JP4904879B2

JP4904879B2 - 燃料処理装置用気化バーナ装置

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Publication number: JP4904879B2
Application number: JP2006086132A
Authority: JP
Inventors: 行貴濱田; 榮千々岩; 実水澤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: JP2007261828A

Description

本発明は、原料（原燃料）を水蒸気改質して、燃料電池へ供給するための水素リッチな改質ガス（燃料ガス）を生成させる燃料処理装置に具備させて上記水蒸気改質用の熱源とする燃焼ガスを発生させるためのバーナ装置のうち、灯油の如き気化を必要とする液体燃料を追焚き燃料として使用する燃料処理装置用気化バーナ装置に関するものである。

燃料電池は、燃料を用いた他の発電方法に比して熱効率が高く、又、環境汚染が少ないため、有効な発電装置として期待されている。特に、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、１００℃以下という低温で発電が行なわれ、出力密度が高いので、他の形式の燃料電池に比して小型化でき、しかも、電池構成材料の劣化が少ないこと、起動が容易であること、等の長所があることから、近年、小規模な業務用あるいは家庭用等の発電装置として使用されるようになってきている。

上記固体高分子型燃料電池を用いた発電装置（ＰＥＦＣ発電装置）の一般的な構成は、以下のようにしてある。すなわち、図６に示す如く、電解質としてフッ素系のイオン交換膜が用いられている固体高分子電解質膜の両面をカソード（空気極）２とアノード（燃料極）３の両ガス拡散電極で挟持させてなるセルを、セパレータ（図示せず）を介し積層してスタックとしてなる構成として固体高分子型燃料電池１を形成する。上記固体高分子型燃料電池１におけるアノード３の入口側には、改質器５、低温シフトコンバータ６、ＣＯ選択酸化反応器（ＣＯ除去器）７を順に備えてなる燃料処理装置４と、加湿器８を設けている。これにより、燃料供給部より供給される都市ガス（天然ガス）やＬＰＧ等の原料（原燃料）９を、脱硫器１０にて脱硫した後、原料予熱器（原燃料気化器）１１にて予熱してから、水蒸発器１２より導かれる水蒸気１３と共に上記燃料処理装置４へ供給し、該燃料処理装置４の改質器５にておよそ７００℃前後に加熱して水蒸気改質を行わせる。得られる改質ガス（燃料ガス）１４を、低温シフトコンバータ６に導いておよそ２００〜２５０℃前後まで温度低下させてシフト反応させ、更に、上記ＣＯ選択酸化反応器７にておよそ１００〜１２０℃前後まで温度低下させてＣＯ除去処理するようにする。しかる後、上記燃料処理装置４より送出される改質ガス１４が、加湿器８にて加湿された後、上記固体高分子型燃料電池１のアノード３へ供給されるようにしてある。一方、上記カソード２の入口側には、酸化ガスとして空気１５が、圧縮器（空気ブロワ）１６で圧縮された後、上記加湿器８を経てから供給されるようにしてある。

かかる構成としてあることにより、上記固体高分子型燃料電池１にて、アノード３側に供給される改質ガス１４中の水素と、カソード２側に供給される空気１５中の酸素とを電気化学反応（燃料電池反応）させて、この際発生する起電力を取り出すようにしてある。

上記固体高分子型燃料電池１による燃料電池反応の後、アノード３の出口より排出されるアノードオフガス１７には未反応の水素が残存している。そのために、上記アノードオフガス１７は、上記燃料処理装置４の改質器５に付設された図示しないバーナへ導いて燃焼させて、上記改質器５の改質室にて吸熱反応である水蒸気改質反応を進行させるための熱源として利用するようにしてある。

更に、上記アノードオフガス１７の発熱量が小さいことに鑑みて、上記燃料処理装置４のバーナには、燃料供給部より供給される都市ガスやＬＰＧ等の原料９の一部を追焚き燃料９ａとして供給して燃焼させることにより、上記燃料処理装置４を運転して改質器５にて原料９の水蒸気改質を行わせる際に上記アノードオフガス１７の発熱量のみでは不足する熱量を補うようにしてある。

一方、燃料処理装置４の起動時は、改質器５へ原料９を供給する前に、該改質器５を予め所要温度まで昇温させる必要がある。又、固体高分子型燃料電池１の運転開始前であるため、燃料処理装置４のバーナへのアノードオフガス１７の供給は行われない。そのために、上記燃料処理装置４の起動時には、該燃料処理装置４のバーナへ、上記都市ガスやＬＰＧ等の追焚き燃料９ａのみを燃焼用燃料として供給して燃焼させるようにしてある。１８は固体高分子型燃料電池１における冷却部である。

ところで、上記改質器５、シフトコンバータ６及びＣＯ選択酸化反応器７を備えてなる燃料処理装置４としては、図７及び図８に示す如く、改質器５とシフトコンバータ６とＣＯ選択酸化反応器７とを上下方向に直列に配置することにより軸方向の熱伸びを緩和できるようにすると共に、上記改質器５に関連するバーナ１９や水蒸発器１２、原料予熱器１１等を１つのユニットにまとめるようにした形式のものが従来提案されている。

すなわち、上記ユニット化された燃料処理装置４は、所要の高さ寸法を有し且つ上端を閉塞した容器内筒２０ａと容器外筒２０ｂとの間に真空断熱層２０ｃを備えた真空断熱容器２０の下端部に、ベースプレート２１の外周縁部の上側に設けたベース外筒２２の上端部が気密に連結してある。上記ベースプレート２１の中心部には、上記真空断熱容器２０の上下方向中間部付近まで立ち上がるベース内筒２３が設けてあり、該ベース内筒２３の上端部内側にバーナ（燃焼装置）１９が設けてある。

上記バーナ１９は、たとえば、図８に示す如く、中空円筒状として周壁の周方向所要間隔個所に上下方向多段に空気吹出し孔２５を穿設してなるバーナコーン２４を上記ベース内筒２３の上端部内側に同心状に配置し、上記ベース内筒２３とバーナコーン２４の上端部同士の間をリング状の閉塞板２６により閉塞させると共に、上記バーナコーン２４の下端部を底板（閉塞板）２７により閉止させてあり、図７に示す空気供給管２８よりダクト２９を経て上記ベース内筒２３の内側を経て下端側から供給される空気３０を、上記ベース内筒２３の内部を通してバーナコーン２４の外周側へ導いた後、上記各空気吹出し孔２５を通してバーナコーン２４の内側へ供給できるようにしてある。

