JP4829047B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼用ガスと一次空気とを混合した燃焼用混合ガスを燃焼するバーナを有する燃焼装置に関するものである。

従来、灯油等の液体燃料を燃焼する構造を有する燃焼装置として、燃料を加熱気化する気化器を備え、この気化器の先端からバーナの混合管に燃焼用ガスを噴出し、噴出の際に引き込まれる一次空気と燃焼用ガスとを混合管内で混合して燃焼用混合ガスを生成し、この燃焼用混合ガスを燃焼させるバーナを有する構造のものがあり、このように構成することで、気化器から噴出される燃焼用ガスの量に応じ混合管に引き込まれる一次空気の量が自動的に調整されるので、常に安定した燃焼が行われるようになっている。

そして、燃焼が継続した状態では、バーナで形成される火炎によって混合管も昇温して高温となっているのだが、燃焼開始直後などでは混合管の温度は低く、室温と同等程度である。そのため、高温の燃焼用ガスが混合管に噴出されると、燃焼用ガスは混合管内壁に接触することで冷却されて再液化し、再液化した燃焼用ガスはドレンとなって混合管内壁に付着してしまう。また、一次空気の温度も燃焼ガスに比べて低いため、燃焼用ガスと一次空気が混合される際に一次空気により燃焼用ガスは冷却されて再液化し、これもまたドレンとなって混合管内部に付着することになる。

このようにして混合管内部で発生したドレンが混合管を伝わってバーナの燃焼面に到達すると、液状のドレンは燃焼用ガスよりも燃焼性が悪いため、煤を出しながら燃焼する赤火燃焼を引き起こしてしまうことになる。そのため、混合管にドレンパイプを設けてドレンをバーナ外へ排出したり、混合管の入り口をドレンを受けるための受皿状に加工して、一時的にドレンを溜めておくようにして燃焼面へドレンが流出してしまうのを防ぐようにしたものがある。
特開平６−２０１１０８号公報

しかしながら、混合管よりもバーナが下方に位置するように燃焼装置が構成されている場合、上述のように構成しても混合管内に付着したドレンは混合管内壁を伝ってバーナの燃焼面にまで到達してしまうことがあるため、赤火燃焼等の燃焼状態の悪化を防止することができなかった。

本発明は、上記課題を解決するためのもので、ドレンが発生しても良好な燃焼状態を維持することのできる燃焼装置を提供することを目的とする。

本発明は、液体燃料を気化した燃焼用ガスと一次空気とを混合経路で混合して燃焼用混合ガスを生成し、この燃焼用混合ガスを燃焼させるバーナを有する燃焼装置において、前記混合経路は燃焼用ガスが再液化することにより生じたドレンを受けるドレン受部を備え、前記ドレン受部は、前記混合経路を流れる燃焼用混合ガスに対向して設けられているとともに中央に開口部を有していることを特徴とする燃焼装置である。

また、前記開口部の面積は混合経路の最も狭い部分の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置である。

また、前記バーナは混合経路の下方に設けられていることを特徴とする請求項２記載の燃焼装置である。

上述のように構成することにより、混合経路で発生したドレンはドレン受部に溜まるため、ドレンがバーナの燃焼面に到達することがないから、赤火燃焼などの異常燃焼状態を招くことなく良好な燃焼を維持することができる。さらに、ドレン受部に溜まったドレンが気化すると燃焼用ガスとなるため、バーナで燃焼させることができる。

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。

本発明は、燃焼用ガスと一次空気とを混合した燃焼用混合ガスを燃焼するバーナを有する燃焼装置であって、燃焼用ガスと一次空気とを混合する混合経路内にドレンを回収するドレン受部を備えている。

具体的には、ドレン受部は混合経路を流れる燃焼用混合ガスに対向して設けられるとともに中央に開口部を有しているので、混合経路内で発生したドレンは混合経路を伝ってドレン受部に溜まり、燃焼用混合ガスはこのドレン受部の開口部を通過してバーナへ向かうようになっている。また、燃焼によってバーナの温度が上昇すると、それに伴ってドレン受部の温度も上昇するため、ドレン受部に溜まったドレンは気化して燃焼用ガスとなり、燃焼用混合ガスと混ざり合うことでバーナで燃焼されるようになる。

したがって、混合管よりもバーナが下方に位置するように構成された燃焼装置であっても確実にドレンを受けて、ドレンがバーナの燃焼面に付着することがないから、赤火燃焼などの異常燃焼状態を招くことなく良好な燃焼を維持することとなるのである。

