JP5171342B2 - Combustion device for reformer - Google Patents
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Description
本発明は、改質装置の燃焼装置に関する。 The present invention relates to a combustion apparatus for a reformer.
改質装置の燃焼装置の一形式として、特許文献1に示されているものが知られている。特許文献1の図1に示されているように、改質装置の燃焼装置は、燃焼空間3に燃焼ガスを噴出するための複数の燃焼噴出孔8を有する燃料ディストリビュータ1を囲むように、燃焼空間に空気を噴出するための複数の空気噴出孔9を有する空気噴出部材2が配置され、この空気噴出部材2の空気噴出孔9の一つには、温度検知点を燃焼空間3内に僅かに突出させて燃焼空間3の温度を検知する温度検知部材6が設けられている。
上述した特許文献1に記載の改質装置の燃焼装置においては、温度検知部材6の先端に設けた温度検知点を燃焼空間3に僅かに突出して位置決めすることが困難であり、温度検知部材6の温度検知点を正確に位置決めできないと燃焼空間3内の温度を正確に検知できないおそれがあった。 In the combustion apparatus of the reformer described in Patent Document 1 described above, it is difficult to position the temperature detection point provided at the tip of the temperature detection member 6 so as to slightly protrude into the combustion space 3. If the temperature detection point cannot be accurately positioned, the temperature in the combustion space 3 may not be detected accurately.
本発明は、上記した問題を解消するためになされたもので、改質装置の燃焼装置において、燃焼空間内の温度を検知する温度検知器の感温部を正確に位置決めして燃焼空間内の温度を正確に検知することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and in the combustion apparatus of the reformer, the temperature sensing part of the temperature detector for detecting the temperature in the combustion space is accurately positioned and The purpose is to detect temperature accurately.
上記の課題を解決するため、請求項1に係る発明の構成上の特徴は、改質用燃料から改質ガスを生成する改質部を備えた改質装置に備えられて改質部を加熱する燃焼装置であって、可燃ガスを燃焼させる燃焼空間を内部に有する筒状の燃焼筒と、燃焼空間の温度を先端部の感温部で検出する棒状の温度検出器と、燃焼筒の軸方向で内部を仕切り燃焼筒に固定された仕切り部材と、燃焼空間の温度を検出可能に、温度検出器の先端部を仕切り部材に対して位置決めする位置決め部材と、燃焼筒の燃焼空間と軸方向反対側の端部を塞ぐように設けられた基部と、基部に取り付けられて温度検出器を保持する保持部材と、温度検出器の先端部と軸方向反対側の基端部に固定された係止部と、保持部材と係止部との間に介装されて温度検出器を基端部側から先端部側へ付勢する付勢部材と、を備えたことである。 In order to solve the above-described problem, the structural feature of the invention according to claim 1 is that the reforming device including the reforming unit that generates the reformed gas from the reforming fuel is provided to heat the reforming unit. A combustion chamber having a combustion space in which combustible gas is combusted, a rod-shaped temperature detector for detecting the temperature of the combustion space with a temperature sensing portion at the tip, and a shaft of the combustion cylinder A partition member that is internally partitioned in a direction and fixed to the combustion cylinder, a positioning member that positions the tip of the temperature detector with respect to the partition member so that the temperature of the combustion space can be detected, and the combustion space and the axial direction of the combustion cylinder A base provided so as to close the opposite end, a holding member attached to the base to hold the temperature detector, and an anchor fixed to the base end on the opposite side of the axial direction from the tip of the temperature detector The temperature detector is interposed between the stop portion, the holding member and the locking portion, and the base end portion. An urging member for urging the front end portion from is that having a.
また、請求項2に係る発明の構成上の特徴は、請求項1において、位置決め部材は、先端部が仕切り部材に対して位置決めされ、温度検出器の先端部から温度検出器が挿入される有底管形状の保護管であることである。 Further, the structural feature of the invention according to claim 2 is that in claim 1, the positioning member has a tip end positioned with respect to the partition member, and the temperature detector is inserted from the tip end of the temperature detector. It is a bottom tube-shaped protective tube.
また、請求項3に係る発明の構成上の特徴は、請求項2において、保護管の先端部が仕切り部材に設けた穴部に貫挿されて固定されるときに保護管の先端部の外壁面には仕切り部材の壁面と当接して燃焼空間の温度を検出可能に温度検出器の先端部を位置決めする位置決め用段部を形成したことである。 Further, the structural feature of the invention according to claim 3 is that, in claim 2, when the distal end portion of the protective tube is inserted into and fixed to the hole provided in the partition member, the outer portion of the distal end portion of the protective tube is fixed. That is, a positioning step for positioning the tip of the temperature detector so as to detect the temperature of the combustion space in contact with the wall surface of the partition member is formed on the wall surface.
また、請求項4に係る発明の構成上の特徴は、請求項1において、位置決め部材は、温度検出器の先端部に固定され、仕切り部材に設けた穴部に貫挿されて固定されるときに仕切り部材の壁面と当接して燃焼空間の温度を検出可能に温度検出器の先端部を位置決めする第2係止部であることである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the positioning member is fixed to the distal end portion of the temperature detector, and is fixed by being inserted into a hole provided in the partition member. And a second locking portion that positions the tip of the temperature detector so as to be able to detect the temperature of the combustion space by contacting the wall surface of the partition member.
