちの伝熱板と対向する側壁部に近接する側の一方のパイプバーナが、ガス燃料を伝熱板の面に平行な方向に沿って噴出し、且つ、一対のパイプバーナのうちの他方のバーナが、少なくとも燃焼用空気を一方のパイプバーナの存在側に向けて前記伝熱板の面に対して傾斜する方向に沿って噴出するように構成されているから、ガス燃料と燃焼用空気とが衝突により的確に混合することにより、良好に燃焼させることができる。
図1に示すように、燃料電池システムは、燃料電池G、燃料電池Gに供給する水素含有ガスとしての燃料ガスを生成する燃料ガス生成装置P、燃料電池Gに酸素含有ガスとしての空気を供給する反応用ブロア14、燃料電池Gの運転を制御する制御部39などから構成されている。
また、燃料ガス生成装置Pには、改質部Rにて改質処理された改質処理ガスに含まれる一酸化炭素ガスを低減するように処理する変成処理部5、その変成処理部5から排出される変成処理ガス中に残留している一酸化炭素を除去する選択酸化処理部6が備えられ、一酸化炭素ガス濃度の低い(例えば10ppm以下)水素リッチな燃料ガスを生成するように構成されている。
そして、水蒸気生成部Sは、改質部Rの燃焼部4から排出された燃焼ガスを通流させる水蒸気生成用加熱通流部11と、供給される原料水を水蒸気生成用加熱通流部11による加熱にて蒸発させる蒸発処理部2とから構成されている。
そして、有炎燃焼部4Fには、改質装置用の加熱バーナとしての一対のパイプバーナ44が備えられ、その一対のパイプバーナ44は、改質装置Aにおいて原燃料ガスを改質処理するための燃焼熱を発生するように構成されている。
前記原燃料ガス用熱交換器Eaは、上流側改質処理ガス通流部12から排出された改質処理ガスを通流させる下流側改質処理ガス通流部15と、脱硫処理部1に供給する原燃料ガスを通流させる原燃料ガス通流部16とを熱交換させるように構成されている。
また、選択酸化処理部6から排出された選択酸化処理ガスの温度は110℃程度であり、高分子型の燃料電池Gの動作温度は80℃程度であるので、燃料ガス路23には、選択酸化処理部6から排出された選択酸化処理ガスを、燃料電池Gの動作温度付近にまで冷却する燃料ガス冷却用熱交換器33が設けられている。
そして、変成処理ガスから凝縮水を除去するドレントラップ34が、その原料水予熱用熱交換器17よりも下流側の箇所に設けられ、変成処理ガスと原料水との熱交換により原料水を予熱するとともに、変成処理ガスを冷却するようにしている。
その蛇行状通流部18は、水蒸気生成装置Pの外壁部のうちの、改質部Rの燃焼部4を覆う箇所に熱伝導可能に当て付けて設けられ、燃料ガス生成装置Pの外壁部からの伝導熱および輻射熱により、蛇行状通流部18を通流する原料水を予熱するように構成されている。
そして、原料水予熱用熱交換器17および蛇行状通流部18によって、水蒸気生成部Sに供給する原料水を予熱するようにしている。
そして、水蒸気生成用加熱通流部11においては、燃焼ガスによって蒸発処理室2を加熱し、変成部冷却用通流部8においては、燃焼ガスによって、発熱反応である変成反応が行われる変成処理部5を冷却するように構成されている。
そして、燃焼用空気を変成部冷却用通流部9を迂回させて通流させるように、燃焼用空気路29に燃焼用空気バイパス路30が接続されている。
また、燃焼用ブロア28からの空気を酸化用空気として選択酸化処理部6に供給するように、燃焼用ブロア28に接続した酸化用空気供給路31が、最後段の変成処理部5と選択酸化処理部6とを接続するガス処理用流路22に接続されている。
ちなみに、通常は、開閉弁35,36は、燃焼用空気が燃焼用空気バイパス路30を通流する状態となるように切り換えられるが、変成処理部5の冷却能力が不足したとき、例えば、夏期の高気温時には、開閉弁35,36は、燃焼用空気が変成部冷却用通流部9を通流する状態となるように切り換えられ、燃焼用空気にて変成処理部5が冷却される。