上記バーナコーン２４の中心部には、クラウンタワー３１が、底板２７と所要の隙間を隔てて中子状に配設してある。更に、上記ベース内筒２３の下側に設けて図示しないアノードオフガス配管を接続するようにしてある燃料ガス接続座３２に下端が接続してあるアノードオフガス供給管（燃料ガス供給管）３３が、上記ベース内筒２３の内側に挿通させて配設されていると共に、該アノードオフガス供給管３３の上端部が、上記バーナコーン２４の底板２７の中心部に貫通させて連通接続してある。更に、上記アノードオフガス供給管３３の上部寄り位置には、該アノードオフガス供給管３３の途中位置の側壁部を貫通させて該アノードオフガス供給管３３内に挿入した追焚き燃料供給管３４の先端部（上端部）が、同心状に収納させてある。これにより、燃料処理装置の通常運転時には、図示しない燃料電池より上記アノードオフガス配管、燃料ガス接続座３２を経た後、上記アノードオフガス供給管３３を通して供給されるアノードオフガス１７と、上記追焚き燃料供給管３４より供給される追焚き燃料９ａとを上記アノードオフガス供給管３４の上端部内側で予め混合してなる混合燃料を、上記クラウンタワー３１の下側を通して該クラウンタワー３１の外周に形成される環状の燃焼ゾーン（保炎スペース）へ供給して、上記バーナコーン２４の空気吹出し孔２５より供給される空気３０を用いて燃焼させることができるようにしてある。又、燃料処理装置の起動運転時には、上記アノードオフガス１７と追焚き燃料９ａとを上記アノードオフガス供給管３４の上端部内側で予混合してなる混合燃料に代えて、上記追焚き燃料供給管３４より供給される追焚き燃料９ａのみを、アノードオフガス供給管３４の上端部を経て上記と同様に、クラウンタワー３１の下側から該クラウンタワー３１の外周の燃焼ゾーン（保炎スペース）へ供給して、上記空気吹出し孔２５より供給される空気３０を用いて燃焼させることができるようにしてある。

３５は上記バーナ１９の点火用のスパークロッドであり、該スパークロッド３５は、上記バーナコーン２４の底板２７に設けた開口部３６の下側に取り付けてある短管３７の内側に、該短管３７の底板３７ａを下方から貫通させるように取り付けてあり、上端部となる放電部３５ａのみを、上記底板２７の開口部３６を通してバーナコーン２４の内側へ所要寸法突出させるようにしてある。

更に、上記ベース内筒２３の上側に、上記真空断熱容器２０の容器内筒２０ａの天井部付近まで上下方向に延びる炉筒３８が接続してある。該炉筒３８の内側には、上記バーナ１９の所要寸法上方位置から炉筒３８の上端よりも所要寸法上方へ突出する位置まで上下方向に延びる下端の閉塞された案内筒３９が、同心状に挿通させて配設されると共に、該案内筒３９の上端部（突出端部）に、上記炉筒３８よりも大径の案内板４０が取り付けてある。これにより、上記バーナ１９におけるアノードオフガス１７や追焚き燃料９ａの燃焼により発生する高温（約１０００〜１２００℃）の燃焼ガス４１を、上記炉筒３８の内周面と案内筒４０の外周面との隙間を通して上昇させて炉筒３８の上端まで導いた後、上記案内板４０に案内させて該燃焼ガス４１のガス流れ方向を下向きに反転させて、上記容器内筒２０ａと、上記炉筒３８及びベース内筒２３との間に上下方向の円筒状の空間部として形成される燃焼ガス流路４２を、上記ベース外筒２２の側壁に設けた排気口４３へ向けて下向きに流通させることができるようにしてある。

上記炉筒３８の外周に位置する燃焼ガス流路４２の上部領域には、縦長の円筒形状としてある改質器５が、周方向所要間隔で複数基、たとえば、６基配設されていると共に、該各改質器５の下方位置の燃焼ガス流路４２内に、上記改質器５へ供給する水蒸気１３（図６参照）を発生させるための水蒸発器１２が設けてある。更に、上記ベース内筒２３の外周に位置する燃焼ガス流路４２の下部領域に、上記改質器５の下流側に直列に接続する低温シフトコンバータ６とＣＯ選択酸化反応器７とが上方から順に配設されるようにしてある。４４は上記各改質器５が配設してある燃焼ガス流路４２の上部領域に設けた螺旋板であり、上記燃焼ガス流路４２の上部領域を上端側から下方へ向かう燃焼ガス４１を、上記螺旋板４４に沿わせて流通させることにより、該燃焼ガス４１を上記各改質器５に対して横切る方向へ流すことができるようにして、該各改質器５に対する燃焼ガス４１からの伝熱効率を高めることができるようにしてある。４５は上記低温シフトコンバータ６の外周に配設した原燃料気化器である。

以上の構成としてあることにより、上記バーナ１９でアノードオフガス１７と追焚き燃料９ａ又は追焚き燃料９ａのみを燃焼させて発生させた高温の燃焼ガス４１が上記炉筒３８の内周面と案内筒４０の外周面との隙間を通して上昇する際に高温に加熱される上記炉筒３８からの輻射（放射伝熱）と、上記炉筒３８の上端に達した後、上記燃焼ガス流路４２を螺旋板４４に沿って下向きに流れる燃焼ガス４１からの対流伝熱により、上記各改質器５が７００℃程度まで加熱されるようにしてあり、該各改質器５にて、原燃料気化器４５にて予熱されてから改質器５へ供給される原料ガス（図示せず）と、上記水蒸発器１２より供給される水蒸気（図示せず）とによる水蒸気改質反応を進行させて改質ガスが発生されるようにしてある。更に、上記各改質器５における水蒸気改質反応の熱源として供されて温度が低下された燃焼ガス４１は、その残存する熱が、上記水蒸発器１２にて上記各改質器５へ供給する水蒸気を発生させるための熱源として利用されるようになる。

上記各改質器５にて発生させた改質ガスは、上記低温シフトコンバータ６によるシフト反応と、上記ＣＯ選択酸化反応器７によるＣＯ除去処理が順次行われて、燃料電池へ供給するための改質ガスが生成される。この際、上記水蒸発器１２にて水蒸気を発生させるための熱源に供した後の燃焼ガス４１は２００〜２５０℃程度まで温度低下されるため、上記低温シフトコンバータ６におけるシフト反応を進行させる際に問題となることはない。
更に、上記低温シフトコンバータ６の周囲を通過する際には、原燃料気化器４５における原料ガスの予熱に供されて燃焼ガス４１は更に温度低下されて、１００〜１２０℃となるため、上記ＣＯ選択酸化反応器７におけるＣＯ除去処理を進行させる際に問題となることはなく、上記ＣＯ選択酸化反応器７の周囲を通過した燃焼ガス４１は、ベース外筒２２の排気口４３より外部へ排気されるようになる（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００５−１２７６３４号公報

ところが、近年、上記燃料電池へ供給する改質ガスを発生させるための原料９として、灯油を用いることが考えられてきており、この場合、上記改質ガスの原料９として用いる灯油の一部を、図７に示した如き燃料処理装置のバーナ１９へ供給する追焚き燃料９ａとして使用する場合には、以下のような問題が懸念される。

すなわち、灯油をバーナ１９で燃焼させるためには、該バーナ１９へ供給する前に、灯油を予め２５０℃程度まで加熱して気化させておく必要がある。しかし、このように予め加熱して気化させてある灯油を、図７に示した追焚き燃料９ａと同様に、アノードオフガス供給管３３の上部寄り位置に上端部を同心状に収納させてある追焚き燃料供給管３４を通してバーナ１９へ供給しても、燃料電池のアノードよりアノードオフガス供給管３３を通して導かれるアノードオフガス１７の温度が上記灯油の気化温度よりも大幅に低いため、上記追焚き燃料供給管３４を通して供給される気化状態の灯油が、アノードオフガス供給管３４の上端部にてアノードオフガス１７と予混合された時点で再液化する虞が生じる。再液化した灯油は、上記アノードオフガス供給管３３に溜まり、気化、再液化を繰り返すようになり、バーナ１９の火炎が安定化しない要因となる虞が生じる。

