JP4764699B2 - Combustion device for hydrogen supply device for fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池に供給される水素主成分の改質ガスを生成する改質装置を加熱する燃焼装置に関するものである。   The present invention relates to a combustion apparatus that heats a reformer that generates reformed gas mainly composed of hydrogen to be supplied to a fuel cell.

燃料電池は、水素を空気中の酸素と電気化学的に反応させることによって直接電気を発生させる装置であり、NOxやCO2の発生量が少ないことから、環境負荷が非常に小さいエネルギー源として注目されている。   A fuel cell is a device that directly generates electricity by electrochemically reacting hydrogen with oxygen in the air, and since it generates little NOx and CO2, it has attracted attention as an energy source with a very low environmental load. ing.

また、燃料電池には使用する電解質によっていくつかの種類があるが、中でも特に固体高分子型燃料電池は小型で作動温度も低く、更に低騒音であることから、家庭用分散型電源として大いに期待されている技術である。   In addition, there are several types of fuel cells depending on the electrolyte used. Among them, solid polymer fuel cells are particularly small, have low operating temperature, and have low noise. Technology.

ところで、水素を作る炭化水素等の原燃料(水素原料)、つまり燃料電池の燃料としては天然ガスやガソリン、灯油等種々検討されているが、家庭用分散型電源としては、全国各地に供給インフラが整っている灯油に期待が集まっている。   By the way, various fuels such as natural gas, gasoline, kerosene, etc. have been studied as raw fuels (hydrogen raw materials) such as hydrocarbons that make hydrogen, that is, fuel cells. Expectation is gathered for kerosene that is equipped.

図4は燃料電池で使用される水素の原料に灯油を採用した場合のシステムを表した図であって、脱硫部A、改質反応を起こして水素主成分の改質ガスを生成する改質装置B、シフト反応部C、CO選択酸化部Dにより高純度の水素主成分の改質ガスを得、燃料電池の水素極に供給するように構成されている。   FIG. 4 is a diagram showing a system in which kerosene is used as a raw material for hydrogen used in a fuel cell. Desulfurization section A, reforming that causes reforming reaction to generate reformed gas mainly composed of hydrogen The apparatus B, the shift reaction unit C, and the CO selective oxidation unit D are configured to obtain a reformed gas containing high-purity hydrogen as a main component and supply it to the hydrogen electrode of the fuel cell.

改質装置は、水素原料を気化させる気化器と、該気化器により気化された水素原料の改質を行う触媒層を有する構成であり、水素原料として灯油を用いた場合、この改質装置には概ね800℃程度の作動温度が必要となる。そのため、燃料電池の起動時及び発電運転時の作動温度維持を目的とした、改質装置を加熱するための燃焼装置が不可欠となる。   The reformer is configured to have a vaporizer that vaporizes the hydrogen raw material and a catalyst layer that reforms the hydrogen raw material vaporized by the vaporizer. When kerosene is used as the hydrogen raw material, Requires an operating temperature of approximately 800 ° C. Therefore, a combustion device for heating the reformer for the purpose of maintaining the operating temperature at the start-up of the fuel cell and during the power generation operation is essential.

この燃焼装置は、燃料電池の起動時には灯油等の燃料を燃焼させることで改質装置を昇温させ、発電運転時には燃料電池の水素極より排出される水素極排ガスを燃料として燃焼させることで、該改質装置を所定の温度に維持する機能を有している。   This combustion device raises the temperature of the reformer by burning fuel such as kerosene at the start of the fuel cell, and burns the hydrogen electrode exhaust gas discharged from the hydrogen electrode of the fuel cell as the fuel during power generation operation, It has a function of maintaining the reformer at a predetermined temperature.

ここで、灯油を燃料とした燃焼装置を図5、図6を参照しながら説明する。   Here, a combustion apparatus using kerosene as fuel will be described with reference to FIGS.

まず、図5は、燃料電池システムの概略図であり、図に示すように、この燃料電池システムは、水素極と空気極とを有する燃料電池1、灯油を改質して高純度の水素主成分の改質ガスを生成する改質装置2、この改質装置2を加熱する燃焼装置3、この燃焼装置3に灯油を供給するための灯油供給通路4、燃焼装置3に燃焼用空気を供給するための送風通路5、改質装置2に水素原料としての灯油を供給するための水素原料供給通路6、改質装置2により生成された水素主成分の改質ガスを燃料電池の水素極に供給するための水素ガス供給通路7、未反応の水素を含有し水素極から排出される水素極排ガスを燃焼装置3に供給するための排ガス供給通路8、燃料電池の空気極に空気を供給する空気供給通路9、空気極から排出される空気極排ガスが通過する排ガス通路10を有している。尚、図5において、脱硫部A、シフト反応部C、CO選択酸化部Dは図示省略している。   First, FIG. 5 is a schematic diagram of a fuel cell system. As shown in FIG. 5, this fuel cell system is a fuel cell 1 having a hydrogen electrode and an air electrode. A reformer 2 for generating a reformed gas of components, a combustion device 3 for heating the reformer 2, a kerosene supply passage 4 for supplying kerosene to the combustion device 3, and combustion air to the combustion device 3 A supply passage 6 for supplying kerosene as a hydrogen raw material to the reformer 2, and a hydrogen-based reformed gas generated by the reformer 2 at the hydrogen electrode of the fuel cell. Hydrogen gas supply passage 7 for supplying, exhaust gas supply passage 8 for supplying hydrogen electrode exhaust gas containing unreacted hydrogen and discharged from the hydrogen electrode to the combustion device 3, and supplying air to the air electrode of the fuel cell Air supply passage 9, air electrode exhaust discharged from air electrode Scan has an exhaust gas passage 10 to pass. In FIG. 5, the desulfurization part A, the shift reaction part C, and the CO selective oxidation part D are not shown.

