JP5001643B2 - 排燃料燃焼器を備えた燃料電池システム - Google Patents
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Description
図5において、燃焼器10は竪型に形成され、燃焼器本体011の上部側にバーナ20を設置し、該燃焼器本体011内部の前記バーナ20の直下部に縦長の燃焼室012を配置し、該燃焼室012の直下部の燃焼排ガス出口029に、該燃焼排ガスで燃料電池モジュール2(図2参照)への空気を予熱する熱交換器3が直結されており、燃焼排ガスが該燃焼排ガス出口029から熱交換器3内に直接導入されるようになっている。
前記バーナ20の直上部には、燃料電池モジュールからの排燃料通路に接続される排燃料入口015が設けられるとともに、燃料電池モジュールからの排空気通路に接続される排空気入口016が設けられている。
図6において、前記バーナ20は、バーナ中心20zを含む中央部に排燃料吹出口022を配置し、該排燃料吹出口022の外側に環状の助燃料吹出口024を配置し、該助燃料吹出口024の外側に環状の排空気吹出口023を配置して構成されている(排空気吹出口023からの空気流を023aで示す)。また、燃焼器本体011にトーチ火炎吹出口021を、トーチ火炎021aが前記排燃料吹出口022からの排燃料火炎022a及び助燃料吹出口024からの助燃料火炎024aに当たるように、斜めに取り付けている。
(1)前記排燃料燃焼器は、前記バーナを上部側に配置し、該バーナの直下部に前記一次燃焼室を配置し、該一次燃焼室の直下部に前記連絡通路を配置し、該連絡通路の直下部に前記二次燃焼室を配置し、さらに前記バーナに前記排燃料及び一次空気を供給するように構成し、前記二次燃焼室の側部に前記二次空気を導入する二次空気導入口を配置する。
(2)前記燃料電池モジュールから排出される排空気を前記一次空気として前記一次燃焼室に搬送する第1の排空気通路と、前記排空気を前記二次空気として前記二次燃焼室に搬送する第2の排空気通路とを備え、前記第1の排空気通路及び第2の排空気通路に排空気の空気量を調整する空気量調整弁をそれぞれ設ける。
(1)前記バーナは、中央部に着火用トーチ火炎を噴出するトーチ火炎吹出口を配置し、該トーチ火炎吹出口の外側に前記排燃料を噴出する環状の排燃料吹出口を配置し、該排燃料吹出口の外側に前記排空気を噴出する環状の排空気吹出口を同心に配置してなる三重の吹出口を備えるとともに、前記排空気吹出口内に該排空気吹出口内を貫通して助燃料を噴出する複数の助燃料吹出口を備える。
(2)前記バーナは、前記(1)の構成に加えて、前排空気吹出口内に、該排空気に旋回力を付与して前記一次燃焼室に噴出せしめるスワール形成部材を設ける。
より具体的に言えば下記段落0028に記載のように、本発明によれば、燃焼室を一次燃焼を行う一次燃焼室12と一次燃焼後の燃焼ガスの二次燃焼を行う二次燃焼室との2つの燃焼室に分けるとともに、燃料電池モジュールからの排空気を、助燃料及び排燃料が噴射される一次燃焼室への第1の排空気と、一次燃焼後の燃焼ガスの完全燃焼用の第2の排空気との2つの流路に分けて燃焼に供することにより、助燃料及び排燃料燃焼用の排空気量が、排空気の全量を助燃料及び排燃料燃焼用とする従来技術に比べて少なくて済み、且つ第1の排空気と第2の排空気との配分を燃焼解析等によって適正に行うことにより、一次燃焼室12での燃え残りを含む燃焼ガスを二次燃焼室14で完全燃焼することが可能となる。これにより、燃焼器における燃焼効率を向上して、助燃料の投入量を低減することが可能となって燃料電池システムの効率を上昇できる。
これにより、排燃料燃焼器における燃焼効率を向上して、助燃料の投入量を低減することが可能となって燃料電池システムの効率を上昇できる。また、都市ガス等の高価な高発熱量の燃料からなる助燃料の消費量を低減できて、燃料電池プラントの運転コストを低減できる。
排燃料を中央部のトーチ火炎と外側の助燃料火炎とでサンドイッチ状に挟み込んだ火炎状態で燃焼させるので、着火性の悪い排燃料の燃焼性を向上できる。
また、排空気吹出口内にスワール形成部材を設けて、排空気に旋回力を与えることにより、一次燃焼室内における排空気と助燃料及び排燃料との混合を促進できて、一次燃焼室内における燃焼効率が向上する。
図2において、都市ガス等の高発熱量の助燃料を供給する燃料供給手段は符号1で示され、該燃料供給手段1からの助燃料は、排燃料燃焼器(以下燃焼器という)10及び燃料電池モジュール2に導入される。該燃料電池モジュール2から排出された排燃料は排燃料通路8を通して燃焼器10に導かれる。