そこで、本発明は、灯油のような気化を必要とする液体燃料を追焚き燃料として使用する場合に、気化状態の追焚き燃料をアノードオフガスと予混合することなく燃焼ゾーンへ供給できて、気化状態の追焚き燃料の再液化が生じる虞を未然に防止できる燃料処理装置用気化バーナ装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応してバーナコーンの底板の中央部に、上端を吐出側の開口としてあるアノードオフガス供給管と、該アノードオフガス供給管の外周に同心配置した円筒状の追焚き燃料供給管の上端部とを貫通させて取り付け、上方と周方向が閉塞されて周壁に周方向に間隔を置いて燃料噴出口を設けた中空のクラウンタワーを、上記アノードオフガス供給管及び追焚き燃料供給管の上方を覆うように上記バーナコーンの底板上に配設し、更に、上記追焚き燃料供給管の上端部外周面に、上記クラウンタワーの各燃料噴出口に個別に臨む追焚き燃料噴出ノズルを設けたバーナ本体を備えてなる構成とする。

具体的には、上記構成において、クラウンタワーの周壁に設ける燃料噴出口と、追焚き燃料供給管の上端部に設ける追焚き燃料噴出ノズルの周方向配置の位相を一致させるようにした構成とする。

又、上記各構成において、バーナコーンの周壁に、空気吹出し孔を、クラウンタワーの燃料噴出口周方向配置の位相とずらして設けるようにした構成とする。

更に、上記各構成において、同心配置したアノードオフガス供給管の外周面と、追焚き燃料供給管の内周面との間に、上端部を除いて空間部を形成させるようにした構成とする。

上述の各構成におけるバーナ本体を、真空断熱容器のベースプレートの中央部に配設し、該バーナ本体の外周に、追焚き燃料供給管の上流側に接続する燃料気化管を配設し、更に、該燃料気化管の外周に、容器外部より取り入れる空気を、内部の空気流路に流通させてから内周側へ供給できるようにしてある円筒形状の熱回収装置を上下方向に配設して、上記バーナ本体での燃焼により発生させる燃焼ガスより外周方向へ伝えられる熱を、上記熱回収装置の空気流路を流通させる空気の顕熱として熱回収し、この熱回収により加熱される空気により、上記燃料気化管にて追焚き燃料を気化させることができるようにした構成とする。

同様に、上述の各構成におけるバーナ本体を、燃料処理装置の真空断熱容器のベースプレート中央部に立ち上がるように設けたベース内筒の上端部に設け、更に、追焚き燃料供給管の上流側に接続する燃料気化管を、上記バーナ本体の上側に接続した炉筒により真空断熱容器の天井部付近まで導かれた燃焼ガスが、下方に流れるようにしてある上記炉筒及びベース内筒の外周側の燃焼ガス流路に配設するようにした構成とする。

又、上述の各構成において、燃料気化管を、上下方向の螺旋形状とするようにした構成とする。

更に、上述の各構成において、アノードオフガス供給管の上流側に接続して燃料電池のアノード出口より排出されるアノードオフガスを導くためのアノードオフガス配管を、燃料処理装置の真空断熱容器より最終排気ガスを排出させるための最終排気ガス管内に挿通させて配設するようにした構成とする。

