JP5525855B2 - Combustion device - Google Patents
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Description
本発明は、第一燃焼用ガスと第二燃焼用ガスの2種類の燃料を燃焼させる燃焼装置に関し、特に燃料電池に供給される水素主成分の改質ガスを生成するための改質装置の加熱に用いられる燃焼装置に関するものである。 The present invention relates to a combustion apparatus that burns two types of fuel, a first combustion gas and a second combustion gas, and more particularly, to a reforming apparatus for generating a reformed gas mainly composed of hydrogen to be supplied to a fuel cell. The present invention relates to a combustion apparatus used for heating.
燃料電池に水素を供給するための水素供給装置は、改質反応により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と、この改質装置を加熱する燃焼装置から構成され、水素原料として都市ガス、天然ガス、LPG等の気体燃料ガスや灯油等の液体燃料が用いられている。例えば、水素原料として灯油を用いた場合、改質装置には概ね800℃程度の作動温度が必要となる。そのため、燃料電池の起動時及び発電運転時の作動温度維持を目的とした改質装置を加熱するための燃焼装置が不可欠となる。 A hydrogen supply device for supplying hydrogen to a fuel cell includes a reformer that generates a reformed gas mainly composed of hydrogen from a hydrogen raw material by a reforming reaction, and a combustion device that heats the reformer. Gas fuel gas such as city gas, natural gas, and LPG, and liquid fuel such as kerosene are used as raw materials. For example, when kerosene is used as the hydrogen raw material, the reformer needs an operating temperature of about 800 ° C. Therefore, a combustion device for heating the reformer for the purpose of maintaining the operating temperature during startup of the fuel cell and during power generation operation is indispensable.
この燃焼装置は、燃料電池の起動時には燃料ガスを一次空気と混合した予混合ガス(第一燃焼用ガス)を燃焼させることで改質装置を昇温させ、発電運転時には燃料電池の水素極より排出される水素含有ガス(第二燃焼用ガス)を燃料として燃焼させることで、改質装置を所定の温度に維持する機能を有している。 This combustion device raises the temperature of the reformer by burning a premixed gas (first combustion gas) in which fuel gas is mixed with primary air when the fuel cell is started, and from the hydrogen electrode of the fuel cell during power generation operation. It has a function of maintaining the reformer at a predetermined temperature by burning the discharged hydrogen-containing gas (second combustion gas) as fuel.
つまり、燃焼装置には第一燃焼用ガス及び第二燃焼用ガスの2種類の燃料が燃焼可能であることが求められ、また、同時に燃料電池起動時間に直接影響する着火時間の短縮や、NOx・CO2排出量の低減による環境負荷の軽減、さらには小型・安価で安全性・耐久性においても高い水準が要求されている。 In other words, the combustion device is required to be able to burn two types of fuel, the first combustion gas and the second combustion gas, and at the same time, shortening the ignition time that directly affects the fuel cell startup time, and NOx・ Reduction of environmental burden by reducing CO2 emissions, and further high level of safety and durability are required in a compact, inexpensive and safe manner.