そして、複数の容器Bを並べるに当たっては、伝熱させる必要のあるもの同士は互いに密着させた状態で、且つ、伝熱量を調節する必要のあるもの同士の間に伝熱量調節用の断熱材19を介在させた状態で、並べてある。
改質部4は、改質室49内に改質触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数が通気可能な状態で充填されており、その改質室49内にて、供給される原燃料ガスを水蒸気にて改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスに改質するように構成されている。
尚、下壁51及び上壁52を含む4つの周壁は皿型容器形成部材41にて形成されている。
一側面側に位置する皿型容器形成部材41の上部には、燃焼ガスを燃焼室50から排出する燃焼ガス排出用の接続ノズル47(燃焼ガス路27)が内部の燃焼室50と連通する状態に接続されている。
燃焼室50には、前記伝熱板43と対向する側壁部(図4において燃焼室50の左側の壁であるため、以下、左壁部と称する)53と前記伝熱板43が位置する側の側壁部(図4において燃焼室50の右側の壁であるため、以下、右壁部と称する)54との間隔が広い幅広部50aが上下方向に3箇所形成され、その3箇所の幅広部50a同士の間に、左壁部53と右壁部54との間隔が狭い幅狭部50bが上下方向に計2箇所形成されている。そして、上下中間に位置する幅広部50aは、その上部分が下部分より幅広に形成した2段の階段状に形成されている。
これら3箇所の幅広部50aと2箇所の幅狭部50bとは、皿状に形成した皿型容器形成部材41の底部を適宜、伝熱板43側に突出させて形成されている。
尚、左壁部53は皿型容器形成部材41にて形成されており、右壁部54は伝熱板43にて形成されている。
そして、燃料用パイプバーナ44aの燃料ガス用噴出孔45から噴出させた排燃料ガスを、空気用パイプバーナ44bの空気用噴出孔46から噴出させた燃焼用空気と混合させて燃焼させる先混合式に構成されている。
ちなみに、一対のパイプバーナ44の直径L2は8mmであり、一対のパイプバーナ44とバーナ覆い部55との間隔L1は7mmである。また、3箇所の幅広部50aのうちの最も下側に位置する幅広部50aの伝熱板厚さ方向の大きさは16mmであり、バーナ覆い部分55は5.5mm突出させている。さらに、バーナ覆い部55を形成することによって、上下2箇所の幅狭部50bにおける下側に位置する幅狭部55bが形成されている。
図1に示すように、原燃料ガス供給路21には、原燃料ガス供給量を調節する原燃料供給量調節弁37が設けられ、改質部Rには、改質処理部3における改質処理温度を検出する温度センサ38が設けられている。
そして、制御部39は、原燃料供給量調節弁37、反応用ブロア14、燃焼用ブロア28、パイプバーナ44に点火するためのイグナイタ4i夫々の作動を制御するように構成されている。
そして、イグナイタ4iを作動させて、空気用パイプバーナ44bを点火して空気用噴出孔46から噴出した混合気を元混合燃焼させ、温度センサ38の検出温度が、改質処理可能な所定の温度に予め設定した目標温度以上になると、原燃料供給量調節弁37を開弁して、改質処理部3での原燃料ガスの改質処理を開始するととともに、反応用ブロア14を作動させて、燃料電池Gの発電を開始する。
(1) 上記実施の形態では、バーナ覆い部55を、燃料用パイプバーナ44aにおける燃料噴出孔45よりも伝熱板43の存在側に突出する状態に形成したが、バーナ覆い部55を、燃料用パイプバーナ44aにおける燃料噴出孔45と伝熱板43厚み方向で同じ位置、又は、燃料用パイプバーナ44aにおける燃料噴出孔45まで突出しない状態に形成してもよい。