そして図6は燃焼装置3の構造図であって、筐体41内に、燃料としての灯油を気化して燃焼用ガスとする気化器42と、この気化器42で作出した燃焼用ガスと一次空気を混合した燃焼用混合ガスを燃焼させる混合ガスバーナ43と、燃料電池1の水素極で発生する排ガスを燃焼させる排ガスバーナ44と、混合ガスバーナ43及び排ガスバーナ44から噴出されるガスが燃焼した際の火炎に二次空気を供給する二次空気供給部45を有した二次空気通過部46と、筐体41内に設けた給気室47へ空気圧送部(図示省略)から圧送された空気を供給する送風通路5が設けられている。   FIG. 6 is a structural diagram of the combustion apparatus 3. In the casing 41, a vaporizer 42 that vaporizes kerosene as a fuel to form a combustion gas, and the combustion gas produced by the vaporizer 42 and the primary gas are shown. When the mixed gas burner 43 that burns the mixed gas for combustion mixed with air, the exhaust gas burner 44 that burns the exhaust gas generated at the hydrogen electrode of the fuel cell 1, and the gas ejected from the mixed gas burner 43 and the exhaust gas burner 44 burn The secondary air passage portion 46 having a secondary air supply portion 45 for supplying secondary air to the flame of the air and the air pressure-fed from an air pressure feeding portion (not shown) to an air supply chamber 47 provided in the housing 41 Is provided.

混合ガスバーナ43は、筐体41内に配設される円筒状のバーナ本体48の下部に、液体燃料を気化させた燃焼用ガスと一次空気とを混合する筒状部材から成る混合部49を嵌挿配設した構造であり、このバーナ本体48の内孔は混合部49から送られる燃焼用混合ガスを送る混合ガス送り部50として構成されている。   The mixed gas burner 43 is fitted with a mixing portion 49 made of a cylindrical member that mixes a combustion gas obtained by vaporizing liquid fuel and primary air at a lower portion of a cylindrical burner main body 48 disposed in the housing 41. The inner hole of the burner main body 48 is configured as a mixed gas feed unit 50 that feeds the combustion mixed gas sent from the mixing unit 49.

排ガスバーナ44は、水素極から延設される排ガス供給部8と連通する排ガス供給管51と、この排ガス供給管51の上端部が連設するバーナ本体48の外側空間とから成る排ガス送り部52を有する構造であり、さらに排ガス送り部52内には混合ガスに点火する点火装置53挿通され、点火装置53は混合ガスバーナ43に臨むようにして配設されている。   The exhaust gas burner 44 includes an exhaust gas supply pipe 51 that includes an exhaust gas supply pipe 51 that communicates with the exhaust gas supply section 8 that extends from the hydrogen electrode, and an outer space of the burner body 48 that communicates with the upper end of the exhaust gas supply pipe 51. Further, an ignition device 53 for igniting the mixed gas is inserted into the exhaust gas feed section 52, and the ignition device 53 is disposed so as to face the mixed gas burner 43.

また、バーナ本体48には炎板54が載置されていて、この炎板54の所定位置には混合ガスおよび排ガスが噴出する炎孔55が複数設けられており、炎板54の表面は火炎が形成される燃焼空間56となる。   A flame plate 54 is placed on the burner body 48, and a plurality of flame holes 55 through which mixed gas and exhaust gas are ejected are provided at predetermined positions of the flame plate 54. The surface of the flame plate 54 is flame. The combustion space 56 is formed.

このように構成することで、燃焼装置3を小型にすることができるとともに、混合ガスバーナ43から排ガスバーナ44へ火炎を移りやすくして燃焼状態を良好に保つことができるようになっている。   By configuring in this way, the combustion device 3 can be reduced in size, and the flame can be easily transferred from the mixed gas burner 43 to the exhaust gas burner 44 to maintain a good combustion state.

特開2005−214543JP-A-2005-214543

ところが、従来から提案されている燃焼装置は、排ガスが通過する排ガス送り部が複数の部品の組み合わせにより構成されていたため、これら部品間に隙間が生じやすく、この隙間から排ガスが漏れ出してしまう恐れがあった。   However, in the conventionally proposed combustion apparatus, since the exhaust gas feed section through which the exhaust gas passes is composed of a combination of a plurality of parts, a gap is easily generated between these parts, and the exhaust gas may leak out from this gap. was there.

また、点火装置は排ガス送り部を通過して混合ガスバーナに臨むように取り付けられているが、この点火装置を気密に取り付けることは非常に困難であり、点火装置挿入部分に生じた隙間からも同様に排ガスが漏れ出してしまっていた。   The ignition device is mounted so as to pass through the exhaust gas feed section and face the mixed gas burner. However, it is very difficult to mount the ignition device in an airtight manner, and the same applies to the gap generated in the ignition device insertion portion. The exhaust gas leaked out.