本発明の燃料処理装置用気化バーナ装置によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）バーナコーンの底板の中央部に、上端を吐出側の開口としてあるアノードオフガス供給管と、該アノードオフガス供給管の外周に同心配置した円筒状の追焚き燃料供給管の上端部とを貫通させて取り付け、上方と周方向が閉塞されて周壁に周方向に間隔を置いて燃料噴出口を設けた中空のクラウンタワーを、上記アノードオフガス供給管及び追焚き燃料供給管の上方を覆うように上記バーナコーンの底板上に配設し、更に、上記追焚き燃料供給管の上端部外周面に、上記クラウンタワーの各燃料噴出口に個別に臨む追焚き燃料噴出ノズルを設けたバーナ本体を備えてなる構成とし、具体的には、上記クラウンタワーの周壁に設ける燃料噴出口と、上記追焚き燃料供給管の上端部に設ける追焚き燃料噴出ノズルの周方向配置の位相を一致させるようにした構成としてあるので、バーナ本体に対し、追焚き燃料を追焚き燃料供給管より、又、アノードオフガスをアノードオフガス供給管よりそれぞれ個別に供給することができる。更に、上記追焚き燃料供給管の上端部の追焚き燃料噴出ノズルより噴出させる追焚き燃料は、アノードオフガス配管よりクラウンタワー内へ供給された後、燃料噴出口を通して外周側の燃焼ゾーンへ噴出される直前のアノードオフガスに対して混合されるようになり、該混合された追焚き燃料とアノードオフガスは、混合直後に燃焼ゾーンにて共に燃焼させることができる。このため、灯油等の燃焼前に加熱して気化状態とすることが必要とされる液体燃料を追焚き燃料として使用する場合に、気化状態で上記追焚き燃料供給管を通して上記バーナ本体へ供給される追焚き燃料が、アノードオフガスにより冷却されて再液化する虞を未然に防止することができて、バーナ本体の火炎を安定させて、安定した燃焼状態を維持することが可能となる。
（２）バーナコーンの周壁に、空気吹出し孔を、クラウンタワーの燃料噴出口周方向配置の位相とずらして設けるようにした構成とすることにより、上記燃料噴出口を通してクラウンタワー外周側の燃焼ゾーンへ噴出される追焚き燃料やアノードオフガスと、バーナコーンの空気吹出し孔より供給させる空気とを、上記燃焼ゾーンにて良好に混合させることができて、燃焼を良好に行わせることができる。
（３）アノードオフガス供給管の外周面と、追焚き燃料供給管の内周面との間に、上端部を除いて空間部を設けるようにした構成とすることにより、該空間部に存在する空気層によって上記アノードオフガス供給管と追焚き燃料供給管との間の断熱を図ることができ、このことによっても、上記追焚き燃料供給管を通して供給される気化状態の追焚き燃料が再液化する虞をより確実に防止することができる。
（４）バーナ本体を、真空断熱容器のベースプレートの中央部に配設し、該バーナ本体の外周に、追焚き燃料供給管の上流側に接続する燃料気化管を配設し、更に、該燃料気化管の外周に、容器外部より取り入れる空気を、内部の空気流路に流通させてから内周側へ供給できるようにしてある円筒形状の熱回収装置を上下方向に配設して、上記バーナ本体での燃焼により発生させる燃焼ガスより外周方向へ伝えられる熱を、上記熱回収装置の空気流路を流通させる空気の顕熱として熱回収し、この熱回収により加熱される空気により、上記燃料気化管にて追焚き燃料を気化させることができるようにした構成としたり、あるいは、バーナ本体を、燃料処理装置の真空断熱容器のベースプレート中央部に立ち上がるように設けたベース内筒の上端部に設け、更に、追焚き燃料供給管の上流側に接続する燃料気化管を、上記バーナ本体の上側に接続した炉筒により真空断熱容器の天井部付近まで導かれた燃焼ガスが、下方に流れるようにしてある上記炉筒及びベース内筒の外周側の燃焼ガス流路に配設するようにした構成とすることにより、追焚き燃料供給管へ、バーナ本体での燃焼により発生させる燃焼ガスの熱を熱源として燃料気化管にて気化させた追焚き燃料を供給することができる。
（５）燃料気化管を、上下方向の螺旋形状とするようにした構成とすることにより、円筒形状の熱回収装置における熱回収に供されて加熱された後、該熱回収装置より内周側へ導かれる空気、あるいは、燃料処理装置の真空断熱容器内にて、炉筒とベース内筒の外周側に形成される上下方向の円筒状の燃焼ガス流路を流通する燃焼ガスを熱源として上記燃料気化管を良好に加熱することができて、該燃料気化管における追焚き燃料の気化を良好に行わせることができる。
（６）アノードオフガス供給管へ燃料電池のアノード出口よりアノードオフガスを導くためのアノードオフガス配管を、燃料処理装置の真空断熱容器より最終排気ガスを排出させるための最終排気ガス管内に挿通させて配設するようにした構成とすることにより、上記アノードオフガス配管を通してアノードオフガス供給管へ導かれるアノードオフガスを、上記真空断熱容器から上記最終排気ガス管を通して排出させる最終排気ガスに残存する熱により保温することができて、上記バーナ本体へ供給される気化状態の追焚き燃料と上記アノードオフガスの温度差を低減させることができ、上記気化状態の追焚き燃料の再液化を更に確実に防止することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１乃至図３は本発明の燃料処理装置用気化バーナ装置の実施の一形態を示すもので、図８に示したバーナコーン２４と同様に、中空円筒状として周壁の周方向所要間隔個所に上下方向多段に空気吹出し孔２５を穿設し、且つ下端部を底板（閉塞板）２７により閉止させてなるバーナコーン２４の底板２７の中心部に、上下方向に延びる円筒状として上端を吐出側の開口としてあるアノードオフガス供給管４７と、該アノードオフガス供給管４７の外周に同心配置した円筒状とし且つ周壁の内部に上下方向の両端の閉塞された円筒形状のガス流路４９を具備してなる追焚き燃料供給管４８の上端部を、上記底板２７の上方へ所要寸法突出するように貫通させて取り付ける。上記バーナコーン２４の中心部には、上方と周方向が閉塞された中空の略円筒形状あるいは略円錐台形状とし、且つ周壁下部の周方向所要間隔の複数個所、たとえば、周方向６０度間隔の６個所に燃料噴出口５１を穿設してなるクラウンタワー５０を、上記アノードオフガス供給管４７及び追焚き燃料供給管４８の上方を覆うように配置して、該クラウンタワー５０の下端を上記底板２７の上側に取り付ける。更に、上記クラウンタワー５０の内側に位置する上記追焚き燃料供給管４８の上端部外周面に、上記クラウンタワー５０の各燃料噴出口５１に個別に臨むよう周方向の位相を一致させて追焚き燃料噴出ノズル５２を設けたバーナ本体４６を備えてなる構成とする。これにより、燃料処理装置の通常運転時は、上記アノードオフガス供給管４７より供給されるアノードオフガス１７を、上記バーナ本体４６のクラウンタワー５０の内部を経て上記各燃料噴出口５１よりクラウンタワー５０の外周の燃焼ゾーンへ噴出させると共に、灯油等の燃焼時に気化を必要とする追焚き燃料９ｂを、後述する燃料気化管５３で予め気化した状態として上記追焚き燃料供給管４８のガス流路４９へ導いて、上端部の各追焚き燃料噴出ノズル５２から噴出させるようにする。この噴出により、上記気化状態の追焚き燃料９ｂを、上記クラウンタワー５０内より各燃料噴出口５１を通して外周の燃焼ゾーンへ噴出される直前のアノードオフガス１７中へ供給して混合させることができるようにする。この混合の直後に燃焼ゾーンへ噴出される上記アノードオフガス１７及び追焚き燃料９ｂは、上記バーナコーン２４の各空気吹出し孔２５より燃焼ゾーンへ吹き込まれる空気３０により燃焼させて、改質器５で原料９を水蒸気改質処理する際の熱源とする高温の燃焼ガス４１を発生させることができるようにする。一方、燃料処理装置の起動運転時は、上記バーナ本体４６に対してアノードオフガス供給管４７よりアノードオフガス１７の供給が行われないため、後述するヒータ６６を用いて燃料を気化させ、燃料気化管５３より気化状態で供給される追焚き燃料９ｂのみを、追焚き燃料供給管４８の各追焚き燃料噴出ノズル５２より噴出させる。該噴出された気化状態の追焚き燃料９ｂは、各燃料噴出ノズル５２ごとの外周側に位置する燃料噴出口５１を通してクラウンタワー５０の外周の燃焼ゾーンへ噴出させて、上記バーナコーン２４の各空気吹出し孔２５より燃焼ゾーンへ吹き込まれる空気３０により燃焼させ、上記と同様に改質器５における水蒸気改質処理用の熱源とするための高温の燃焼ガス４１を発生させることができるようにする。

更に詳述すると、図７に示したと同様の容器内筒２０ａと容器外筒２０ｂと真空断熱層２０ｃとからなる真空断熱容器２０の下端部に、外周寄りの所要個所に排気口５５を設けたベースプレート５４の外周縁部を気密に取り付け、上記真空断熱容器２０の最下部となる該ベースプレート５４の中央部に、上記バーナ本体４６を設けるようにする。

具体的には、上記円筒形状としてある追焚き燃料供給管４８の上端部を除く外周位置に、径方向に所要の厚みを有する円筒ブロック状のバーナコア５６を一体に設け、該バーナコア５６の下端部を、上記ベースプレート５４の中央部に貫通させるようにして取り付ける。

上記バーナコア５６の内周部に一体化された追焚き燃料供給管４８の内側には、上記円筒形状のアノードオフガス供給管４７を、上記追焚き燃料供給管４８の上端よりもやや上方へ突出する位置から該追焚き燃料供給管４８の下端位置とほぼ面一となるベースプレート５４の下面位置よりも所要寸法下方へ突出する位置まで上下方向に延びるよう挿通させて配置する。更に、上記アノードオフガス供給管４７は、その外径を上記追焚き燃料供給管４８の内径よりも所要寸法細く設定して、該追焚き燃料供給管４８の上端部の内周面部のみを縮径させるようにして上記アノードオフガス供給管４７の上端部外周面に気密に取り付ける。これにより、上記アノードオフガス供給管４７と上記追焚き燃料供給管４８との間に、上端の閉塞された円筒状の空間部５７を形成させて、該空間部５７に存在する空気層により、上記追焚き燃料供給管４８とアノードオフガス供給管４７との間の断熱を図って、追焚き燃料９ｂが上記追焚き燃料供給管４８を気化状態で流通させられるときに、上記アノードオフガス供給管４７を流通するアノードオフガス１７との熱交換により冷却されて再液化する虞を未然に防止できるようにする。

上記アノードオフガス供給管４７は、下端を閉塞させると共に、上記ベースプレート５４よりも下方に突出する下端部の一側位置に、ベースプレート５４の下面に沿って該ベースプレート５４の外周へ突出する位置まで径方向に延びるドレンチャンバ５９の内周側端部を連通接続する。該ドレンチャンバ５９の外周側端部には、図示しない燃料電池のアノードより排出されるアノードオフガス１７を導くアノードオフガス配管５８を、たとえば、上方から連通接続する。上記アノードオフガス配管５８の下流側端部には、図２に示す如く窒素ガス供給ライン６０を接続してなる構成として、該窒素ガス供給ライン６０より上記アノードオフガス配管５８内へごく微量の窒素ガス６１等の不活性ガスを常時供給するようにしてある。これにより、該アノードオフガス配管５８よりドレンチャンバ５９、アノードオフガス供給管４７を経てバーナ本体４６へ向かう一定の気流を常に発生させることができるようにして、燃料処理装置の運転開始初期の暖機運転中、すなわち、燃料電池にてアノードオフガス１７が発生せずに、バーナ本体４６にて追焚き燃料９ａのみを燃焼させる際に、上記追焚き燃料９ａが拡散によりアノードオフガス供給管４７の上端開口より流入（逆流）し、冷却されて再液化する虞を未然に防止できるようにしてある。