以下、図面に基づいて実施例１の燃焼装置について詳細な説明をする。

本発明は、燃焼用ガスと一次空気とを混合した燃焼用混合ガスを燃焼するバーナを有する燃焼装置であって、本実施例では、炭化水素等の原燃料（水素原料）から水素主成分の改質ガスを生成する改質装置を加熱するための燃焼装置として用いた場合を例に説明する。

図１は燃焼装置の正断面図であって、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３０と、燃料電池で発生する水素極排ガスを燃焼させる排ガスバーナ３１と、混合ガスバーナ３０及び排ガスバーナ３１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２９を有した二次空気通過部２８と、筐体１４内に設けた給気室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。

気化器１１は、筐体１４の上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３０の混合管１２へ燃焼用ガスを噴射するように構成されている。

混合管１２は筒状部材からなり、ここで燃焼用ガスと一次空気とが混合されて燃焼用混合ガスとなる。なお、この混合管１２の内部に燃焼用ガスと一次空気との混合を促進させる混合手段を設けた構成としても構わない。

この混合手段としては、例えば図４で示すように筒状の混合管１２の内側に多数の突起３４を設けて、混合管１２内の燃焼用ガスと一次空気の流れに小さな渦状乱流を生じさせることで撹拌したり、図５のように流路を狭めるための絞り部材３５を設けて、燃焼用ガスがノズル１７から混合部１２に噴出される際に絞り部材３５の前後で圧力差を生じさせ、このときの収縮・膨張により燃焼用ガスと一次空気を撹拌させて混合するなど種々の方法を採用することができる。

そして混合ガスバーナ３０は、筐体１４内に配設される円筒状のバーナ本体３２の上部に、混合部１２を嵌挿配設した構造であり、このバーナ本体３２の内部空間は混合部１２から送られる燃焼用混合ガスを送る混合ガス送り部２０として構成されている。そして、混合管１２内部から混合ガス送り部２０によって形成される空間が混合ガスを生成する混合経路３６となっていて、この混合経路３６には燃焼用ガスが冷却されることで発生したドレンを受けるドレン受部３７が備えられている。

ドレン受部３７は、燃焼用混合ガスの流れに対向するようにしてバーナ本体３２に配設されるとともに、その中央部には燃焼用混合ガスが通過するための開口部３８を有している。

図２は本発明の混合経路３６の拡大図であるが、混合経路３６の最も狭い部分の径をＬ１、開口部３８の径をＬ２とすると、Ｌ１＞Ｌ２となるように開口部３８の口径Ｌ２が設定されている。なお、混合管１２の内部に撹拌手段が設けられている図４および図５のような場合は、混合経路３６のもっとも狭い部分の径はそれぞれ図中にＬ１で示すとおりとなる。

また、バーナ本体３２は、その下部に段部３２ａを介して径大の保炎リング部１９が一体に設けられており、この保炎リング部１９は筐体１４の下部開口部を閉塞する状態で該筐体１４に配設されている。

また、このバーナ本体３２の段部３２ａには、複数の貫通する噴出孔２４ａ，２４ｂが設けられた炎板２４が載置架設されている。

この炎板２４の裏面には混合ガス送り部２０が連設され、この炎板２４に設けられた噴出孔２４ａ，２４ｂのうち、該炎板２４の中央部（段部３２ａに載置されない部分）に配される噴出孔２４ａ（図３中の径大孔及びその周辺の計８個の径小孔）は、燃焼用混合ガスを導出する混合ガス導出部２２として構成され、この炎板２４の表面側は火炎形成部位１８として構成されている。尚、混合ガス導出部２２の数や孔の大きさは適宜設計し得るものである。

また、炎板２４は、その裏面部に網材２５が配設されている。

この網材２５は、炎板２４における混合ガス導出部２２（噴出孔２４ａ）と、後述する排ガス導出部２３（噴出孔２４ｂ）とを覆う状態となり、混合ガス導出部２２から導出した燃焼用混合ガスの燃焼炎及び排ガス導出部２３から導出した排ガスの燃焼炎の逆火を防止し得るように構成されている。

従って、逆火が生じることがなく安全であり、しかも、混合ガス導出部２２及び排ガス導出部２３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り、量産性に秀れるのは勿論、この点においても製造コストを抑えることができる。尚、網材２５は、炎板２４の表面部に設けても良いし、表裏両面に設けても良い。