上記のように構成した請求項1に係る発明においては、位置決め部材は、燃焼空間の温度を検出可能に、温度検出器の先端部を仕切り部材に対して位置決めする。さらに、基部に取り付けられて温度検出器を保持する保持部材と、温度検出器の先端部と軸方向反対側の基端部に固定された係止部と、の間に介装された付勢部材による付勢によって、位置決め部材により先端部が仕切り部材に対して位置決めされた温度検出器はその位置に保持される。これにより、温度検出器は先端部の感温部が燃焼空間の温度を検出可能な位置に正確かつ確実に(位置ずれすることなく)位置決めされるようになって、燃焼空間内の正確な温度を検出することができる。 In the invention according to claim 1 configured as described above, the positioning member positions the tip of the temperature detector with respect to the partition member so that the temperature of the combustion space can be detected. Furthermore, the biasing member interposed between the holding member attached to the base portion and holding the temperature detector and the locking portion fixed to the base end portion on the opposite side in the axial direction from the distal end portion of the temperature detector. The temperature detector whose tip is positioned with respect to the partition member by the positioning member by the biasing by the member is held at that position. As a result, the temperature detector is positioned accurately and reliably (without displacement) at a position where the temperature sensing portion at the tip can detect the temperature of the combustion space. Can be detected.
上記のように構成した請求項2に係る発明においては、請求項1に係る発明において、位置決め部材は、先端部が仕切り部材に対して位置決めされ、温度検出器の先端部から温度検出器が挿入される有底管形状の保護管であるので、温度検出器は燃焼空間の所定位置に先端が位置決めされた保護管内に挿入されて、基部に取り付けられた保持部材と温度検出器の基端部に固定された係止部との間に介装された付勢部材による付勢によって、温度検出器の先端が保護管の内側先端に当接することになる。これにより、温度検出器は先端部の感温部が燃焼空間の温度を検出可能な位置に正確かつ確実に位置決めされるようになって、燃焼空間内の正確な温度を検出することができる。 In the invention according to claim 2 configured as described above, in the invention according to claim 1, the positioning member is positioned with respect to the partition member, and the temperature detector is inserted from the tip of the temperature detector. Therefore, the temperature detector is inserted into a protective tube whose tip is positioned at a predetermined position in the combustion space, and the holding member attached to the base and the base end of the temperature detector The tip of the temperature detector comes into contact with the inner tip of the protective tube by urging by the urging member interposed between the engaging portion fixed to the inner surface of the protective tube. As a result, the temperature detector is accurately and reliably positioned at a position where the temperature sensing portion at the tip can detect the temperature of the combustion space, and can detect the accurate temperature in the combustion space.
上記のように構成した請求項3に係る発明においては、請求項2に係る発明において、保護管の先端部が仕切り部材に設けた穴部に貫挿されて固定されるときに保護管の先端部の外壁面には仕切り部材の壁面と当接して燃焼空間の温度を検出可能に温度検出器の先端部を位置決めする位置決め用段部を形成したので、この位置決め用段部を仕切り部材の壁面に当接させることで保護管の先端を所定位置(燃焼空間25dの温度検出可能な位置)に正確に位置決めすることができる。
In the invention which concerns on Claim 3 comprised as mentioned above, when the front-end | tip part of a protective tube is penetrated and fixed to the hole provided in the partition member in the invention which concerns on Claim 2, the front-end | tip of a protective tube Since the positioning step for positioning the tip of the temperature detector so that the temperature of the combustion space can be detected by contacting the wall of the partition member is formed on the outer wall surface of the partition member, the positioning step is used as the wall surface of the partition member. , The tip of the protective tube can be accurately positioned at a predetermined position (a position where the temperature of the
上記のように構成した請求項4に係る発明においては、請求項1に係る発明において、位置決め部材は、温度検出器の先端部に固定され、仕切り部材に設けた穴部に貫挿されて固定されるときに仕切り部材の壁面と当接して燃焼空間の温度を検出可能に温度検出器の先端部を位置決めする第2係止部である。これにより、第2係止部は、燃焼空間の温度を検出可能に、温度検出器の先端部を仕切り部材に対して位置決めする。さらに、基部に取り付けられて温度検出器を保持する保持部材と、温度検出器の先端部と軸方向反対側の基端部に固定された係止部と、の間に介装された付勢部材による付勢によって、第2係止部により先端部が仕切り部材に対して位置決めされた温度検出器はその位置に保持される。これにより、温度検出器は先端部の感温部が燃焼空間の温度を検出可能な位置に正確かつ確実に(位置ずれすることなく)位置決めされるようになって、燃焼空間内の正確な温度を検出することができる。 In the invention which concerns on Claim 4 comprised as mentioned above, in the invention which concerns on Claim 1, a positioning member is fixed to the front-end | tip part of a temperature detector, and is penetrated and fixed to the hole provided in the partition member. And a second locking portion that positions the tip of the temperature detector so that the temperature of the combustion space can be detected by contacting the wall surface of the partition member. Thereby, a 2nd latching | locking part positions the front-end | tip part of a temperature detector with respect to a partition member so that the temperature of combustion space is detectable. Furthermore, the biasing member interposed between the holding member attached to the base portion and holding the temperature detector and the locking portion fixed to the base end portion on the opposite side in the axial direction from the distal end portion of the temperature detector. The temperature detector whose tip is positioned with respect to the partition member by the second locking portion by the biasing by the member is held at that position. As a result, the temperature detector is positioned accurately and reliably (without displacement) at a position where the temperature sensing portion at the tip can detect the temperature of the combustion space. Can be detected.