上記バーナコア５６の上側には、上述したバーナ本体４６を構成する上記バーナコーン２４の底板２７を一体に取り付けるようにして、バーナコア５６の内周側に設けてある上記アノードオフガス供給管４７と中央部の上記追焚き燃料供給管４８が、上記バーナコーン２４の底板２７の中央部に貫通配置されるようにしてある。

上記バーナコーン２４の空気吹出し孔２５は、図３に示す如く、上記追焚き燃料供給管４８の上端部の追焚き燃料噴出ノズル５２、及び、クラウンタワー５０の燃料噴出口５１とは周方向の位相をずらして設けるようにして、上記クラウンタワー５０の各燃料噴出口５１より外周へ噴出される追焚き燃料９ｂやアノードオフガス１７と、上記バーナコーン２４の各空気吹出し孔２５より吹き込む空気３０とを、燃焼ゾーンにて良好に撹拌させることができるようにしてある。

上記追焚き燃料供給管４８へ追焚き燃料９ｂを予め気化させた状態で供給できるようにするための燃料気化管５３は、中間部を上記バーナコーン２４及びバーナコア５６の外径よりも所要寸法大きな直径の螺旋形状として上記バーナコーン２４及びバーナコア５６の外周に同心状に配置し、該螺旋形状部分の周方向所要間隔の複数個所を、ベースプレート５４上に立設した支持部材６２に支持させる。上記燃料気化管５３の上流側端部となる一端部は、上記ベースプレート５４の所要個所に貫通するように設けた追焚き燃料供給口６３に連通させると共に、該追焚き燃料供給口６３に容器外側から追焚き燃料配管６４を接続して、たとえば、容器外部の図示しない原料供給部より原料の一部を追焚き燃料９ｂとして導くことができるようにする。一方、上記燃料気化管５３の下流側端部は、上記バーナコア５６の下部一側位置に径方向に沿って穿設した燃料供給路６５に外周面側から連通させて、追焚き燃料９ｂを、上記燃料供給路６５を経て上記追焚き燃料供給管４８のガス流路４９へ導くことができるようにしてある。更に、上記燃料気化管５３の螺旋形状としてある中間部には、螺旋方向に添って延びるヒータ６６を、たとえば、該燃料気化管５３の下側に添わせるように取り付けて、燃料処理装置の運転起動時には該ヒータ６６により上記燃料気化管５３を流通される追焚き燃料９ｂを加熱して気化させることができるようにしてある。

又、上記燃料気化管５３の外周位置には、円筒状の熱回収装置６７を同心状に配設して、上記バーナ本体４６でアノードオフガス１７や追焚き燃料９ｂを燃焼させる際に発生する高温の燃焼ガス４１から外周方向へ伝えられる熱を、該熱回収装置６７の内部の空気流路６８ａ，６８ｂに流通させる空気３０の顕熱として熱回収し、該熱回収により加熱される空気３０を上記燃料気化管５３にて追焚き燃料９ｂを気化させるための熱源として利用できるようにする。

具体的には、上記熱回収装置６７は、図１に示す如く、ベースプレート５４上における排気口５５よりも中心寄りで、且つ上記燃料気化管５３の外周を所要の間隔を隔てて取り囲む径方向の所要個所に、所要の高さ寸法を有し且つ下端部を所要寸法拡径させた外筒部材６７ａと、高さ寸法を上記外筒部材６７ａよりもやや低く設定してある中間筒部材６７ｂを、径方向に所要の隙間を隔てて同心状に配置して、上記ベースプレート５４の上面にそれぞれ気密に取り付ける。上記中間筒部材６７ｂの内側には、上記燃料気化管５３よりもやや上方となる位置から上記外筒部材６７ａと対応する高さ位置まで上下方向に延びる内筒部材６７ｃを、上記中間筒部材６７ｂと所要の隙間を隔てて同心状に配置し、該内筒部材６７ｃの上端部と、上記外筒部材６７ａの上端部とを、上記中間筒部材６７ｂよりも所要寸法上方位置に配したリング状の閉塞部材６７ｄを介して連結する。更に、上記ベースプレート５４における上記外筒部材６７ａの下端部取付個所と、上記中間筒部材６７ｂの下端部取付個所との間に、周方向所要配置で空気取入口６９を設けて、空気供給管２８を接続する。これにより、上記外筒部材６７ａと中間筒部材６７ｂとの間に、下端部の周方向所要個所が上記空気取入口６９に連通する円筒状の外周側空気流路６８ａを形成する。又、上記中間筒部材６７ｂと内筒部材６７ｃとの間に、上端部が上記中間筒部材６７ｂの上方を通して上記外周側空気流路６８ａと連通する内周側空気流路６８ｂを形成する。
この内周側空気流路６８ｂは、上記内筒部材６７ｃの下方を通して上記燃料気化管５３が配設してある空間に連通するようにしてある。したがって、外部の図示しない空気供給部より上記空気供給管２８、空気取入口６９を経て供給される空気３０を、上記外周側空気流路６８ａを通して熱回収装置６７の下端部から上端部まで一旦上昇させてから、上記内周側空気流路６８ｂを通して上記内筒部材６７ｃの下端位置まで再び下降させるときに、上記バーナ本体４６で発生する燃焼ガス４１より外周方向へ伝えられて該熱回収装置６７の内周面部の全面で受けられる熱と熱交換させて、該空気３０の顕熱として熱回収するようにしてある。更に、この熱回収により加熱された空気３０を、内周側空気流路６８ｂの下端部から上記燃料気化管５３の周囲へ導いて、該燃料気化管５３を流通する追焚き燃料９ｂを加熱することにより、該追焚き燃料９ｂを気化させることができるようにしてある。

上記内筒部材６７ｃの下端と、上記バーナ本体４６のバーナコーン２４の上端部との間は、リング状の閉止部材７０により閉塞させる。更に、上記燃料気化管５３よりも内周側で且つバーナ本体４６及びバーナコア５６の外周側となる位置に、上記ベースプレート５４より所要寸法上方位置から上記閉止部材７０に達する位置まで上下方向に延びる円筒状の流路形成部材７１を同心状に配置して、該流路形成部材７１の上端を、上記閉止部材７０の下面に取り付ける。これにより、上記熱回収装置６７にて加熱された後、上記燃料気化管５３にて追焚き燃料９ｂを気化させるための熱源に供された後の空気３０を、上記流路形成部材７１の外周面に沿って上方から下方へ導いた後、上記流路形成部材７１の下方を通してバーナコア５６の外周位置へ導いて、該空気３０に残存する熱により、該バーナコア５６及び該バーナコア５６の内周側に一体に設けてある追焚き燃料供給管４８を加熱して、気化状態の追焚き燃料９ｂが接触しても再液化を生じない所要温度まで昇温できるようにする。上記バーナコア５６及び追焚き燃料供給管４８の加熱用の熱源として供された後の空気３０は、上記流路形成部材７１の内周面に沿って上昇させてバーナコーン２４の外周側へ導いた後、各空気吹出し孔２５を通してバーナコーン２４の内側の燃焼ゾーンへ燃焼用空気として供給できるようにしてある。