ただし、これらの隙間より排ガスが漏れ出してしまっても、火炎の形成される燃焼空間に漏れ出した場合は、排ガスバーナで形成される火炎に巻き込まれて燃焼されるため特に問題はないといえる。一方、給気室に排ガスが漏れ出してしまった場合には、排ガスは給気室内で送風通路より供給される空気と混ざり合った後、混合部内を通過して燃焼空間に噴出するか、若しくは二次空気通路を通過して二次空気供給部より燃焼空間に噴出することになる。ところが、給気室に漏れ出した排ガスは、給気室内で理論空気の何倍にも希釈されているため、火炎のごく近傍に供給されない限り燃焼させることはできなくなってしまっている。   However, even if the exhaust gas leaks from these gaps, if it leaks into the combustion space where the flame is formed, it can be said that there is no particular problem because it is caught in the flame formed by the exhaust gas burner and burned. . On the other hand, if the exhaust gas leaks into the air supply chamber, the exhaust gas mixes with the air supplied from the air passage in the air supply chamber, and then passes through the mixing section and is ejected into the combustion space. It passes through the secondary air passage and is ejected from the secondary air supply section into the combustion space. However, since the exhaust gas leaking into the air supply chamber is diluted many times as much as the theoretical air in the air supply chamber, it cannot be burned unless it is supplied very close to the flame.

燃料電池から排ガスの供給が開始され、排ガスバーナでの燃焼が安定した時点においては、気化器への燃料ガスの供給が停止されていて、混合ガスバーナに火炎は存在していないため、給気室から混合部を通過した空気に含まれる排ガスは燃焼することができない。もちろん、二次空気供給部には火炎は存在しないので、二次空気通路を通過した空気に含まれる排ガスも燃焼することはできない。つまり、給気室へ漏れ出した排ガスはいずれの場合にしても燃焼されずに未燃のまま燃焼空間を通過して排出されてしまうという問題があった。   When the supply of exhaust gas from the fuel cell is started and the combustion in the exhaust gas burner is stabilized, the supply of fuel gas to the carburetor is stopped and no flame is present in the mixed gas burner, so the supply chamber The exhaust gas contained in the air that has passed through the mixing section cannot burn. Of course, since there is no flame in the secondary air supply section, the exhaust gas contained in the air that has passed through the secondary air passage cannot be combusted. That is, there has been a problem that the exhaust gas leaking into the air supply chamber is discharged without passing through the combustion space without being burned in any case.

そこで、このような未燃排ガスの排出を防ぐためには、排ガスが通過する部品の接合部分の全てを溶接するなどして完全にシールしなければならず、これが製造費用の増大を招くこととなってしまっていた。   Therefore, in order to prevent such discharge of unburned exhaust gas, it is necessary to completely seal, for example, by welding all the joints of the parts through which the exhaust gas passes, which increases the manufacturing cost. It was.

本発明は、上記課題を解決するためのもので、製造費用を増大させることなく未燃のまま排ガスが排出されてしまうことを防止する燃料電池用水素供給装置の燃焼装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a combustion apparatus for a hydrogen supply apparatus for a fuel cell that prevents the exhaust gas from being discharged unburned without increasing the manufacturing cost. And

液体燃料を気化させた燃焼用ガスと一次空気とを混合し燃焼用混合ガスとする混合室と、前記混合室の外周に取り付けられ燃料電池からの排ガスを収容する排ガス室と、この排ガス室に燃料電池からの排ガスを供給する排ガス供給管と、火炎に供給する二次空気を収容する空気室と、前記混合室と前記排ガス室と前記空気室が連接される炎板と、この炎板を貫通する複数の噴出孔と、混合ガスに点火する点火装置を備え、前記噴出孔は前記炎板の中央に燃焼用混合ガスを導出する混合ガス導出部を形成し、前記混合ガス導出部を囲繞する状態で排ガスを導出する排ガス導出部を形成し、さらに前記排ガス導出部を囲繞する状態で二次空気を導出する二次空気導出部を形成するとともに、前記点火装置は前記空気室内を通って前記炎板を貫通し前記混合ガス導出部に臨むように設けられていることを特徴とする燃料電池用水素供給装置の燃焼装置に係るものである。 A mixing chamber that mixes combustion gas vaporized with liquid fuel and primary air to form a mixed gas for combustion, an exhaust gas chamber that is attached to the outer periphery of the mixing chamber and contains exhaust gas from the fuel cell, and an exhaust gas chamber An exhaust gas supply pipe for supplying exhaust gas from the fuel cell, an air chamber for storing secondary air supplied to the flame, a flame plate connecting the mixing chamber, the exhaust gas chamber and the air chamber, and this flame plate A plurality of jetting holes penetrating through and an ignition device for igniting the mixed gas, wherein the jetting hole forms a mixed gas deriving portion for deriving a mixed gas for combustion at the center of the flame plate, and surrounds the mixed gas deriving portion; An exhaust gas deriving unit for deriving exhaust gas in a state where the exhaust gas is derived, and a secondary air deriving unit for deriving secondary air in a state of surrounding the exhaust gas deriving unit, and the ignition device passing through the air chamber Penetrate the flame plate It relates to a combustion apparatus for a fuel cell the hydrogen supply device according to claim is provided to face the serial mixed gas outlet portion.