以下、本発明による改質装置の燃焼装置を適用した燃料電池システムの一実施形態について図1、2を用いて説明する。図1、2の上下は、重力方向の上下である。図1はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは燃料電池10とこの燃料電池10に必要な水素ガスを含む改質ガス(燃料ガス)を生成する改質装置20を備えている。
Hereinafter, an embodiment of a fuel cell system to which a combustion apparatus of a reformer according to the present invention is applied will be described with reference to FIGS. The top and bottom in FIGS. 1 and 2 are the top and bottom in the direction of gravity. FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of this fuel cell system. The fuel cell system includes a
燃料電池10は、燃料極11と酸化剤極である空気極12と両極11,12間に介在された電解質13を備えており、燃料極11に供給された改質ガスおよび空気極12に供給された酸化剤ガスである空気(カソードエア)を用いて発電するものである。なお、空気の代わりに空気の酸素富化したガスを供給するようにしてもよい。
The
改質装置20は、改質用燃料を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池10に供給するものであり、改質部21、冷却部22、一酸化炭素シフト反応部(以下、COシフト部という)23および一酸化炭素選択酸化反応部(以下、CO選択酸化部という)24、燃焼部(燃焼装置)25、および蒸発部26から構成されている。改質用燃料としては天然ガス、LPGなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。
The
改質部21は、改質用燃料に改質水が混合された改質用原料である混合ガスから改質ガスを生成して導出するものである。この改質部21は有底円筒状に形成されており、環状筒部内に軸線に沿って延在する環状の折り返し流路21aを備えている。
The reforming
改質部21の折り返し流路21a内には、触媒21b(例えば、RuまたはNi系の触媒)が充填されており、冷却部22から導入された改質用燃料と水蒸気供給管51から導入された水蒸気との混合ガスが触媒21bによって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている(いわゆる水蒸気改質反応)。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス(いわゆる改質ガス)は冷却部(熱交換部)22に導出されるようになっている。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。
The
冷却部22は、改質部21から導出された改質ガスと、改質用燃料と改質水(水蒸気)との混合ガスとの間で熱交換が行われる熱交換器(熱交換部)であって、高温である改質ガスを低温である混合ガスによって降温してCOシフト部23に導出するとともに混合ガスを改質ガスによって昇温して改質部21に導出するようになっている。
The
具体的には、冷却部22には図示しない燃料供給源(例えば都市ガス管)に接続された改質用燃料供給管41が接続されている。改質用燃料供給管41には、上流から順番に燃料ポンプ42、脱硫器46および改質用燃料バルブ43が設けられている。改質用燃料バルブ43は改質用燃料供給管41を開閉するものである。燃料ポンプ42は改質用燃料を供給しその供給量を調整する改質用燃料供給手段である。脱硫器46は燃料中の硫黄分(例えば、硫黄化合物)を除去するものである。燃料供給源から供給される燃料のうち改質部21に供給されて改質されるものを改質用燃料といい、燃焼部25に供給されて燃焼されるものを燃焼用燃料という。
Specifically, a reforming
また、改質用燃料供給管41の脱硫器46と改質用燃料バルブ43との間には燃焼部25に接続された燃焼用空気供給管64に接続された燃焼用燃料供給管44が接続されている。燃焼用燃料供給管44には燃焼用燃料バルブ45が設けられている。燃焼用燃料バルブ45は燃焼用燃料供給管44を開閉するものである。燃料ポンプ42が駆動され改質用燃料バルブ43が閉じられ燃焼用燃料バルブ45が開かれている場合、燃焼部25に燃焼用燃料が供給され、また、燃料ポンプ42が駆動され改質用燃料バルブ43が開かれ燃焼用燃料バルブ45が閉じられている場合、改質部21に改質用燃料が供給される。
A combustion
さらに、改質用燃料供給管41の改質用燃料バルブ43と冷却部22との間には蒸発部26に接続された水蒸気供給管51が接続されている。蒸発部26から供給された水蒸気が改質用燃料に混合され、その混合ガスが冷却部22を通って改質部21に供給されている。
Further, a
COシフト部23は、改質部21から冷却部22を通って供給された改質ガス中の一酸化炭素を低減するものすなわち一酸化炭素低減部である。COシフト部23は、内部に上下方向に沿って延在する折り返し流路23aを備えている。折り返し流路23a内には触媒23b(例えば、Cu−Zn系の触媒)が充填されている。COシフト部23においては、冷却部22から導入された改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気は、触媒23bにより反応して水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。この一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。
The
CO選択酸化部24は、COシフト部23から供給された改質ガス中の一酸化炭素をさらに低減して燃料電池10に供給するものでありすなわち一酸化炭素低減部である。CO選択酸化部24は、円筒状に形成されて、蒸発部26の外周壁を覆って当接して設けられている。CO選択酸化部24の内部には、触媒24a(例えば、RuまたはPt系の触媒)が充填されている。
The CO
このCO選択酸化部24の側壁面下部および側壁面上部には、COシフト部23に接続された接続管89および燃料電池10の燃料極11に接続された改質ガス供給管71がそれぞれ接続されている。接続管89には、酸化用空気供給管61が接続されている。これにより、CO選択酸化部24には、COシフト部23からの改質ガスと大気からの酸化用空気が導入されるようになっている。なお、酸化用空気供給管61には、上流から順番に酸化用空気ポンプ62および酸化用空気バルブ63が設けられている。酸化用空気ポンプ62は酸化用空気を供給しその供給量を調整するものである。酸化用空気バルブ63は酸化用空気供給管61を開閉するものである。
A connecting
したがって、CO選択酸化部24内に導入された改質ガス中の一酸化炭素は、酸化用空気中の酸素と反応(酸化)して二酸化炭素になる。この反応は発熱反応であり、触媒24aによって促進される。これにより、改質ガスは酸化反応によって一酸化炭素濃度がさらに低減されて(10ppm以下)導出され、燃料電池10の燃料極11に供給されるようになっている。