また、前記燃料電池モジュール2から排出された排空気は、第1排空気通路4を通る第1の排空気と第2排空気通路5を通る第2の排空気との2つの流路に分けられ、第1排空気通路4を通った第1の排空気は、図1に示す燃焼器10の一次燃焼室12に、第2排空気通路5を通った第2の排空気は前記燃焼器10の二次燃焼室14にそれぞれ送り込まれるようになっている。
図1において、該燃焼器10は、燃焼器本体11の上部側にバーナ20を設置し、該燃焼器本体11内部の前記バーナ20の直下部に一次燃焼室12を配置し、該一次燃焼室12の直下部に該一次燃焼室12よりもガス通路が絞られた連絡通路13を配置し、該連絡通路13の直下部に前記二次燃焼室14を配置した竪型の燃焼器に構成されている。
該燃焼器10の下部には前記熱交換器3が直接取り付けられており、前記二次燃焼室14での燃焼排ガスが二次燃焼室出口29から熱交換器3内に直接導入されるようになっている。
また、前記燃焼器本体11の側部には、排空気溜め19が形成され、該排空気溜め19の第2排空気入口17は前記第2排空気通路5に接続され、該排空気溜め19の出口側は複数の排空気吹出孔18を介して前記二次燃焼室14に連通されている。従って、前記第2排空気通路5を通った第2排空気は前記第2排空気入口17を経て排空気溜め19に溜められてから、前記排空気吹出孔18から二次燃焼室14に噴出されることとなる。
かかるスワール形成部材25を設けたので、該スワール形成部材25によって排空気吹出口23から一次燃焼室12に噴出される排空気に旋回力を与えることにより、一次燃焼室12内における排空気と助燃料及び排燃料との混合を促進できて、該一次燃焼室12内における燃焼効率が向上する。
これにより、燃焼器10における燃焼効率を向上して、助燃料の投入量を低減することが可能となって燃料電池システムの効率を上昇できる。
2 燃料電池モジュール
3 熱交換器
4 第1排空気通路
5 第2排空気通路
6,7 空気量調整弁
8 排燃料通路
10 排燃料燃焼器(燃焼器)
11 燃焼器本体
12 一次燃焼室
13 連絡通路
14 二次燃焼室
15 排燃料入口
16 第1排空気入口
17 第2排空気入口
18 排空気吹出孔
19 排空気溜め
20 バーナ
21 トーチ火炎吹出口
22 排燃料吹出口
23 排空気吹出口
24 助燃料吹出口
29 二次燃焼室出口
Claims (5)
- 燃料電池モジュールから排出される排燃料を燃焼させる排燃料燃焼器を備えた燃料電池システムにおいて、前記排燃料燃焼器は、前記燃料電池モジュールからの排燃料がバーナにより噴出され一次空気を用いて該排燃料の一次燃焼を行う一次燃焼室と、前記一次燃焼室よりもガス通路が絞られた連絡通路を介して該一次燃焼室に接続され二次空気を用いて該一次燃焼室からのガスの二次燃焼を行う二次燃焼室とを備え、前記燃焼器本体の側部に、排空気溜めが形成され、該排空気溜めの第2排空気入口は前記第2排空気通路に接続され、該排空気溜めの出口側は複数の排空気吹出孔を介して前記二次燃焼室に連通されていることを特徴とする排燃料燃焼器を備えた燃料電池システム。
- 前記排燃料燃焼器は、前記バーナを上部側に配置し、該バーナの直下部に前記一次燃焼室を配置し、該一次燃焼室の直下部に前記連絡通路を配置し、該連絡通路の直下部に前記二次燃焼室を配置し、さらに前記バーナに前記排燃料及び一次空気を供給するように構成し、前記二次燃焼室の側部に前記二次空気を導入する二次空気導入口を配置したことを特徴とする請求項1記載の排燃料燃焼器を備えた燃料電池システム。
- 前記燃料電池モジュールから排出される排空気を前記一次空気として前記一次燃焼室に搬送する第1の排空気通路と、前記排空気を前記二次空気として前記二次燃焼室に搬送する第2の排空気通路とを備え、前記第1の排空気通路及び第2の排空気通路に排空気の空気量を調整する空気量調整弁をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項1記載の排燃料燃焼器を備えた燃料電池システム。
- 前記バーナは、中央部に着火用トーチ火炎を噴出するトーチ火炎吹出口を配置し、該トーチ火炎吹出口の外側に前記排燃料を噴出する環状の排燃料吹出口を配置し、該排燃料吹出口の外側に前記排空気を噴出する環状の排空気吹出口を同心に配置してなる三重の吹出口を備えるとともに、前記排空気吹出口内に該排空気吹出口内を貫通して助燃料を噴出する複数の助燃料吹出口を備えたことを特徴とする請求項1記載の排燃料燃焼器を備えた燃料電池システム。
- 前記排空気吹出口内に、該排空気に旋回力を付与して前記一次燃焼室に噴出せしめるスワール形成部材を設けたことを特徴とする請求項4記載の排燃料燃焼器を備えた燃料電池システム。
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