上述のように構成することにより、部品の接合部分をシールする手間をかけることなく、燃料電池から排出される排ガスが漏れ出してしまうことを有効に防止することができるので、安全かつ製造費用を抑えた装置を製造することができる。また、もし仮に排ガスが筐体内部に漏れ出たとしても、排ガスは二次空気中に混入して火炎に供給され燃焼するので、未燃のまま排出されてしまうことはない。   By configuring as described above, it is possible to effectively prevent the exhaust gas discharged from the fuel cell from leaking without taking the trouble of sealing the joint portion of the parts, so that safety and manufacturing costs can be reduced. A suppressed device can be manufactured. Further, even if the exhaust gas leaks into the housing, the exhaust gas is mixed into the secondary air and supplied to the flame for combustion, so that it is not discharged unburned.

好適と考える本発明の実施形態を、本発明の作用を示して簡単に説明する。   The preferred embodiment of the present invention will be briefly described by showing the operation of the present invention.

本発明は、水素供給装置の改質装置を加熱する燃焼装置であって、燃焼用ガスと一次空気を混合した燃焼用混合ガスと、燃料電池の水素極で発生する排ガスとを炎板に設けられた噴出孔より噴出させて燃焼するようになっている。   The present invention relates to a combustion apparatus for heating a reformer of a hydrogen supply apparatus, wherein a combustion mixed gas obtained by mixing a combustion gas and primary air and an exhaust gas generated at a hydrogen electrode of a fuel cell are provided on a flame plate. It is made to erupt from the jetted hole and burn.

具体的構成としては、燃焼用ガスと一次空気を混合する混合室の外周には排ガスを収容する排ガス室が取り付けられ、この排ガス室に燃料電池からの排ガスを供給する排ガス供給管を接続するように構成されていて、燃料電池の運転開始により燃料電池から排出された排ガスは、排ガス供給管から排ガス室に送られる。   As a specific configuration, an exhaust gas chamber for storing exhaust gas is attached to the outer periphery of a mixing chamber for mixing combustion gas and primary air, and an exhaust gas supply pipe for supplying exhaust gas from the fuel cell is connected to the exhaust gas chamber. The exhaust gas discharged from the fuel cell when the fuel cell is started is sent from the exhaust gas supply pipe to the exhaust gas chamber.

この排ガス室は、上面が開口したカップ状部材により形成されるとともにその底面に穴を有していて、上面の開口は噴出孔を有する炎板に連接させ、底面の穴に混合室を貫通させて取り付けるようになっている。従って、排ガス室は上面の開口と底面の穴をそれぞれ炎板と混合室に溶接してシールすれば気密に保たれることとなり、従来と比べて簡単な構成で排ガスが空気室に漏れ出すのを防ぐことができる。   The exhaust gas chamber is formed by a cup-shaped member having an upper surface opened and has a hole in the bottom surface. The opening on the upper surface is connected to a flame plate having an ejection hole, and the mixing chamber is passed through the hole in the bottom surface. It is designed to be attached. Therefore, the exhaust gas chamber can be kept airtight if the top opening and bottom hole are welded and sealed to the flame plate and the mixing chamber, respectively, and the exhaust gas leaks into the air chamber with a simpler structure than before. Can be prevented.

また、もしも排ガスが空気室に漏れ出してしまったとしても、排ガスは空気室内で空気と混合された後に炎板より噴出し、二次空気として火炎に供給されて燃焼するため、未燃のままの排ガスが排出されてしまうことがない。   Also, even if the exhaust gas leaks into the air chamber, the exhaust gas is mixed with air in the air chamber and then ejected from the flame plate, supplied as secondary air to the flame and burned. The exhaust gas is not exhausted.

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。   Specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施例の水素供給装置は、炭化水素等の原燃料(水素原料)を加熱して水素主成分の改質ガスを生成する改質装置2と、該改質装置2を加熱する燃焼装置3とから成り、前記改質装置2において生成された水素主成分の改質ガスは、水素極と空気極とを有する燃料電池1に供給されるように構成されたものである。   The hydrogen supply apparatus according to the present embodiment includes a reformer 2 that heats a raw fuel (hydrogen raw material) such as a hydrocarbon to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component, and a combustion apparatus 3 that heats the reformer 2. The reformed gas mainly composed of hydrogen generated in the reformer 2 is configured to be supplied to the fuel cell 1 having a hydrogen electrode and an air electrode.

具体的には、改質装置2は、水素原料を気化させる気化器11と、該気化器11により気化された水素原料の改質を行う触媒層とを有する既存構造のものである。   Specifically, the reformer 2 has an existing structure having a vaporizer 11 for vaporizing a hydrogen raw material and a catalyst layer for reforming the hydrogen raw material vaporized by the vaporizer 11.