Therefore, carbon monoxide in the reformed gas introduced into the CO
燃料電池10の燃料極11の導入口には改質ガス供給管71を介してCO選択酸化部24が接続されるとともに、燃料極11の導出口にはオフガス供給管72を介して燃焼部25が接続されている。バイパス管73は燃料電池10をバイパスして改質ガス供給管71およびオフガス供給管72を直結するものである。改質ガス供給管71にはバイパス管73との分岐点と燃料電池10との間に第1改質ガスバルブ74が設けられている。オフガス供給管72にはバイパス管73との合流点と燃料電池10との間にオフガスバルブ75が設けられている。バイパス管73には第2改質ガスバルブ76が設けられている。
A CO
起動運転時には、改質装置20から一酸化炭素濃度の高い改質ガスを燃料電池10に供給するのを回避するため、第1改質ガスバルブ74およびオフガスバルブ75を閉じ第2改質ガスバルブ76を開き、定常運転(発電運転)時には、改質装置20からの改質ガスを燃料電池10に供給するため、第1改質ガスバルブ74およびオフガスバルブ75を開き第2改質ガスバルブ76を閉じている。
During the start-up operation, the first reformed
また、燃料電池10の空気極12の導入口には、カソード用空気供給管67が接続されるとともに、空気極12の導出口には、排気管82が接続されている。空気極12に空気が供給され、オフガスが排気されるようになっている。なお、カソード用空気供給管67には上流から順にカソード用空気ポンプ68およびカソード用空気バルブ69が設けられている。カソード用空気ポンプ68はカソード用空気を供給しその供給量を調整するものである。カソード用空気バルブ69はカソード用空気供給管67を開閉するものである。
A cathode
燃焼部25は、改質部21を加熱して水蒸気改質反応に必要な熱を供給するための燃焼ガスを生成するものであり、改質部21の内周壁内に空間をおいて下端部が挿入されている。燃焼部25は、拡散燃焼させるときには、燃料極11からのアノードオフガスまたは改質部21からの燃料ガスを燃焼用酸化剤ガスにより燃焼させて燃焼ガスを生成し、予混合燃焼させるときには、燃料供給源からの燃焼用燃料および燃焼用酸化剤ガスが予混合された予混合ガスを燃焼させて燃焼ガスを生成し、これら燃焼ガスのいずれかにより改質部21を加熱する燃焼装置である。
The
この燃焼部25は、図2に示すように、基部25aと、基部25aに設けられて基部25aと連通する筒状の燃焼筒25bと、オフガスノズル25cと、温度センサ(温度検出器)25eと、保護管(位置決め部材)25fと、を備えている。なお、燃焼部25は、制御装置の指令に応じて点火用電極(図示省略)により着火されるものである。
As shown in FIG. 2, the
基部25aは、略円形のベースプレート25a1と、このベースプレート25a1の下側を覆って固定された円筒形のベースケーシング25a2から構成されている。ベースプレート25a1内には、第1流入口25a3と流出口25a4を備えた接続路25a5が形成されており、この接続路25a5の第1流入口25a3にはオフガス供給管72が接続されており、流出口25a4にはオフガスノズル25cが接続されている。ベースケーシング25a2には、第2流入口25a6が設けられており、この第2流入口25a6には、ベースプレート25a1とベースケーシング25a2とにより形成される空間25a7に連通する燃焼用空気供給管64が接続されている。この基部25aは、燃焼筒25bの燃焼空間25dと軸方向反対側の端部を塞ぐように設けられている。
The
燃焼筒25bには、軸方向の中間部より下端側に円盤状の仕切り板(仕切り部材)25b1が設けられており(固定されており)、この仕切り板25b1は、燃焼筒25b内の空間を軸方向に仕切っている。仕切り板25b1は燃焼筒25bに溶接により固定されているが、圧入や機械的結合により固定してもよい。
The
なお、仕切り板25b1により仕切られた燃焼筒25bの上側の空間は、基部25aの空間25a7と連通しており、仕切り板25b1により仕切られた燃焼筒25bの下側の空間は下方に開放されており、この下側の空間は後述する燃焼空間25dとなる。仕切り板25b1には、複数の第2噴射口25b2が設けられている。また、本実施の形態では、仕切り板25b1は予混合ガスの噴出口25b2を設けた部材と兼用しているが、仕切り板25b1は必ずしもガスの通過を仕切る必要はなく、温度センサ25eや保護管25fの先端部が位置決めすることができればよい。
Note that the space above the
オフガスノズル25cは、有底管形状をして空間25a7および燃焼筒25b内に延在しており、基端が接続路25a5と連通して基部25aのベースプレート25a1に固定され、先端部が仕切り板25b1の中央の穴部に嵌挿されている。オフガスノズル25cの先端部は、燃焼空間25d内に延在しており、この先端部の周面には、複数の第1噴射口25c1が設けられている。第1噴射口25c1は、オフガスノズル25cの径方向に開口して等間隔で4箇所に設けられている。
The off-
なお、本願の特許請求の範囲に記載の第1供給経路L1は、接続路25a5とオフガスノズル25c内の空間とからなり、第1流入口25a3から燃焼用燃料を流入させて燃焼空間25dに供給するものである。第2供給経路L2は、空間25a7と、仕切り板25b1より上側で燃焼筒25bとオフガスノズル25cとの間の空間25b3とからなり、第2流入口25a6から少なくとも燃焼用酸化剤ガスを流入させて燃焼空間25dに供給するものである。
The first supply path L1 described in the claims of the present application includes a connection path 25a5 and a space in the off-
燃焼空間25dは、燃焼用燃料、アノードオフガスおよび改質ガスである可燃ガスを燃焼させるための空間であり、燃焼筒25b内で仕切り板25b1により仕切られた下側の空間であって、オフガスノズル25cの先端が突出した側の空間である。なお、この燃焼空間25dを形成する壁部材は、燃焼筒25bの仕切り板25b1より下側部分および仕切り板25b1である。
The
温度センサ25eは、棒状をしてなり、例えばシース熱電対が用いられている。温度センサ25eは、燃焼部25の燃焼空間25d内で生じる火炎25iの輻射温度を先端部(先端25e1から少し基端側)の感温部25e5で検出して、その検出結果を制御装置に送信するもの(例えば輻射温度計)である。温度センサ25eは、基部25aのベースプレート25a1および仕切り板25b1を貫通して、その先端部が燃焼空間25d内に配置されている。なお、本実施の形態では、温度センサ25eとしてシース熱電対が用いられているが、本発明はこれに限られるものでなく、サーミスタを用いてもよい。
The
保護管25fは、先端部が仕切り板25b1に対して位置決めされ、温度センサ25eの先端部から温度センサ25eが挿入される有底管形状のものであり、温度センサ25eを収容するものである。保護管25fは、燃焼空間25dの温度を検出可能に、温度センサ25eの先端部を仕切り板25b1に対して位置決めする位置決め部材である。