更に、上記バーナコア５６の外周面部には、周方向に沿ってヒータ７２を設けてなる構成とする。これにより、燃料処理装置の運転起動時、すなわち、バーナ本体４６における燃焼開始前のように、上記熱回収装置６７にて燃焼ガス４１から熱を回収して加熱された空気３０を発生させることができない期間は、上記バーナコア５６及び追焚き燃料供給管４８を、バーナコア５６外周のヒータ７２により加熱して、気化状態の追焚き燃料９ｂが接しても再液化を生じなくなる所要温度まで昇温できるようにしてある。

上記バーナ本体４６の点火用のスパークロッド３５は、上記バーナコーン２４の底板２７の一側寄り位置の開口部３６と連通するよう上記バーナコア５６に上下方向に貫通して設けたスパークロッド収納部７３の内側に、下方から挿入するように設置してある。該スパークロッド３５は、上端部となる放電部３５ａのみを、上記底板２７の開口部３６を通してバーナコーン２４の内側へ所要寸法突出するようにして、上記クラウンタワー５０又はバーナコーン２４の底板２７との間にスパークを発生させることができるようにしてある。

上記バーナコーン２４の上端部には、図７に示した路筒３８と同様に真空断熱容器２０の上部中心位置に配置してある炉筒３８の下端部を、上下方向に延びる燃焼ガスダクト７４を介し接続する。更に、上記バーナ本体４６にて発生されて燃焼ガスダクト７４内を上昇する燃焼ガス４１は、１０００〜１２００℃程度の高温となる一方、上記燃料気化管５３で追焚き燃料９ｂを気化させるのに必要とされる温度は、たとえば、該追焚き燃料９ｂが灯油の場合には、２５０℃程度であり、この場合、該灯油を加熱するための空気３０に必要とされる温度は３００℃程度でよい。そのため、上記燃焼ガスダクト７４の外周面と、上記熱回収装置６７の内筒部材６７ｃの内周面との間には、上記熱回収装置６７にて熱回収後の空気３０の温度が３００℃程度となるように、上記燃焼ガスダクト７４から熱回収装置６７へ伝達される熱をある程度緩和させるための断熱材７５を介装させるようにしてある。

更に、燃料処理装置としては、図７に示したと同様に、該炉筒３８の内側には、案内筒３９を同心状に挿通させて配設すると共に、該案内筒３９の上端部には、炉筒３８の上端まで導かれた燃焼ガス４１のガス流れ方向を下向きに反転させる案内板４０を設けるようにしてある。

更に又、真空断熱容器２０の容器内筒２０ａと、上記炉筒３８及び熱回収装置６７との間に上下方向の円筒状に形成される空間部を、ベースプレート５４の排気口５５へ向けて燃焼ガス４１を下向きに流通させるための燃焼ガス流路４２として、該燃焼ガス流路４２の上部領域には、図７に示したと同様に、改質器５を配設すると共に、該改質器５の下方位置に、水蒸発器１２を設ける。更に、上記断熱材７５及び熱回収装置６７によって上記燃焼ガスダクト７４から外周方向への熱の伝達が遮られている熱回収装置６７の外周に位置する燃焼ガス流路４２の下部領域に、上記各改質器５の下流側に接続する低温シフトコンバータ６及びＣＯ選択酸化反応器７を、上方から順に配設する構成とする。

上記ベースプレート５４の排気口５５の下側には、上記ベースプレート５４の下面に沿って該ベースプレート５４外周へ所要寸法突出する位置まで径方向に延びる排気ダクト７６を設け、該排気ダクト７６外周側端部に上方から接続するようにしてあるダクト状の最終排気ガス管７７の内側に、上記アノードオフガス配管５８を所要の長さ範囲に亘り挿通させるように配設してなる構成とする。これにより、上記真空断熱容器２０内より排気口５５を通して排出される最終排気ガス４１ａを、上記排気ダクト７６、最終排気ガス管７７を通して排出させる際に、該最終排気ガス４１ａに残存する熱により、上記アノードオフガス配管５８を流通するアノードオフガス１７を保温して、ドレンの発生を抑えることができるようにしてある。

７８は追焚き燃料供給管４８のガス流路４９内に１段又は上下方向複数段（図では３段に設けた場合を示してある）に設けたメッシュの分散板であり、上記ガス流路４９内を下方から上方へ流れる気化状態の追焚き燃料９ｂの流れを、上記分散板７８により周方向に均等に分散させることができるようにしてある。その他、図７及び図８に示したものと同一のものには同一符号が付してある。

以上の構成としてあるので、本発明の燃料処理装置用気化バーナによれば、燃料処理装置の運転起動時には、ヒータ６６と７２を作動させた状態で追焚き燃料配管６４より追焚き燃料供給口６３を経て燃料気化管５３へ追焚き燃料９ｂを供給すると、該追焚き燃料９ｂは、燃料気化管５３に付設してあるヒータ６６により加熱されて気化される。この気化状態の追焚き燃料９ｂが、ヒータ７２により気化状態の追焚き燃料９ｂが接触しても再液化の発生しない所要温度まで加熱されたバーナコア５６の燃料供給路６５と追焚き燃料供給管４８を経てバーナ本体４６まで導かれた後、上記追焚き燃料供給管４８の上端部の追焚き燃料噴出ノズル５２より噴出される。この噴出された追焚き燃料９ｂは、クラウンタワー５０の燃料噴出口５１を通して該クラウンタワー５０の外周の燃焼ゾーンへ導かれて、バーナコーン２４の空気吹出し孔２５より吹き込まれる空気により燃焼されて高温の燃焼ガス４１が発生するようになる。

一方、上記バーナ本体４６における燃焼が開始された後は、該バーナ本体４６にて発生する高温の燃焼ガス４１から外周方向に伝わる熱が、上記熱回収装置６７へ伝えられて、上記空気供給管２８から熱回収装置６７の空気流路６８ａ，６８ｂを経て上記バーナ本体４６へ燃焼用に供給される空気３０が上記熱回収装置６７の空気流路６８ａ，６８ｂを通過する際に、該空気３０の顕熱として熱回収されるようになる。この熱回収により加熱された空気３０を利用して上記燃料気化管５３における追焚き燃料９ｂの気化を行わせることができるようになると共に、バーナコア５６及び追焚き燃料供給管４８を上記所要温度まで加熱できるようになるため、この場合には、上記各ヒータ６６及び７２の作動を停止することが可能となる。

上記バーナ本体４６にて発生した燃焼ガス４１が、燃焼ガスダクト７４を経て炉筒３８まで上昇した後、該炉筒３８と案内筒３９との隙間を上昇し、しかる後、案内板４０により案内されて下向きとされた燃焼ガス４１が燃焼ガス流路４２を下向きに流通するようになると、図７及び図８に示した従来の燃料処理装置と同様に、改質器５では原料９の水蒸気改質が行われ、水蒸発器１２では上記改質器５へ供給するための水蒸気が発生し、低温シフトコンバータ６では上記改質器５にて発生する改質ガスのシフト反応が行われた後、ＣＯ選択酸化反応器７にてＣＯ除去処理された改質ガスが回収できるようになる。