排ガスバーナ３１は、図１に図示したように燃料電池から延設される排ガス供給通路８と連通する排ガス供給管１３と、この排ガス供給管１３の上端部が連設するバーナ本体３２の外側空間とから成る排ガス送り部２１を有する構造である。

この排ガス送り部２１は、炎板２４の裏面に連設されており、具体的には、バーナ本体３２の段部３２ａに形成された貫通孔３２ａ’は炎板２４の周縁部に形成された噴出孔２４ｂに合致するように構成されており、よって、この炎板２４の周縁部に形成された噴出孔２４ｂ（図３中の噴出孔２４ａ周辺の計１４個の径小孔）は排ガス（水素極排ガス）を導出する排ガス導出部２３として構成されている。尚、排ガス導出部２３の数や孔の大きさは適宜設計し得るものである。

また、排ガス供給管１３内にはセンサー２６が配設されている。

このセンサー２６は、燃焼に伴って発生する温度や光、炎電流などを検知することで正常に燃焼が行われているかを判定するためのものであり、排ガス供給管１３を通り、段部３２ａと炎板２４を貫通して先端を炎形成部位１８に臨ませている。また、このセンサー２６と対向する位置には混合ガスバーナ３０（混合ガス導出部２２）から導出される燃焼用混合ガスに点火する点火装置２７が設けられている。

二次空気通過部２８は、図１に図示したように筐体１４の下部及びバーナ本体３２の周囲に筒状部材３３を適宜間隔を介して被嵌配設して構成されており、この筒状部材３３の下端部とバーナ本体３２の上端部との連設部の一部を開口して二次空気供給部２９が設けられている。

従って、送風通路５から給気室１５に流入した空気は二次空気通過部２８を通って二次空気供給部２９から火炎の先端に供給されることになる。

次に、前述した構成から成る本実施例に係る燃焼装置の動作について説明する。

まず、燃料電池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したことをセンサー（図示省略）が検知すると、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。

そして、気化器１１に供給された灯油は加熱気化されて燃焼用ガスとなり、この燃焼用ガスはノズル１７から噴出し、ノズル１７から噴出した燃焼用ガスは混合管１２へ入る。この際、給気室１５内の空気が一次空気として混合管１２へ引き込まれるため、混合管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。

また、混合管１２内部に撹拌手段として突起３４や絞り部材３５が設けられている場合は、撹拌手段によって燃焼用ガスと一次空気が撹拌されてより均一に混合される。

ところで、燃焼開始直後などでは混合管１２の温度は低く、室温と同等程度であるため、高温の燃焼用ガスが混合管１２に噴出されると、燃焼用ガスは混合管１２内壁に接触することで冷却されて再液化することとなり、再液化した燃焼用ガスはドレンとなって混合管１２内壁に付着する。また、一次空気の温度も燃焼ガスに比べて低いため、燃焼用ガスと一次空気が混合される際に一次空気により燃焼用ガスは冷却されて再液化し、これもまたドレンとなって混合管１２内壁に付着することになる。

混合管１２に付着したドレンは内壁を伝って下方へ移動し、混合管１２の下端から滴下してドレン受部３７に回収される。このドレン受部３７は中央に開口部３８が設けられているが、開口部３８の口径Ｌ２は混合経路３６の最も狭い部分である混合管１２の開口径よりも小さくなっているため、滴下したドレンはすべてドレン受部３７に溜まり、開口部３８を通過して燃焼面（炎板２４）に付着してしまうことはない。したがって、赤火等の異常燃焼を発生させることなく良好な燃焼を維持することができる。

また、図４および図５のように、混合管１２の内部に突起３４や絞り部材３５が設けられていて流路が狭くなっている部分がある場合には、ドレンが突起３４や絞り部材３５から滴下することがあるため、ドレン受部３７の開口部３８の口径Ｌ２は、図中Ｌ１で示す混合経路３６の最も狭い部分の径よりも小さくして、滴下するドレンをドレン受部３７で確実に受けるのである。

そして燃焼用混合ガスは、ドレン受部３７の開口部３８を通過し、混合ガス送り部２０から混合ガスバーナ３０に供給され、炎板２４の中央部に設けられた混合ガス導出部２２より噴出して、点火装置２７により点火されて燃焼が開始される。

この際、二次空気供給部２９からは二次空気が噴出されており、燃焼用混合ガスの燃焼により形成される火炎の先端付近に二次空気が供給されて燃焼用混合ガスは完全燃焼することになる。