The protection tube 25f has a bottomed tube shape in which the tip portion is positioned with respect to the partition plate 25b1, and the
保護管25fは、管部25f1と、先端が閉じられたキャップ部25f2とからなり、これらを一体的に接続固定したものである。保護管25fは、ステンレス系金属で形成されているが、ステンレス以外の耐熱金属でもよく、アルミナ等のセラミックス材を使用してもよい。なお、保護管25fは管部25f1とキャップ部25f2とを1部材で構成したものでもよい。保護管25fは、空間25a7および燃焼筒25b(空間25b3)内に延在しており、基端部が基部25aのベースプレート25a1に設けた穴部に貫挿されて溶接により固定され、先端のキャップ部25f2が仕切り板25b1に設けた穴部に貫挿されて溶接により固定されている。キャップ部25f2の周面(外壁面)には、温度センサ25eの軸線方向に段部(位置決め用段部:異なる外径により形成)25f3が形成されており、この段部25f3が仕切り板25b1の上面(壁面)に当接することで、キャップ部25f2が仕切り板25b1に設けた穴部に貫挿されたときにキャップ部25f2の先端を燃焼空間25dの所定位置に位置決めされる。なお、段部25f3は、キャップ部25f2の全周面に形成されているが、これに限られるものでなく、キャップ部25f2の外周面に形成された少なくとも1箇所以上の突部から構成するようにしてもよい。
The protective tube 25f includes a tube portion 25f1 and a cap portion 25f2 whose tip is closed, and these are integrally connected and fixed. The protective tube 25f is formed of a stainless steel metal, but may be a heat resistant metal other than stainless steel, or a ceramic material such as alumina. Note that the protective tube 25f may be a tube member 25f1 and a cap portion 25f2 formed of a single member. The protective tube 25f extends into the space 25a7 and the
また、保護管25fの先端が固定された所定位置は、燃焼空間25dの内部でかつ火炎25iの火炎面25i1の外部であって、火炎の25iの輻射熱が計測できる位置である。本実施の形態においては、保護管25fのキャップ部25f2の先端は、0.3mmの肉厚をして仕切り板25b1から燃焼空間25dに向けて0.8mm突出して位置決めされている。また、保護管25fに挿入された温度センサ25eの先端は、保護管25fの先端と同様に、燃焼空間25dの内部でかつ火炎25iの火炎面25i1の外部であって、火炎の25iの輻射熱が計測できる位置に配置されており、仕切り板25b1から燃焼空間25dに向けて0.5mm突出した位置となる。なお、ここで火炎面とは、燃焼ガスまたは予混合ガスなどの可燃ガスの燃焼反応が起こっている部分とそれ以外の部分の境界面をいう。
The predetermined position where the tip of the protective tube 25f is fixed is a position inside the
温度センサ25eは、保護管25f内に挿入されており、温度センサ25eの先端が保護管25fのキャップ部25f2の内側先端に当接している。基部25aのベースプレート25a1の上面(外壁面)には、温度センサ25eを保持する保持ブラケット(保持部材)25gが設けられている(取付けられている)。この保持ブラケット25gは、直角に折れ曲がった略Z字形をしており、保持ブラケット25gの下板部25g1がベースプレート25a1の上面にねじ止め固定され、保持ブラケット25gの上板部25g2に設けた貫通孔に温度センサ25eが挿通されて軸方向移動可能に温度センサ25eを保持している。なお、下板部25g1はベースプレート25a1にねじ止め固定しているが、溶接等の接合により固定してもよい。
The
温度センサ25eの先端部と軸方向反対側の基端部には、係止部(第1係止部)25e2が固定されている。この温度センサ25eには、保持ブラケット25gの上板部25g2より下側位置に円環形をした係止部25e2がかしめ固定されている。なお、係止部25e2は、円環形をしたものに限られず、多角形をしたものや少なくとも一対の対向した突部を備えたものでもよい。また、係止部25e2は温度センサ25eにかしめ固定しているが、接着等の接合により固定してもよい。
A locking portion (first locking portion) 25e2 is fixed to a base end portion on the opposite side in the axial direction from the distal end portion of the
保持ブラケット25gの上板部25g2と温度センサ25eの係止部25e2との間には、温度センサ25eの先端を保護管25fの内側先端に(温度センサ25eを基端部側から先端部側へ)付勢する付勢部材25hが介装されている。付勢部材25hは、温度センサ25eの先端が保護管25fの内側先端から離れないようにかつ過度な応力がかからない程度に付勢する柔軟な弾性材よりなる。本実施形態においては、付勢部材25hは、スポンジ製(海綿状のゴムまたは合成樹脂製)の環状部材が用いられている。温度センサ25eの先端は、この付勢部材25hによる付勢によって保護管25fのキャップ部25f2の内側先端に常に当接している。なお、本発明の付勢部材25hは、スポンジ製の環状部材に限られるものでなく、発泡体による弾性材(例えばポリウレタンなどのプラスチックやゴムなどを発泡成形したもの)やゴム製の弾性材よりなるものや、反発力を低く抑えて過度な応力がかからないようにした圧縮コイルばねなどのばね部材を用いてもよい。また、付勢部材25hは、環状のものに限られずC形状のものでもよい。
Between the upper plate portion 25g2 of the holding
拡散燃焼をさせる場合には、第1流入口25a3からアノードオフガスまたは改質ガスが第1供給経路L1に流入する。すなわち、第1流入口25a3から流入したアノードオフガスまたは改質ガスは、接続路25a5とオフガスノズル25cを通って(第1供給経路L1を通って)第1噴射口25c1から燃焼空間25dに供給される。このとき、第2流入口25a6からは燃焼用空気が第2供給経路L2に流入する。すなわち、第2流入口25a6から流入した燃焼用空気は、基部25a内の空間25a7と燃焼筒25b内の空間25b3とを通って第2噴射口25b2から燃焼空間25dに供給される。
When diffusion combustion is performed, the anode off gas or the reformed gas flows into the first supply path L1 from the first inlet 25a3. That is, the anode off-gas or reformed gas flowing in from the first inlet 25a3 is supplied from the first injection port 25c1 to the