その後、上記燃料処理装置の通常運転時、すなわち、該燃料処理装置にて処理した改質ガスを図示しない燃料電池へ供給して発電を行わせるようにして、該燃料電池のアノードよりアノードオフガス１７が排出されるようになると、アノードオフガス配管５８を通して導かれる上記アノードオフガス１７は、ドレンチャンバ５９にてドレンが除去された後、アノードオフガス供給管４７を通してバーナ本体４６に導かれて、アノードオフガス供給管４７の上端開口よりクラウンタワー５０の内側へ供給され、該クラウンタワー５０の燃料噴射口５１を通して燃焼ゾーンへ供給される。アノードオフガス１７は、上記と同様に追焚き燃料供給管４８の上端部の追焚き燃料噴出ノズル５２より噴出される追焚き燃料９ｂと共に燃焼させられて、高温の燃焼ガス４１が発生するようになる。この際、上記と同様にして追焚き燃料供給管４８の上端部の追焚き燃料噴出ノズル５２より噴出される気化状態の追焚き燃料９ｂは、上記クラウンタワー５０の燃料噴射口５１を通して燃焼ゾーンへ供給される直前のアノードオフガス１７と混合され、該混合の直後に燃焼ゾーンにて燃焼されるようになるため、クラウンタワー５０の内部で上記気化状態の追焚き燃料９ｂが再液化される虞はない。

このように、本発明の燃料処理装置用気化バーナ装置によれば、燃焼時に気化することが必要とされる灯油等の液体燃料を追焚き燃料９ｂとして使用する場合に、バーナ本体４６へ、気化状態の追焚き燃料９ｂと、アノードオフガス１７とを個別に供給することができる。そのため、上記気化状態の追焚き燃料９ｂとアノードオフガス１７との混合は、該追焚き燃料９ｂとアノードオフガス１７が燃焼ゾーンへ供給される直前に行わせることができて、この混合直後には燃焼ゾーンで共に燃焼させることができるため、上記気化状態の追焚き燃料９ｂが再液化する虞を未然に防止することができ、該バーナ本体の火炎を安定させて、安定した燃焼状態を維持することが可能となる。

更に、上記アノードオフガス供給管４７と追焚き燃料供給管４８との間には、上端部を除いて空間部５７を形成させるようにして、該空間部５７に存在する空気層によって上記アノードオフガス供給管４７と追焚き燃料供給管４８との間の断熱を図ることができ、このことによっても、上記追焚き燃料供給管４８を通して供給される気化状態の追焚き燃料９ｂが再液化する虞を未然に防止することができる。

しかも、上記アノードオフガス配管５８は、最終排気ガス管７７内に挿通させるように配設して、該アノードオフガス配管５８を通して導かれるアノードオフガス１７を、真空断熱容器２０から上記排気ダクト７６、最終排気ガス管７７を通して排出させる最終排気ガス４１ａに残存する熱により保温することができて、上記バーナ本体４６へ供給される気化状態の追焚き燃料９ｂと上記アノードオフガス１７の温度差を低減させることができる。これにより、上記気化状態の追焚き燃料９ｂの再液化をより確実に防止することができる。

更には、上記バーナ本体４６を、真空断熱容器２０の最下部となるベースプレート５４の直ぐ上側に配設してあるため、該バーナ本体４６の保守、点検作業をより容易に行うことが可能となる。

次に、図４及び図５は本発明の実施の他の形態を示すもので、真空断熱容器２０の上下方向の中間部に燃料処理装置用気化バーナを配設する場合の適用例を示すもので、以下のような構成としてある。

すなわち、図１乃至図３に示したと同様の構成において、上記真空断熱容器２０の最下部となるベースプレート５４の中央部に、上記バーナ本体４６を設ける構成に代えて、上記ベースプレート５４の中央部に、図７に示したベース内筒２３と同様に、真空断熱容器２０の上下方向中間部付近まで立ち上がるベース内筒２３を立設する。更に、図１乃至図３に示したバーナ本体４６と同様に、バーナコア５６及びこれと一体化してなる追焚き燃料供給管４８、該燃料供給管４８の内側に配したアノードオフガス供給管４７、上記追焚き燃料供給管４８及びアノードオフガス供給管４７の上端部を底板２７の中央部に貫通させるようにして上記バーナコア５６の上側に設けたバーナコーン２４、上記追焚き燃料供給管４８及びアノードオフガス供給管４７の上方を覆うように底板２７の上側に配設したクラウンタワー５０、該クラウンタワー５０の周壁下部に周方向所要間隔で複数設けた燃料噴出口５１、上記追焚き燃料供給管４８の上端部外周面に、上記燃料噴出口５１の周方向配置と位相を一致させて設けた追焚き燃料噴出ノズル５２、上記バーナコーン２４の周壁に、上記燃料噴出口５１及び追焚き燃料噴出ノズル５２の周方向配置と位相をずらして周方向所要間隔で且つ上下方向多段に配設した空気吹出し孔２５、上記バーナコア５５のスパークロッド収納部７３に取り付けて放電部３５ａのみをバーナコーン２４の内側へ突出させたスパークロッド３５を備えてなり、更に、上記バーナコア５６の外周にヒータ６６を装備してなるバーナ本体４６を構成する。かかる構成のバーナ本体４６を、上記ベース内筒２３の上端部の内側に配置して、ベース内筒２３の上端部と、上記バーナコーン２４の上端部とを、リング状の閉塞部材７９により閉塞させるようにし、上記ベース内筒２３の上端部には、図２に示したと同様の炉筒３８の下端部を接続した構成とする。

更に、本実施の形態では、燃料気化管５３にて上記追焚き燃料供給管４８へ供給する追焚き燃料９ｂを気化させるための熱源として、真空断熱容器２０の容器内筒２０ａと、上記炉筒３８及びベース内筒２３との間に上下方向の円筒状に形成される燃焼ガス流路４２を上方から下方へ流れる燃焼ガス４１の保有する熱を利用できるようにする。このために、上記燃料気化管５３は、上流側端部を上記ベースプレート５４におけるベース内筒２３設置個所の一側近傍位置に貫通するよう設けた追焚き燃料供給口６３に接続して、該追焚き燃料供給口６３の位置より、ベース内筒２３の一側外面に沿って上記燃焼ガス流路４２の下部領域にて環状の低温シフトコンバータ６の内周面と上記ベース内筒２３の外周面との間に形成されるシフトコンバータ内周側流路４２ａの位置まで立ち上げるようにする。
更に、該シフトコンバータ内周側流路４２ａにて、ベース内筒２３の外周面に沿って下方から上方へ向かう螺旋方向に延ばし、上記シフトコンバータ内周側流４２の上方位置にて上記ベース内筒２３の周壁を貫通して該ベース内筒２３の内側へ挿入させるようにする。
更に、該ベース内筒２３の内面に沿って軸心方向に立ち上げて下流側端部が上記バーナコア５６に設けてある燃料供給路６５に外周側より連通されるように配設してある。更に、上記燃料気化管５３の螺旋形状部分とその下流側のバーナコア５６の近傍位置までの間には、ヒータ６６を沿わせて設けるようにしてある。

上記バーナ本体４６のアノードオフガス供給管４７は、上記ベース内筒２３の中心部を挿通させると共に、その下端部を上記ベースプレート５４の下方へ所要寸法突出するように配設し、該ベースプレート５４の下方位置で、上記アノードオフガス供給管４７の下端部に、図１乃至図３に示したものと同様にドレンチャンバ５９を介してアノードオフガス配管５８を接続してある。