また、燃焼装置3は、図1に図示したように改質装置2の下部に配設される筒状の筐体14に、燃料としての灯油を気化して燃焼用ガスとする気化器11と、この気化器11で作出した燃焼用ガスと一次空気を混合した燃焼用混合ガスを燃焼させる混合ガスバーナ26と、燃料電池1の水素極で発生する排ガスを燃焼させる排ガスバーナ27と、燃焼用ガスと混合される一次空気と混合ガスバーナ26及び排ガスバーナ27から噴出されるガスが燃焼した際の火炎に供給する二次空気を収容する空気室15と、空気室15へ空気圧送部(図示省略)から圧送された空気を供給する送風通路5が設けられている。   Further, as shown in FIG. 1, the combustion apparatus 3 includes a carburetor 11 that vaporizes kerosene as a fuel into a combustion gas in a cylindrical casing 14 disposed at a lower portion of the reformer 2. The mixed gas burner 26 for burning the mixed gas for combustion in which the combustion gas produced by the vaporizer 11 and the primary air are mixed, the exhaust gas burner 27 for burning the exhaust gas generated at the hydrogen electrode of the fuel cell 1, and the combustion gas Primary air to be mixed with the air chamber 15 containing secondary air to be supplied to the flame when the gas jetted from the mixed gas burner 26 and the exhaust gas burner 27 burns, and a pneumatic feeding section (not shown) to the air chamber 15 A blower passage 5 is provided for supplying air fed from the air.

以下、本実施例に係る燃焼装置3について詳細な説明をする。   Hereinafter, the combustion apparatus 3 according to the present embodiment will be described in detail.

気化器11は、筐体14の下部に配設される箱状本体11aに、気化器11に灯油を供給する灯油供給通路4と、気化器11を昇温させるためのヒータ16と、このヒータ16によって気化器11内で加熱されて気化した燃焼用ガスを噴出するノズル17とを具備した構造であり、このノズル17から後述する混合ガスバーナ26の混合室12へ燃焼用ガスを噴射するように構成されている。   The vaporizer 11 includes a kerosene supply passage 4 for supplying kerosene to the vaporizer 11, a heater 16 for raising the temperature of the vaporizer 11, and the heater in a box-shaped main body 11 a disposed below the housing 14. And a nozzle 17 that ejects the combustion gas that has been heated and vaporized in the vaporizer 11 by the nozzle 16, and the combustion gas is injected from the nozzle 17 into the mixing chamber 12 of the mixed gas burner 26 described later. It is configured.

混合ガスバーナ26は、筐体14の略中央に気化器11により気化された燃焼用ガスと一次空気とを混合して燃焼用混合ガスとする円筒状の混合室12を配設して形成されている。   The mixed gas burner 26 is formed by disposing a cylindrical mixing chamber 12 in the approximate center of the housing 14 to mix the combustion gas vaporized by the vaporizer 11 and the primary air into a combustion mixed gas. Yes.

排ガスバーナ27は、燃料電池1の水素極から延設される排ガス供給部8と連通する排ガス供給管13と、この排ガス供給管13の下流端が連設する排ガス室19を有する構造であり、燃料電池1の水素極から排出された排ガスは、排ガス供給管13を通って排ガス室19に供給される。   The exhaust gas burner 27 has a structure having an exhaust gas supply pipe 13 that communicates with the exhaust gas supply section 8 that extends from the hydrogen electrode of the fuel cell 1, and an exhaust gas chamber 19 that communicates with the downstream end of the exhaust gas supply pipe 13. The exhaust gas discharged from the hydrogen electrode of the fuel cell 1 is supplied to the exhaust gas chamber 19 through the exhaust gas supply pipe 13.

排ガス室19は、上面が開口した有底のカップ状部材で形成されており、さらにカップ状部材の底面には穴が設けられているため、この穴に混合室12を挿通することで混合室12の外周に取り付けられるようになっている。したがって、排ガス室19は上面の開口を後述の炎板23に、そして底面の穴を混合室12に溶接してシールすれば気密に保たれることとなり、簡単な構成で排ガスが漏れ出すのを防ぐことができる。   The exhaust gas chamber 19 is formed of a bottomed cup-shaped member having an open upper surface, and further, a hole is provided in the bottom surface of the cup-shaped member, so that the mixing chamber 12 can be inserted by inserting the mixing chamber 12 into the hole. 12 is attached to the outer periphery. Therefore, the exhaust gas chamber 19 can be kept airtight by sealing the opening on the upper surface to the flame plate 23 described later and the hole on the bottom surface to the mixing chamber 12, and the exhaust gas leaks with a simple configuration. Can be prevented.

そして、混合室12、排ガス室19および空気室15は、図2に示すように複数の貫通する噴出孔23a、23b、23cが設けられている炎板23と連接しており、炎板23により筐体14が閉塞された状態となっている。   The mixing chamber 12, the exhaust gas chamber 19 and the air chamber 15 are connected to a flame plate 23 provided with a plurality of through holes 23a, 23b and 23c as shown in FIG. The housing 14 is in a closed state.