一方、予混合燃焼をさせる場合には、第2流入口25a6から予混合ガスが第2供給経路L2に流入する。すなわち、第2流入口25a6から流入した予混合ガスは、基部25a内の空間25a7と燃焼筒25b内の空間25b3とを通って(第2供給経路L2を通って)第2噴射口25b2から燃焼空間25dに供給される。なお、予混合ガスは燃焼用空気供給管64を通って供給される。
On the other hand, when premixed combustion is performed, the premixed gas flows into the second supply path L2 from the second inlet 25a6. That is, the premixed gas flowing in from the second inlet 25a6 burns from the second injection port 25b2 through the space 25a7 in the
燃焼用空気供給管64には、図1に示すように、燃焼用空気ポンプ(燃焼用酸化剤ガス供給手段)65および燃焼用空気バルブ66が設けられている。燃焼用空気ポンプ65は大気から燃焼用空気を吸い込み燃焼部25に吐出するものであり、制御装置の指令に応じて燃焼部25に供給する燃焼用空気供給量を調整するものである。燃焼用空気バルブ66は、制御装置の指令に応じて燃焼用空気供給管64を開閉するものである。
As shown in FIG. 1, the combustion
システム起動開始(燃料電池システム(改質装置20)の起動開始)した時点から改質部21に改質用燃料の供給が開始されるまでの間は、燃焼用空気バルブ66が開かれ、燃焼用空気ポンプ65が駆動されるとともに、改質用燃料バルブ43、第1改質ガスバルブ74およびオフガスバルブ75が閉じられ、燃焼用燃料バルブ45が開かれ、燃料ポンプ42が駆動される。燃焼用燃料は改質部21を通らないで燃焼用燃料供給管44を通って燃焼用空気供給管64で燃焼用空気に合流して混合され、その予混合ガスが燃焼用空気供給管64を通って燃焼部25に供給される。改質部21に改質用燃料の供給が開始されるのは、蒸発部26で水蒸気が生成され、かつ、改質部21が所定温度以上となった後である。
The
また、改質部21への改質用燃料の供給開始以降から定常運転(発電)開始までの間は、改質用燃料バルブ43および第2改質ガスバルブ76が開かれ、燃焼用燃料バルブ45が閉じられ、燃料ポンプ42が駆動される。第1改質ガスバルブ74およびオフガスバルブ75は閉じられたままである。これにより、CO選択酸化部24から一酸化炭素濃度の高い改質ガスを燃料電池10に供給するのを回避するため、燃焼部25にはCO選択酸化部24からの改質ガスが燃料電池10を通らないで直接供給される。燃焼用空気は上記と同様に供給されている。すなわち、燃焼部25には、オフガス供給管72を通って改質ガスが供給されるとともに、燃焼用空気供給管64を通って燃焼用空気が供給される。
In addition, the reforming
そして、定常運転(発電)中においては、改質用燃料バルブ43、第1改質ガスバルブ74およびオフガスバルブ75が開かれ、燃焼用燃料バルブ45および第2改質ガスバルブ76が閉じられ、燃料ポンプ42が駆動される。これにより、燃焼部25には燃料電池10の燃料極11からのアノードオフガス(燃料電池10の燃料極11に供給され消費されずに排出された水素や未改質の改質用燃料を含んだ改質ガス)が供給される。燃焼用空気は上記と同様に供給されている。すなわち、燃焼部25には、オフガス供給管72を通ってアノードオフガスが供給されるとともに、燃焼用空気供給管64を通って燃焼用空気が供給される。このとき、燃焼部25では燃焼用燃料などの可燃ガスを別途追加して燃焼する追い焚きは行われていない。いわゆる追い焚きレスシステムである。
During steady operation (power generation), the reforming
このように燃焼部25においては、燃焼部25に供給された燃焼用燃料、改質ガスまたはアノードオフガス(これらは可燃ガスである。)は、燃焼部25に供給された燃焼用空気によって燃焼されて高温の燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスは、改質部21と断熱部28との間および断熱部28と蒸発部26との間に形成されて改質部21や蒸発部26を加熱するように配設された燃焼ガス流路27を流通し、排気管81を通って燃焼排ガスとして外部に排出される。燃焼ガスは改質部21の改質触媒21aを活性温度域となるように加熱し、蒸発部22を水蒸気生成するために加熱する。
As described above, in the
蒸発部26は、改質水を蒸発させて水蒸気を生成して冷却部22を介して改質部21に供給するものである。蒸発部26は、円筒状に形成されて燃焼ガス流路27の外周壁を覆って当接して設けられている。
The
この蒸発部26の下部(例えば側壁面下部、底面)には改質水タンク(図示省略)に接続された給水管52が接続されている。蒸発部26の上部(例えば側壁面上部)には水蒸気供給管51が接続されている。改質水タンクから導入された改質水は、蒸発部26内を流通する途中にて燃焼ガスからの熱およびCO選択酸化部24からの熱によって加熱されて、水蒸気となって水蒸気供給管51および冷却部22を介して改質部21へ導出するようになっている。なお、給水管52には、上流から順番に改質水ポンプ53および改質水バルブ54が設けられている。改質水ポンプ53は、蒸発部26に改質水を供給するとともにその改質水供給量を調整するものである。改質水バルブ54は給水管52を開閉するものである。
A
上述の説明から明らかなように、この実施の形態においては、位置決め部材(仕切り板)25b1は、燃焼空間25dの温度を検出可能に、温度検出器(温度センサ)25eの先端部を仕切り部材25b1に対して位置決めする。さらに、基部25aに取り付けられて温度検出器25eを保持する保持部材25gと、温度検出器25eの先端部と軸方向反対側の基端部に固定された係止部25e2と、の間に介装された付勢部材25hによる付勢によって、位置決め部材(保護管)25fにより先端部が仕切り部材25b1に対して位置決めされた温度検出器25eはその位置に保持される。これにより、温度検出器25eは先端部の感温部25e5が燃焼空間の温度を検出可能な位置に正確かつ確実に(位置ずれすることなく)位置決めされるようになって、燃焼空間25d内の正確な温度を検出することができる。また、このように正確な温度を検出することにより、その検出結果に基づいて正確に燃焼部25の燃焼制御をすることができるようになる。また、燃焼空間25d内の温度を正確に検知可能となり、燃焼空気または可燃ガス(燃料)いずれかの流量計を廃止でき、コストダウンが可能となる。
As is apparent from the above description, in this embodiment, the positioning member (partition plate) 25b1 can detect the temperature of the
