JP4965332B2 - 燃料改質用バーナ - Google Patents

Description

この発明は燃料電池システム等に使用される燃料改質用バ−ナに関するものである。

従来よりこの種の燃料改質用バーナでは、液体燃料と燃焼用空気とを気化室内の気化壁に衝突させて気化した後、混合気通路を通り混合しながらバーナ部分へ供給されて、ここで完全燃焼させるものであった。（例えば、特許文献１参照。）
特開２００５−１８０８１２号公報

ところでこの従来のものでは、燃料の噴霧ノズルの先端が平坦となっている為、図７に示すように、燃焼空気の勢いや液体燃料量が少なくなる小火力状態では、燃焼空気がノズル先端側に回り込み、液体燃料の噴霧が邪魔され大きな油滴なるまで落下しないので、燃焼が脈動燃焼となり小火力燃焼を下げられず、燃焼幅（ＴＤＲ）を広げることが出来ないと言う課題を有するものであった。

この発明はこの点に着目し、上記課題を解決する為、特にその構成を、改質器に改質反応用の熱を供給する燃料改質用バ−ナに於いて、前記バーナは加熱ヒーターを備え液体燃料を気化し一次空気と予混合する予混合方式で、一次空気と液体燃料の噴霧を受けて気化ガスを含む予混合気を生成する前記加熱ヒーターで加熱された小容積の気化室と、該気化室の横で気化室で生成された予混合気及び気化せず液体燃料のままのものを前記加熱ヒーターで加熱された大容積の気化混合室の内側壁に向けて噴出して、気化させる噴出部を設け、更に前記気化室へ液体燃料を上部から噴霧するノズルの先端は、上下左右から先端部に向かって鋭角にカットされた形状としたものである。

この発明によれば、液体燃料を気化する部分を２箇所とし、しかも連続させることにより、液体燃料を確実、完全に気化させることが出来、バーナとしての寸法的や形状的な制約をクリアーし、更に液体燃料の完全な気化が行え、気化不良を防止して常に良好な完全燃焼を得ることが出来るものである。

更にノズル先端が、上下左右から先端部に向かって鋭角にカットされていることで、特に小火力燃焼時に燃焼空気のノズル先端への回り込みが発生せず、油滴が形成されないことから脈動燃焼が起きず、燃焼空気は鋭角のノズル外周に沿って噴霧される液体燃料と共に、気化室の底部に勢い良く衝突して気化されるので、小火力燃焼を下げることが出来、燃焼幅を広げて燃料電池のバーナとして好適のものとすることが出来るものである。

次にこの発明に係る燃料改質用バ−ナを図面に示された一実施形態で説明する。
１はＵ字状の加熱ヒーター２を埋設した有底筒状のアルミダイキャスト製の気化器で、改質器（図示せず）が内蔵された筒体３の上部に下向きに取り付けられているものであり、加熱ヒーター２近傍の上部一側内には燃料噴霧用のノズル４と、燃焼用の一次空気供給路５が上部に連通した小容積の気化室６を有し、その横には大容積の気化混合室７を備え、この気化室６と気化混合室７を直径３〜５ｍｍの噴出部８で連通している。

更にこの噴出部８は気化混合室７の反対側の内側壁に向かって略直角方向に備えられ、気化室６で気化された気化ガス及び気化されなかった液体燃料を同時に、一次空気と共に気化混合室７の内側壁に向けて噴出し、ここでもう一度気化促進を図り、完全に気化した気化ガスと一次空気とをこの気化混合室７で混合し、この混合気を気化混合室７下端で２段の炎孔９を形成した第１炎孔部１０で燃焼させるもので、この気化器１と第１炎孔部１０等で起動時や熱量の不足時に燃焼する補助バーナ１１を構成するものである。

前記燃料噴霧用のノズル４は、直径３．２ｍｍのステンレス管から成る送油管１２の先端側を、直径０．７ｍｍまで絞り加工で細くして形成したもので、しかもその先端は上下左右から先端部に向かって３０度の鋭角にカットされており、小火力燃焼時の燃焼空気のノズル４先端部への回り込みを防止して、油滴の発生をなくし脈動燃焼を阻止して燃焼幅を広げるようにしたものである。

１３は起動時に改質器からの改質ガス、又発電時に燃料電池スタック（図示せず）から排出される水素を含む可燃性のオフガスを燃焼させるオフガスバーナで、気化器１の気化室６と対向する側壁を貫通したオフガス供給管１４と、該オフガス供給管１４と連通し、前記第１炎孔部１０の傾斜面のほぼ延長線上の傾斜面にオフガス用の炎孔１５を形成した第２炎孔部１６とで構成されたものである。

１７は気化器１の他壁を貫通して形成された二次空気供給路で、気化器１の外周から流入した二次空気を、案内板１８の案内によって第１炎孔部１０及び第２炎孔部１６に案内して二次燃焼させるものである。