この炎板23に設けられた噴出孔23a、23b、23cのうち、炎板23の中央部に設けられた噴出孔23aは混合室12と連通しており、燃焼用混合ガスを導出する混合ガス導出部20として構成されていて、この混合ガス導出部20から噴出する燃焼用混合ガスは点火装置25により点火されて燃焼を開始する。   Of the ejection holes 23a, 23b, and 23c provided in the flame plate 23, the ejection hole 23a provided in the central portion of the flame plate 23 communicates with the mixing chamber 12, and is a mixed gas for deriving a combustion mixed gas. The derivation unit 20 is configured, and the combustion mixed gas ejected from the mixed gas derivation unit 20 is ignited by the ignition device 25 and starts combustion.

点火装置25は、空気室15内に挿通されており、炎板23を貫通してその先端が混合ガス導出部20に臨むように設けられている。   The ignition device 25 is inserted into the air chamber 15, and is provided so as to penetrate the flame plate 23 and the tip thereof faces the mixed gas outlet 20.

また、噴出孔23aには網材24が配設されていて、混合ガス導出部20から噴出した燃焼用混合ガスが燃焼した際の火炎の逆火を防止し得るように構成されている。そのため安全性に優れるとともに、噴出孔23aの径を大きく形成することができるから、その形成が極めて簡易となるため製造コストを下げることもできる。   Further, a net member 24 is disposed in the ejection hole 23a, and is configured to prevent backfire of the flame when the combustion mixed gas ejected from the mixed gas outlet 20 is combusted. Therefore, it is excellent in safety, and since the diameter of the ejection hole 23a can be formed large, the formation thereof becomes extremely simple and the manufacturing cost can be reduced.

そして、噴出孔23bは中央の噴出孔23aの周囲を取り囲むように設けられており、この噴出孔23bは排ガス室19と連通していて、排ガスを導出する排ガス導出部21として構成されている。   And the ejection hole 23b is provided so that the circumference | surroundings of the center ejection hole 23a may be surrounded, This ejection hole 23b is connected with the exhaust gas chamber 19, and is comprised as the exhaust gas derivation | leading-out part 21 which derives | emits exhaust gas.

さらに、炎板23の周縁部には噴出孔23cが噴出孔23bの周囲を取り囲むように設けられており、この噴出孔23cは空気室15と連通していて、二次空気を導出する二次空気導出部22として構成されている。従って、送風通路5から空気室15に流入した空気は、二次空気導出部22から噴出して混合ガスバーナ26および排ガスバーナ27で形成される火炎に二次空気として供給される。   Further, an ejection hole 23c is provided at the peripheral edge of the flame plate 23 so as to surround the circumference of the ejection hole 23b, and the ejection hole 23c communicates with the air chamber 15 to derive secondary air. The air outlet 22 is configured. Therefore, the air that has flowed into the air chamber 15 from the blower passage 5 is ejected from the secondary air outlet 22 and supplied as secondary air to the flame formed by the mixed gas burner 26 and the exhaust gas burner 27.

このように二次空気導出部22を設けたことにより、もしも排ガス室19と炎板23及び混合室12との連接部分に隙間があり、ここから排ガスが空気室15に漏れ出して二次空気に混ざってしまったとしても、二次空気は排ガス導出部21の近傍に供給されるため、二次空気に含まれる排ガスは排ガスバーナ27で確実に燃焼されることとなり、排ガスが未燃のまま排出されることを防止する。   By providing the secondary air lead-out part 22 in this way, there is a gap in the connecting portion between the exhaust gas chamber 19 and the flame plate 23 and the mixing chamber 12, and the exhaust gas leaks into the air chamber 15 from here and the secondary air Even if it is mixed, the secondary air is supplied in the vicinity of the exhaust gas deriving section 21, so that the exhaust gas contained in the secondary air is reliably burned by the exhaust gas burner 27, and the exhaust gas remains unburned. Prevent it from being discharged.

尚、図1では混合ガス導出部20と排ガス導出部21と二次空気導出部22とを平面状の炎板23上に配置して、混合ガスと排ガスと二次空気とを同一の面から噴出するように構成しているが、炎板23の形状を変更して二次空気導出部22が排ガス導出部21(および混合ガス導出部20)よりも上流に位置するように構成してもよい。要は、二次空気を火炎に供給するため、二次空気の噴出した先に火炎が存在するようになっていればよいのである。   In FIG. 1, the mixed gas deriving unit 20, the exhaust gas deriving unit 21, and the secondary air deriving unit 22 are arranged on a flat flame plate 23, and the mixed gas, the exhaust gas, and the secondary air are disposed from the same surface. Although it is configured to eject, the shape of the flame plate 23 may be changed so that the secondary air deriving unit 22 is positioned upstream of the exhaust gas deriving unit 21 (and the mixed gas deriving unit 20). Good. In short, since the secondary air is supplied to the flame, it is sufficient that the flame is present at the point where the secondary air is ejected.

また、噴出孔23a、23b、23cの数や孔の大きさは適宜設計し得るものであり、実施例に限定されるものではない。   Moreover, the number of the ejection holes 23a, 23b, and 23c and the size of the holes can be designed as appropriate, and are not limited to the examples.