更に、空気取入口６９を、上記ベースプレート５４におけるベース内筒２３の取り付け個所の内側に設ける。これにより、上記空気取入口６９に接続した空気供給管２８より供給される空気３０を、上記ベース内筒２３の内側を通して上記バーナコーン２４の外周側まで導いて、該バーナコーン２４の各空気吹出し孔２５より燃焼ゾーンへ供給できるようにしてある。

その他の構成は図１乃至図３に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。

本実施の形態によっても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

更に、上記図１乃至図３の実施の形態、及び、図４及び図５の実施の形態における燃料気化管５３は、該燃料気化管５３に流通される追焚き燃料９ｂの気化温度以上の温度を有する空気３０や燃焼ガス４１と接するようになる領域の管内に、図示しない内装物を挿入配置してなる構成として、上記追焚き燃料９ｂが突沸する虞を未然に防止させるようにしてもよい。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、クラウンタワー５０に設ける燃料噴出口５１、及び、追焚き燃料供給管４８の上端部に設ける追焚き燃料噴出ノズル５２は、各追焚き燃料噴出ノズル５２がその外周に位置する燃料噴出口５１に個別に臨む配置としてあれば、該追焚き燃料噴出ノズル５２や燃料噴出口５１の周方向の数を、上記クラウンタワー５０や追焚き燃料供給管４８の上端部の径に応じて適宜増減させてもよい。バーナコーン２４に設ける空気吹出し孔２５は、燃料噴出口５１及び追焚き燃料噴出ノズル５２の周方向配置と位相をずらして設けることが好ましいが、同位相に配置されていてもよい。又、上記空気吹出し孔２５の周方向の数及び上下方向の段数は、上記バーナコーン２４の径や高さ寸法に応じて図示した数より適宜増減させてもよい。バーナコーン２４の底板２７は、バーナコア５６と一体物として、該バーナコア５６の外周縁部の上面に、バーナコーン２４の下端部を直接取り付けるようにしてもよい。

燃料気化管５３は、流通させる追焚き燃料９ｂを、熱回収装置６７にて加熱された空気３０や、燃焼ガス流路４２を流通する燃焼ガス４１の有する熱により加熱して、効率よく気化させるという観点からは、中間部を螺旋形状とすることが好ましいが、該燃料気化管５３の下流側に接続してあるバーナ本体４６の追焚き燃料供給管４８へ、加熱して気化させた状態の追焚き燃料９ｂを供給できるようにしてあれば、中間部を螺旋形状としなくてもよく、任意の経路に配設するようにしてもよい。

本発明の燃料処理装置用気化バーナは、改質器５における改質反応を進行させる際の熱源とする燃焼ガス４１を発生させるための追焚き燃料９ｂとして、燃焼時に気化が必要な液体燃料を使用する形式の燃料処理装置であれば、いかなる形式の燃料処理装置にも適用できること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の燃料処理装置用気化バーナ装置の実施の一形態を示す概略切断側面図である。図１の気化バーナ装置を装備した燃料処理装置を示す概略切断側面図である。図１の気化バーナ装置における燃料噴出口と追焚き燃料噴出ノズルとバーナコーンの空気吹出し孔との配置を示すバーナ本体部分の概略切断平面図である。本発明の実施の他の形態を示す概略切断側面図である。図４の気化バーナ装置を備えた燃料処理装置を示す概略切断側面図である。一般的な固体高分子型燃料電池発電装置の概要を示す図である。従来提案されている燃料処理装置の概要を示す切断側面図である。図７の燃料処理装置のバーナ部分を拡大して示す切断側面図である。

符号の説明

１７アノードオフガス
２０真空断熱容器
２３ベース内筒
２４バーナコーン
２５空気吹出し孔
２７底板
３０空気
３８炉筒
４１燃焼ガス
４１ａ最終排気ガス
４２燃焼ガス流路
４６バーナ本体
４７アノードオフガス供給管
４８追焚き燃料供給管
５０クラウンタワー
５１燃料噴出口
５２追焚き燃料噴出ノズル
５３燃料気化管
５４ベースプレート
５７空間部
５８アノードオフガス配管
６７熱回収装置
６８ａ，６８ｂ空気流路
７７最終排気ガス管

Claims

バーナコーンの底板の中央部に、上端を吐出側の開口としてあるアノードオフガス供給管と、該アノードオフガス供給管の外周に同心配置した円筒状の追焚き燃料供給管の上端部とを貫通させて取り付け、上方と周方向が閉塞されて周壁に周方向に間隔を置いて燃料噴出口を設けた中空のクラウンタワーを、上記アノードオフガス供給管及び追焚き燃料供給管の上方を覆うように上記バーナコーンの底板上に配設し、更に、上記追焚き燃料供給管の上端部外周面に、上記クラウンタワーの各燃料噴出口に個別に臨む追焚き燃料噴出ノズルを設けたバーナ本体を備えてなる構成を有することを特徴とする燃料処理装置用気化バーナ装置。
クラウンタワーの周壁に設ける燃料噴出口と、追焚き燃料供給管の上端部に設ける追焚き燃料噴出ノズルの周方向配置の位相を一致させるようにした請求項１記載の燃料処理装置用気化バーナ装置。
バーナコーンの周壁に、空気吹出し孔を、クラウンタワーの燃料噴出口周方向配置の位相とずらして設けるようにした請求項１又は２記載の燃料処理装置用気化バーナ装置。
同心配置したアノードオフガス供給管の外周面と、追焚き燃料供給管の内周面との間に、上端部を除いて空間部を形成させるようにした請求項１、２又は３記載の燃料処理装置用気化バーナ装置。
バーナ本体を、真空断熱容器のベースプレートの中央部に配設し、該バーナ本体の外周に、追焚き燃料供給管の上流側に接続する燃料気化管を配設し、更に、該燃料気化管の外周に、容器外部より取り入れる空気を、内部の空気流路に流通させてから内周側へ供給できるようにしてある円筒形状の熱回収装置を上下方向に配設して、上記バーナ本体での燃焼により発生させる燃焼ガスより外周方向へ伝えられる熱を、上記熱回収装置の空気流路を流通させる空気の顕熱として熱回収し、この熱回収により加熱される空気により、上記燃料気化管にて追焚き燃料を気化させることができるようにした請求項１、２、３又は４記載の燃料処理装置用気化バーナ装置。
バーナ本体を、燃料処理装置の真空断熱容器のベースプレート中央部に立ち上がるように設けたベース内筒の上端部に設け、更に、追焚き燃料供給管の上流側に接続する燃料気化管を、上記バーナ本体の上側に接続した炉筒により真空断熱容器の天井部付近まで導かれた燃焼ガスが、下方に流れるようにしてある上記炉筒及びベース内筒の外周側の燃焼ガス流路に配設するようにした請求項１、２、３又は４記載の燃料処理装置用気化バーナ装置。
燃料気化管を、上下方向の螺旋形状とするようにした請求項５又は６記載の燃料処理装置用気化バーナ装置。
アノードオフガス供給管の上流側に接続して燃料電池のアノード出口より排出されるアノードオフガスを導くためのアノードオフガス配管を、燃料処理装置の真空断熱容器より最終排気ガスを排出させるための最終排気ガス管内に挿通させて配設するようにした請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の燃料処理装置用気化バーナ装置。