１９は気化器１底部に取り付けられ該気化器１の温度を検知する温度センサ、２０は二次空気供給路１７と対向する位置に取り付けられた点火電極である。

次にこの一実施形態の作動について説明する。
今燃料電池システムの起動時では、加熱ヒーター２に通電し気化器１が加熱されて液体燃料の気化に適する所定の温度に達したことを温度センサ１６が検知すると、ノズル４からの液体燃料及び一次空気供給路５から供給される一次空気と共に気化室６内に噴霧され、一部は気化ガスとなるが、気化せず液体燃料のままのものも存在し、そして一次空気と一部気化した気化ガスは混合した状態で、噴出部８から気化混合室７の内側壁に向かって噴出される。

又十分に気化されない液体燃料も一次空気供給路５からの一次空気と一部気化して体積の増大したガスが噴出力で、噴出部８から気化混合室７の内側壁に向かって噴出され、内側壁に衝突して拡散しながら気化し、最終的には供給された液体燃料は全て気化ガスとなり、気化混合室７内を一次空気と良好に混合しながら第１炎孔部１０まで流通し、炎孔９から噴出して点火電極２０で点火された後、二次空気供給路１７からの二次空気の供給も受けて、先ず補助バーナ１１が燃焼を開始し、この補助バーナ１１の燃焼熱は改質用の熱として改質器に全て供給される。

従って、液体燃料を気化する部分を２箇所とし、しかも連続させることにより、液体燃料を確実、完全に気化させることが出来、バーナとしての寸法的や形状的な制約をクリアーし、更に液体燃料の完全な気化が行え、気化不良を防止して常に良好な完全燃焼を得ることが出来るものである。

更にノズル４先端が、上下左右から先端部に向かって鋭角にカットされていることで、特に小火力燃焼時に燃焼空気のノズル４先端への回り込みが発生せず、油滴が形成されないことから脈動燃焼が起きず、燃焼空気は鋭角のノズル４外周に沿って噴霧される液体燃料と共に、気化室６の底部に勢い良く衝突して気化されるので、小火力燃焼を下げることが出来、燃焼幅を広げて燃料電池のバーナとして好適のものとすることが出来るものである。

又噴出部８は、気化混合室７の内側壁に向かって略直角方向に形成されているので、抵抗となることがなく、噴出がスムーズで噴出力が低下することもなく、更に良好な液体燃料の気化を得ることが出来るものである。

次に燃料電池システムの起動時改質器から、又発電時に燃料電池スタックから排出される水素を含む可燃性のオフガスが、オフガス供給管１４から第２炎孔部１６に供給され、炎孔１５から噴出することにより、補助バーナ１１の火炎で着火し供給されている二次空気を燃焼空気として、オフガスバーナ１３が拡散燃焼を開始するものであり、第２炎孔部１６の炎孔１５も第１炎孔部７の延長線上の傾斜面に形成されているので、リフト燃焼の防止は勿論、オフガスの噴出が中央に集中して、補助バーナ１１の燃焼時には点火電極２０を使用することなく、確実な着火が出来ると言う効果も有するものである。

このオフガスバーナ１３の燃焼開始により、改質器への供給熱量が多くなり、改質用触媒（図示せず）が所定温度に達することで、補助バーナ１１の燃焼を一旦停止するものであり、又電力の使用量が増えてオフガス量が減少し、改質用触媒の温度が低下して来た場合には、再び補助バーナ１１を燃焼させるもので、改質触媒の温度に応じて補助バーナ１１の燃焼が制御されるものである。

尚、起動時は加熱ヒーター２に通電して気化器１を加熱しているが、燃焼が開始されれば、この燃焼熱の一部をヒートバックして気化器１を加熱するので、加熱ヒーター２への通電は停止されるものである。

この発明の燃料改質用バ−ナの一次及びオフガス供給管側断面図。 同二次空気供給管側の断面図。 同平面図。 同底面図 同ノズル部分の説明図。 同ノズルの正面及び側面図。 同従来のノズル部分の説明図。

符号の説明

１ 気化器
２ 加熱ヒーター
４ ノズル
６ 気化室
７ 気化混合室
８ 噴出部
１２ 送油管

Claims (1)

1. 改質器に改質反応用の熱を供給する燃料改質用バ−ナに於いて、前記バーナは加熱ヒーターを備え液体燃料を気化し一次空気と予混合する予混合方式で、一次空気と液体燃料の噴霧を受けて気化ガスを含む予混合気を生成する前記加熱ヒーターで加熱された小容積の気化室と、該気化室の横で気化室で生成された予混合気及び気化せず液体燃料のままのものを前記加熱ヒーターで加熱された大容積の気化混合室の内側壁に向けて噴出して、気化させる噴出部を設け、更に前記気化室へ液体燃料を上部から噴霧するノズルの先端は、上下左右から先端部に向かって鋭角にカットされた形状とした事を特徴とする燃料改質用バーナ。

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