そして筐体14の下流端は、内側に屈曲されて二次空気絞り部28が形成されており、二次空気導出部22から噴出した二次空気は二次空気絞り部28に沿って中央に寄せられ、火炎に向かうように流れが規制される。そのため、火炎に確実に二次空気を供給することができ、また排ガスが漏れ出して二次空気に混入してしまった場合においては、排ガスを燃焼させて未燃のまま排出することを有効に防止する。   The downstream end of the housing 14 is bent inward to form a secondary air restricting portion 28, and the secondary air ejected from the secondary air outlet portion 22 is centered along the secondary air restricting portion 28. The flow is regulated so that it is approached and goes to the flame. Therefore, secondary air can be reliably supplied to the flame, and when the exhaust gas leaks out and enters the secondary air, it is effective to burn the exhaust gas and discharge it unburned. To prevent.

次に、上述の構成における燃焼装置3の動作を説明する。   Next, operation | movement of the combustion apparatus 3 in the above-mentioned structure is demonstrated.

まず、燃料電池1の運転が指示されると、ヒータ16への通電を開始して気化器11を加熱する。そして気化器11の温度が灯油を気化することのできる温度に達すると、気化器11へ灯油の供給を開始する指示が出され、灯油は灯油供給通路4を通って気化器11に供給される。   First, when the operation of the fuel cell 1 is instructed, energization of the heater 16 is started and the vaporizer 11 is heated. When the temperature of the vaporizer 11 reaches a temperature at which kerosene can be vaporized, an instruction to start supplying kerosene is issued to the vaporizer 11, and the kerosene is supplied to the vaporizer 11 through the kerosene supply passage 4. .

そして、気化器11に供給された灯油は加熱され気化された燃焼用ガスとなり、この燃焼用ガスはノズル17から噴出し、このノズル17から噴出した燃焼用ガスは混合室12へ入る。この際、空気室15内の空気も一次空気として混合室12へ引き込まれるため、混合室12内では燃焼用ガスと一次空気が混合されて燃焼用混合ガスとなる。   The kerosene supplied to the vaporizer 11 becomes heated and vaporized combustion gas, and this combustion gas is ejected from the nozzle 17, and the combustion gas ejected from the nozzle 17 enters the mixing chamber 12. At this time, since the air in the air chamber 15 is also drawn into the mixing chamber 12 as primary air, the combustion gas and the primary air are mixed in the mixing chamber 12 to become a combustion mixed gas.

そして燃焼用混合ガスは、炎板23の中央部に設けられた混合ガス導出部20より噴出して、点火装置25により点火されて混合ガスバーナ26での燃焼が開始される。   The combustion gas mixture is ejected from the gas mixture outlet 20 provided at the center of the flame plate 23 and ignited by the ignition device 25 to start combustion in the gas mixture burner 26.

この際、二次空気導出部22からは二次空気が噴出されていて、燃焼用混合ガスの燃焼により形成される火炎に供給されて燃焼用混合ガスは完全燃焼することになる。   At this time, the secondary air is ejected from the secondary air outlet 22 and supplied to the flame formed by the combustion of the combustion gas mixture, so that the combustion gas mixture is completely combusted.

このように、燃焼用混合ガスが燃焼することにより改質装置2が加熱される。そして、改質装置2の温度が作動温度まで上昇すると、この改質装置2により、炭化水素等の原燃料としての灯油から水素主成分の改質ガスの生成が開始され、この水素主成分の改質ガスは水素ガス供給通路7を通って燃料電池1の水素極に供給されて燃料電池1が作動し、燃料電池1では水素主成分の改質ガスと酸素を反応させて発電運転が行われる。   Thus, the reformer 2 is heated by burning the mixed gas for combustion. When the temperature of the reforming device 2 rises to the operating temperature, the reforming device 2 starts generating reformed gas containing hydrogen as a main component from kerosene as raw fuel such as hydrocarbons. The reformed gas is supplied to the hydrogen electrode of the fuel cell 1 through the hydrogen gas supply passage 7 to operate the fuel cell 1, and the fuel cell 1 performs the power generation operation by reacting the reformed gas mainly composed of hydrogen with oxygen. Is called.

この燃料電池1の発電運転の際、該燃料電池1の水素極に供給された水素主成分の改質ガスは全てが発電に消費されるものではなく、数10%程度の未反応水素ガスを含有したまま排ガスとして排出され、この排ガスも燃焼装置3での燃焼に用いられる。   During the power generation operation of the fuel cell 1, not all of the hydrogen-based reformed gas supplied to the hydrogen electrode of the fuel cell 1 is consumed for power generation. The exhaust gas is discharged as it is contained, and this exhaust gas is also used for combustion in the combustion device 3.

具体的には、この排ガスは排ガス供給通路8から排ガス供給管13を通って排ガス室19に供給され、排ガス導出部21から噴出される。すると、既に混合ガス導出部20に形成されている火炎と接触することで着火して燃焼し、燃焼用混合ガスと排ガスの両方による燃焼が開始される。   Specifically, the exhaust gas is supplied from the exhaust gas supply passage 8 through the exhaust gas supply pipe 13 to the exhaust gas chamber 19 and ejected from the exhaust gas outlet 21. Then, it comes into contact with the flame already formed in the mixed gas outlet 20 and ignites and burns, and combustion by both the mixed gas for combustion and the exhaust gas is started.

そして、燃焼用混合ガスと排ガスの両者の火炎は二次空気導出部22から供給される二次空気を取り込むことで完全燃焼し、改質装置2の加熱を継続する。   The flames of both the mixed gas for combustion and the exhaust gas are completely burned by taking in the secondary air supplied from the secondary air deriving unit 22, and the heating of the reformer 2 is continued.