また、上記実施の形態において、燃料用パイプバーナ44aを左壁部53に近接する側に配設し、空気用パイプバーナ44bを右壁部54に近接する側に配設したが、燃料用パイプバーナ44aを左壁部53に近接する側に配設し、空気用パイプバーナ44bを右壁部54に近接する側に配設してもよい。
つまり、上記実施の形態では、幅広部50aを上下方向に3箇所形成し、その3箇所の幅広部50a同士の間に幅狭部50bが上下方向に計2箇所形成したが、幅広部50aを上下方向に2箇所形成し、その2箇所の幅広部50a同士の間に幅狭部50bを1箇所形成してもよい。
44 パイプバーナ
44a 一方のパイプバーナ
44b 他方のパイプバーナ
45 燃料噴出孔
49 改質室
50 燃焼室
51 一つの周壁
52 一つの周壁と対向する周壁
53 伝熱板と対向する側壁部
55 バーナ覆い部
G 燃料電池
Claims (4)
- 伝熱板の一側面側に、前記伝熱板の厚さ方向に薄い偏平の直方体状に形成された燃焼室が設けられ、前記伝熱板の他側面側に、供給される炭化水素系の原燃料を水蒸気にて改質処理して水素ガスを主成分とする改質ガスに改質する改質室が設けられ、
前記燃焼室における4つの周壁のうちの一つの周壁とそれと対向する周壁との間において一つの周壁の存在側に片寄らせた箇所に、その一つの周壁の長手方向に延びかつ前記伝熱板の厚さ方向に並ぶ同径の一対のパイプバーナが、その一つの周壁と対向する周壁側に延びる火炎を形成する状態で設けられ、
前記改質室が、前記一対のパイプバーナの存在箇所に対応する側を出口側とし、且つ、前記一対のパイプバーナの存在箇所から離間する側を入口側とする状態で、原燃料を通流させるように構成された改質装置であって、
前記燃焼室の前記伝熱板と対向する側壁部における前記一対のパイプバーナから火炎延び方向に離れた箇所に、前記一対のパイプバーナにて形成される火炎を覆うように伝熱板厚さ方向に突出するバーナ覆い部が、前記パイプバーナからその一対のパイプバーナの直径よりも小さな間隔を離れる状態で形成され、
前記一対のパイプバーナのうちの前記側壁部に近接する側の一方のパイプバーナが、ガス燃料又は少なくとも燃焼用空気を前記伝熱板の面に平行な方向に沿って噴出し、且つ、前記一対のパイプバーナのうちの他方のパイプバーナが、少なくとも燃焼用空気又は少なくとも燃料ガスを前記一方のパイプバーナの存在側に向けて前記伝熱板の面に対して傾斜する方向に沿って噴出するように構成され、
前記バーナ覆い部が、前記燃焼室の前記側壁部から前記伝熱板の存在側に突出する状態で形成され、
前記改質室の入口側から出口側に向けて通流する原燃料の通流方向で、前記改質室内において改質触媒を保持する部位の出口側の端部が、前記パイプバーナと前記バーナ覆い部との間に形成される空間に対応した位置に配置されている改質装置。 - 前記バーナ覆い部が、前記一対のパイプバーナのうちの前記側壁部に近接する側の一方のパイプバーナにおける燃料噴出孔又は空気用噴出孔よりも前記伝熱板の存在側に突出する状態で形成されている請求項1記載の改質装置。
- 前記燃焼室の前記側壁部が、前記一対のパイプバーナにて形成される火炎延び方向において、前記バーナ覆い部を前記一対のパイプバーナの存在側の一部に備え、且つ、前記バーナ覆い部に引き続く部分を前記バーナ覆い部よりも前記伝熱板から離れる側に凹入する凹入状とした状態に形成されている請求項1又は2記載の改質装置。
- 前記改質室にて改質された改質ガスが燃料電池に供給され、その燃料電池から排出される排ガスが、前記一対のパイプバーナに燃料ガスとして供給されるように構成されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の改質装置。
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