また、位置決め部材は、先端部が仕切り部材25b1に対して位置決めされ、温度検出器(温度センサ)25eの先端部から温度検出器25eが挿入される有底管形状の保護管25fであるので、温度検出器25eは燃焼空間25dの所定位置に先端が位置決めされた保護管25f内に挿入されて、基部25aに取り付けられた保持部材(保持ブラケット)25gと温度検出器25eの基端部に固定された係止部25e2との間に介装された付勢部材25hによる付勢によって、温度検出器25eの先端が保護管25fの内側先端に当接することになる。これにより、温度検出器25eは先端部の感温部25e5が燃焼空間25dの温度を検出可能な位置に正確かつ確実に位置決めされるようになって、燃焼空間25d内の正確な温度を検出することができる。また、このように正確な温度を検出することにより、その検出結果に基づいて正確に燃焼部25の燃焼制御をすることができるようになる。また、燃焼空間25d内の温度を正確に検知可能となり、燃焼空気または可燃ガス(燃料)いずれかの流量計を廃止でき、コストダウンが可能となる。さらに、温度センサ25eは付勢部材25hによりその先端を保護管25fの内側先端に付勢されているので、温度センサ25eおよび保護管25fが互いに異なるように熱膨張や熱収縮をしても温度センサ25eの先端が保護管の内側先端に常に当接されて感温部25e5である先端部が位置ずれをおこさない。また、保護管25fによって燃焼雰囲気(強烈な酸化反応場である)から温度検出器25eを保護することができ、温度検出器25eの耐久性を向上することができる。
Further, the positioning member is a bottomed tube-shaped protective tube 25f in which the tip portion is positioned with respect to the partition member 25b1 and the
また、保護管25fの先端部が仕切り部材(仕切り板)25b1に設けた穴部に貫挿されて固定されるときに保護管25fの先端部の外壁面には仕切り部材25b1の壁面(上面)と当接して燃焼空間25dの温度を検出可能に温度検出器25eの先端部を位置決めする位置決め用段部25f3を形成したので、この位置決め用段部25f3を仕切り部材25b1の壁面に当接させることで保護管25fの先端を所定位置(燃焼空間25dの温度検出可能な位置)に正確に位置決めすることができる。
Further, when the distal end portion of the protective tube 25f is inserted and fixed in a hole provided in the partition member (partition plate) 25b1, the outer wall surface of the distal end portion of the protective tube 25f is provided on the wall surface (upper surface) of the partition member 25b1. Since the positioning step portion 25f3 for positioning the tip of the
なお、本実施の形態においては、燃焼部25は、下方に火炎を形成するように構成したものであるが、これに限られるものでなく、上方や側方に火炎を形成させるように構成するようにしてもよい。
In addition, in this Embodiment, although the
また、保護管25fは、基端部がベースプレート25a1に固定され、キャップ部25f2が仕切り板25b1に固定されているが、必ずしも固定する必要はないし、キャップ部25f2だけが固定されていてもよい。キャップ部25f2に仕切り板25b1の穴部を通過できない段部25f3が設けられていれば、付勢部材25hの付勢力により、保護管25fは位置決めされる。このため、保護管25fとベースプレート25a1の穴部の間がガス不透過性を有するようにOリングなどによりシールされていればよい。これにより燃焼筒25bなどの熱膨張を吸収できる。
Moreover, although the base end part of the protective tube 25f is fixed to the base plate 25a1, and the cap part 25f2 is fixed to the partition plate 25b1, it is not always necessary to fix it, and only the cap part 25f2 may be fixed. If the step 25f3 that cannot pass through the hole of the partition plate 25b1 is provided in the cap 25f2, the protective tube 25f is positioned by the biasing force of the biasing
さらに、実施形態では、温度センサ25eの感温部25e5(先端)は、燃焼空間25dの内部でかつ火炎25iの火炎面25i1の外部に設けられているが、燃焼温度を計測できるなら、どこでもよい。例えば、実施形態では温度センサ25eの先端は仕切り板25b1から燃焼空間25dに向けて0.5mm突出して位置決めされているが、仕切り板25b1の穴部内にあっても火炎の25iの輻射熱が計測できればよい。また温度センサ25eの先端が火炎面内にあってもよい。温度センサ25eの先端が、仕切り板25b1の燃焼空間25d側の平面より0.5mmだけ燃焼空間25dから遠ざかった位置から燃焼空間25dに向けて1mm突出した位置が望ましい。より望ましくは、実施形態のように、温度センサ25eの先端が、燃焼空間内25d内(仕切り板25b1から燃焼空間25dに向けて突出している)でかつ火炎面25i1の外部にある方がよい。温度計測精度が向上すると共に、温度センサ25eの耐久性が向上できるからである。
Furthermore, in the embodiment, the temperature sensing portion 25e5 (tip) of the
さらに、上記実施の形態においては、位置決め部材として保護管25fを採用するようにしたが、これに代えて、温度センサ25eに直接設ける第2係止部25e3を採用するようにしてもよい。第2係止部25e3は、図3に示すように、温度センサ25eの先端部に固定され、仕切り部材25b1に設けた穴部に貫挿されて固定されるときに仕切り部材25b1の壁面と当接して燃焼空間25dの温度を検出可能に温度センサ25eの先端部を位置決めするものである。第2係止部25e3は係止部25e2と同様にかしめ固定したものである。位置決めされる位置は、上記実施の形態と同様である。なお、図3の説明において、図2と同様の構成については同一符号を付してその説明を省略する。
Furthermore, in the above-described embodiment, the protective tube 25f is employed as the positioning member, but instead of this, a second locking portion 25e3 provided directly on the
第2係止部25e3は予め温度センサ25eに固定されていてもよい。この場合、ベースプレート25a1には、温度センサ25eに予め固定された第2係止部25e2より大径の穴を設け、その大径の穴と位置決めされた温度センサ25eとの隙間をシールするためのシール部材25e4をベースプレート25a1と温度センサ25eとの間に介装すればよい。これにより、容易に組立可能、かつ燃焼筒25bなどの熱膨張を吸収できる。