その後、排ガスの燃焼が安定した時点で気化器11への灯油の供給を停止し、排ガス単独での燃焼に移行し、改質装置2の加熱が継続される。   Thereafter, the supply of kerosene to the vaporizer 11 is stopped when the combustion of the exhaust gas is stabilized, the combustion is shifted to the exhaust gas alone, and the heating of the reformer 2 is continued.

もしもこの排ガス単独燃焼中に隙間から排ガスが空気室15中へ漏れ出したとしても、排ガスは空気室15内で空気と混ざり合い二次空気とともに二次空気導出部22から噴出して排ガスバーナ27で形成される火炎に供給されるので、二次空気に含まれる排ガスは火炎とともに燃焼し、未燃のまま排出されることを防止される。   Even if the exhaust gas leaks into the air chamber 15 from the gap during the exhaust gas combustion alone, the exhaust gas mixes with the air in the air chamber 15 and is ejected from the secondary air outlet 22 together with the secondary air. Therefore, the exhaust gas contained in the secondary air burns with the flame and is prevented from being discharged unburned.

次に本発明のその他の実施例を図3を用いて説明する。   Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図3において、混合室12の外周には排ガス室19が設けられていて、排ガス室19の一部が空気室15に張り出すように形成され、この張り出した部分の底面に排ガス供給管13が接続されている。   In FIG. 3, an exhaust gas chamber 19 is provided on the outer periphery of the mixing chamber 12, and a part of the exhaust gas chamber 19 is formed so as to project to the air chamber 15, and an exhaust gas supply pipe 13 is formed on the bottom surface of the projecting portion. It is connected.

このように排ガス供給管13を排ガス室19の底面に接続することで、より簡単に排ガスバーナ27を構成することができる。   By connecting the exhaust gas supply pipe 13 to the bottom surface of the exhaust gas chamber 19 in this way, the exhaust gas burner 27 can be configured more easily.

本実施例を示す正断面図である。It is front sectional drawing which shows a present Example. 本実施例の炎板を示す平面図である。It is a top view which shows the flame plate of a present Example. その他の実施例の要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of the other Example. 燃料電池で使用される水素を製造するシステムである。This is a system for producing hydrogen used in a fuel cell. 燃料電池システムの概略図である。1 is a schematic view of a fuel cell system. 従来例を示す正断面図である。It is a front sectional view showing a conventional example.

符号の説明Explanation of symbols

12 混合室
13 排ガス供給管
15 空気室
19 排ガス室
20 混合ガス導出部
21 排ガス導出部
22 二次空気導出部
23 炎板
23a、23b、23c 噴出孔
25 点火装置
28 二次空気絞り部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Mixing chamber 13 Exhaust gas supply pipe 15 Air chamber 19 Exhaust gas chamber 20 Mixed gas derivation part 21 Exhaust gas derivation part 22 Secondary air derivation part 23 Flame 23a, 23b, 23c Ejection hole 25 Ignition device 28 Secondary air throttling part

Claims (1)

液体燃料を気化させた燃焼用ガスと一次空気とを混合し燃焼用混合ガスとする混合室と、前記混合室の外周に取り付けられ燃料電池からの排ガスを収容する排ガス室と、この排ガス室に燃料電池からの排ガスを供給する排ガス供給管と、火炎に供給する二次空気を収容する空気室と、前記混合室と前記排ガス室と前記空気室が連接される炎板と、この炎板を貫通する複数の噴出孔と、混合ガスに点火する点火装置を備え、前記噴出孔は前記炎板の中央に燃焼用混合ガスを導出する混合ガス導出部を形成し、前記混合ガス導出部を囲繞する状態で排ガスを導出する排ガス導出部を形成し、さらに前記排ガス導出部を囲繞する状態で二次空気を導出する二次空気導出部を形成するとともに、前記点火装置は前記空気室内を通って前記炎板を貫通し前記混合ガス導出部に臨むように設けられていることを特徴とする燃料電池用水素供給装置の燃焼装置。 A mixing chamber that mixes combustion gas vaporized with liquid fuel and primary air to form a mixed gas for combustion, an exhaust gas chamber that is attached to the outer periphery of the mixing chamber and contains exhaust gas from the fuel cell, and an exhaust gas chamber An exhaust gas supply pipe for supplying exhaust gas from the fuel cell, an air chamber for storing secondary air supplied to the flame, a flame plate connecting the mixing chamber, the exhaust gas chamber and the air chamber, and this flame plate A plurality of jetting holes penetrating through and an ignition device for igniting the mixed gas, wherein the jetting hole forms a mixed gas deriving portion for deriving a mixed gas for combustion at the center of the flame plate, and surrounds the mixed gas deriving portion; An exhaust gas deriving unit for deriving exhaust gas in a state where the exhaust gas is derived, and a secondary air deriving unit for deriving secondary air in a state of surrounding the exhaust gas deriving unit, and the ignition device passing through the air chamber Penetrate the flame plate Combustion apparatus for a fuel cell the hydrogen supply device, characterized in that is provided so as to face the serial mixed gas outlet portion.
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