そして燃焼によって混合ガスバーナ３０の温度が上昇すると、それに伴ってドレン受部３７の温度も上昇してドレン受部３７に溜まったドレンが気化されることになる。すると気化したドレンは、混合経路３６で燃焼用混合ガスに混合されて混合ガスバーナ３０で燃焼するため、ドレン受部３７からドレンが溢れてしまうこともない。

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が加熱される。そして、改質装置の温度が作動温度まで上昇すると、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燃料電池に供給されて燃料電池が作動し、発電運転が行われる。

燃料電池の発電運転の際、該燃料電池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水素極排ガスとして排出され、水素極排ガスも燃焼装置での燃焼に用いられる。

具体的には、この水素極排ガスは排ガス供給通路８から排ガス送り部２１を通って排ガスバーナ３１に供給され、この排ガスバーナ３１に供給された水素極排ガスは排ガス導出部２３から保炎リング部１９内に噴出される。すると、既に混合ガス導出部２２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、燃焼用混合ガスと水素極排ガスの両方による燃焼が開始される。

そして、両者の火炎は二次空気供給部２９から供給される二次空気を取り込むことで完全燃焼し、改質装置の加熱を継続する。この混合ガス導出部２２と排ガス噴出部２３は同一の炎板２４上に設けられ、該両者間の距離は短い為、排ガス導出部２３から噴出した水素極排ガスは確実に火炎と接触して着火することになる。

ところで、改質装置が作動した直後は燃料電池に対する水素主成分の改質ガスの供給が安定しないため、燃料電池から排出される水素極排ガスの量も不安定である。よって、水素極排ガスだけでは安定した燃焼を維持することは難しいため、改質装置の作動後しばらくは燃焼用混合ガスと水素極排ガスの両方による燃焼が継続されることとなる。

そして、水素極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、水素極排ガス単独での燃焼に移行する。尚、水素極排ガスの量は燃料電池の出力に左右されるため、排ガスバーナ３１単独燃焼時においては、燃料電池の出力が低く水素極排ガスの排出量が少ない場合は燃焼量が不足し、改質装置の作動に必要な温度を維持できなくなる。そこで、図示省略のセンサーにより検知される改質装置の温度が所定値以下となった場合は、ふたたび気化器１１に液体燃料を供給して燃焼用混合ガスを発生させ、燃焼用混合ガスと水素極排ガスの両方を燃焼させることで改質装置を加熱する。

また、燃焼装置の燃焼状態はセンサー２６により常時監視されており、センサー２６は燃焼に伴い発生する温度や光、炎電流等を検知して燃焼状態が判定されている。

（他の実施例）なお、本発明の燃焼装置は実施例１の構造に限るものではなく、発明の範囲内で他にも多様な変形例が実施可能である。その変形例の一例を図６から図９に示す。

いずれの例においても、混合経路３６で発生したドレンは、混合経路３６を伝ってドレン受部３７に溜まり、燃焼用混合ガスはドレン受部３７の開口部３８を通過して混合ガス送り部２０から混合ガスバーナ３０に供給されるようになっている。したがって、ドレンが燃焼面（炎板２４）に付着することがないから、赤火燃焼などの異常燃焼状態を招くことなく良好な燃焼を維持することができる。

本発明の実施例を示す正断面図である。 本発明の実施例に係る混合経路を説明する断面図である。 本発明の実施例に係る要部を説明する平面図である。 本発明の混合管の例を説明する断面図である。 本発明の混合管の例を説明する断面図である。 本発明のその他の実施例に係るドレン受部を説明する断面図である。 本発明のその他の実施例に係るドレン受部を説明する断面図である。 本発明のその他の実施例に係るドレン受部を説明する断面図である。 本発明のその他の実施例に係るドレン受部を説明する断面図である。

符号の説明

３０ バーナ（混合ガスバーナ）
３６ 混合経路
３７ ドレン受部
３８ 開口部

Claims (3)

1. 液体燃料を気化した燃焼用ガスと一次空気とを混合経路で混合して燃焼用混合ガスを生成し、この燃焼用混合ガスを燃焼させるバーナを有する燃焼装置において、前記混合経路は燃焼用ガスが再液化することにより生じたドレンを受けるドレン受部を備え、前記ドレン受部は、前記混合経路を流れる燃焼用混合ガスに対向して設けられているとともに中央に開口部を有していることを特徴とする燃焼装置。
2. 前記開口部の面積は混合経路の最も狭い部分の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
3. 前記バーナは混合経路の下方に設けられていることを特徴とする請求項２記載の燃焼装置。

Images