The second locking portion 25e3 may be fixed to the
このような構成によれば、第2係止部25e3は、燃焼空間25dの温度を検出可能に、温度センサ25eの先端部を仕切り部材25b1に対して位置決めする。さらに、基部25に取り付けられて温度センサ25eを保持する保持部材25gと、温度センサ25eの先端部と軸方向反対側の基端部に固定された係止部25e2と、の間に介装された付勢部材25hによる付勢によって、第2係止部25e3により先端部が仕切り部材25b1に対して位置決めされた温度センサ25eはその位置に保持される。これにより、温度センサ25eは先端部の感温部25e2が燃焼空間25dの温度を検出可能な位置に正確かつ確実に(位置ずれすることなく)位置決めされるようになって、燃焼空間25d内の正確な温度を検出することができる。
According to such a structure, the 2nd latching | locking part 25e3 positions the front-end | tip part of the
10…燃料電池、11…燃料極、12…空気極、20…改質装置、21…改質部、22…冷却部(熱交換部)、23…一酸化炭素シフト反応部(COシフト部)、24…一酸化炭素選択酸化反応部(CO選択酸化部)、25…燃焼部(燃焼装置)、25a…基部、25b…燃焼筒、25b1…仕切り板(仕切り部材)、25c…オフガスノズル、25c1…第1噴出口、25e…温度センサ(温度検出器)、25e2…係止部、25e3…第2係止部(位置決め部材)、25e5…感温部、25f…保護管(位置決め部材)、25f3…段部(位置決め用段部)25g…保持ブラケット(保持部材)、25h…付勢部材、26…蒸発部、27…燃焼ガス流路、28…断熱部、41…燃料供給管、42…燃料ポンプ、43…改質用燃料バルブ、44…燃焼用燃料供給管、45…燃焼用燃料バルブ、46…脱硫器、51…水蒸気供給管、52…給水管、53…改質水ポンプ、54…改質水バルブ、61…酸化用空気供給管、62…酸化用空気ポンプ、63…酸化用空気バルブ、64…燃焼用空気供給管、65…燃焼用空気ポンプ、66…燃焼用空気バルブ、67…カソード用空気供給管、68…カソード用空気ポンプ、69…カソード用空気バルブ、71…改質ガス供給管、72…オフガス供給管、73…バイパス管、74…第1改質ガスバルブ、75…オフガスバルブ、76…第2改質ガスバルブ、81,82…排気管、89…接続管、L1…第1供給経路、L2…第2供給経路。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
可燃ガスを燃焼させる燃焼空間を内部に有する筒状の燃焼筒と、
前記燃焼空間の温度を先端部の感温部で検出する棒状の温度検出器と、
前記燃焼筒の軸方向で内部を仕切り前記燃焼筒に固定された仕切り部材と、
前記燃焼空間の温度を検出可能に、前記温度検出器の先端部を前記仕切り部材に対して位置決めする位置決め部材と、
前記燃焼筒の前記燃焼空間と軸方向反対側の端部を塞ぐように設けられた基部と、
前記基部に取り付けられて前記温度検出器を保持する保持部材と、
前記温度検出器の前記先端部と軸方向反対側の基端部に固定された係止部と、
前記保持部材と前記係止部との間に介装されて前記温度検出器を前記基端部側から前記先端部側へ付勢する付勢部材と、を備えたことを特徴とする改質装置の燃焼装置。 A combustion apparatus that is provided in a reformer that includes a reformer that generates reformed gas from reforming fuel and that heats the reformer,
A cylindrical combustion cylinder having a combustion space in which combustible gas is burned,
A rod-shaped temperature detector for detecting the temperature of the combustion space at the temperature sensing portion at the tip;
A partition member that partitions the inside in the axial direction of the combustion cylinder and is fixed to the combustion cylinder;
A positioning member that positions the tip of the temperature detector with respect to the partition member so that the temperature of the combustion space can be detected;
A base provided so as to close an end of the combustion cylinder opposite to the combustion space in the axial direction;
A holding member attached to the base and holding the temperature detector;
A locking portion fixed to the proximal end portion on the opposite side in the axial direction from the distal end portion of the temperature detector;
And a biasing member interposed between the holding member and the locking portion and biasing the temperature detector from the base end side to the tip end side. Combustion device of the device.
2. The positioning member according to claim 1, wherein the positioning member is fixed to the tip portion of the temperature detector, and is in contact with a wall surface of the partition member when being inserted into and fixed to a hole provided in the partition member. A combustion apparatus for a reformer, wherein the combustion apparatus is a second locking portion that positions the tip of the temperature detector so that the temperature of the combustion space can be detected.
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