そこで、第一燃焼用ガスと第二燃焼用ガスのそれぞれを炎板に設けた噴出孔から噴出させて同一面上で燃焼させる燃焼装置が提案され、これにより燃焼装置を小型化することが可能となった。(特許文献1) Therefore, a combustion apparatus has been proposed in which each of the first combustion gas and the second combustion gas is ejected from an ejection hole provided in the flame plate and burned on the same surface, thereby making it possible to reduce the size of the combustion apparatus. It became. (Patent Document 1)
また、一方では、第二燃焼用ガスを第一燃焼用ガスの下流から第一燃焼用ガスの噴出流に対し直角に噴出させるようにした燃焼装置も提案され、これにより良好な燃焼が得られるようになった。(特許文献2) On the other hand, a combustion apparatus is also proposed in which the second combustion gas is jetted from the downstream of the first combustion gas at a right angle to the jet flow of the first combustion gas, thereby obtaining good combustion. It became so. (Patent Document 2)
しかしながら、特許文献1の燃焼装置では、第一燃焼用ガスの燃焼性の向上と空気比を小さくして改質装置の熱効率を向上させるには一次空気の割合を二次空気の割合より大きくする必要がある。このような条件で、例えば燃料電池の動作が安定して第二燃焼用ガスでの燃焼となった場合、二次空気噴出部から供給される二次空気との混合は良好であるが、二次空気の量が元々少ないために完全燃焼することが難しく、さらに炎板の中央に設けられた第一燃焼用ガス噴出部から噴出する一次空気との混合も促進されにくく、その結果、第二燃焼用ガスが完全燃焼できないという問題が生じていた。
However, in the combustion apparatus of
また、特許文献2の燃焼装置では、第二燃焼用ガスを噴出させるガス室を火炎の下流に設けているので構造が複雑となり第一燃焼用ガスの燃焼時にはガス室が火炎に曝されるため、熱によるバーナ部品の変形や破損の危険性がある。さらに一次空気の割合が二次空気の割合より大きい条件で第二燃焼用ガスを燃焼させた場合、特に燃焼量が小さく第二燃焼用ガスの噴出速度が遅い場合には、第二燃焼用ガスと一次空気との混合が促進されにくく、その結果、第二燃焼用ガスが完全燃焼できないという問題がある。
Further, in the combustion apparatus of
本発明は、上記課題を解決するためのもので、燃焼用ガスの完全燃焼が可能で、改質器の熱効率を向上させると同時に耐久性に優れた燃焼装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a combustion apparatus that can completely burn combustion gas, improves the thermal efficiency of the reformer, and has excellent durability.
本発明は、第一燃焼用ガスを燃焼させた後、第二燃焼用ガスを燃焼させる燃焼装置であって、中央部に設けられた第一燃焼用ガス噴出部を囲繞するように第二燃焼用ガス噴出部が設けられた炎板と、前記炎板の上流で前記第二燃焼用ガス噴出部と連通した第二燃焼用ガス室と、前記炎板の下流に第一燃焼用ガスの噴出方向に対して略直角方向で、且つ第一燃焼用ガスの噴出方向の軸を中心として旋回流となるように第二燃焼用ガスを噴出させるとともに、第一燃焼用ガスの噴出方向に第二燃焼用ガスを噴出させる第二燃焼用ガス旋回噴出手段を備えたことを特徴とする燃焼装置に係わるものである。 The present invention relates to a combustion apparatus that burns a first combustion gas and then burns a second combustion gas, wherein the second combustion is performed so as to surround the first combustion gas ejection portion provided in the central portion. A flame plate provided with a combustion gas ejection portion, a second combustion gas chamber communicating with the second combustion gas ejection portion upstream of the flame plate, and ejection of the first combustion gas downstream of the flame plate The second combustion gas is ejected so as to form a swirling flow around the axis of the first combustion gas ejection direction at a substantially right angle to the direction, and the second combustion gas is ejected in the second combustion gas ejection direction . The present invention relates to a combustion apparatus comprising a second combustion gas swirl jetting means for jetting combustion gas.
また、前記第二燃焼用ガス旋回噴出手段は、第一燃焼用ガスの噴出方向に対して略直角方向で、且つ第一燃焼用ガスの噴出方向の軸を中心として旋回流となるように第二燃焼用ガスを噴出させる第二燃焼用ガス旋回手段と、第一燃焼用ガスの噴出方向に第二燃焼用ガスを噴出させる第二燃焼用ガス補助噴出孔から構成されることを特徴とする請求項1記載の燃焼装置に係わるものである。
Further, the second combustion gas swirl jet means is a first swirl flow that is substantially perpendicular to the first combustion gas jet direction and has an axis in the first combustion gas jet direction as a center. The second combustion gas swirling means for ejecting the second combustion gas and the second combustion gas auxiliary ejection hole for ejecting the second combustion gas in the ejection direction of the first combustion gas. The combustion apparatus according to
また、前記第二燃焼用ガス旋回手段は、前記第一燃焼用ガス噴出部に設けられた全ての第一燃焼用ガス噴出孔を囲繞する最小円の中心と第二燃焼用ガス補助噴出孔の中心を結ぶ線と、前記第二燃焼用ガス補助噴出孔の中心を通り前記最小円に接する線の間に第二燃焼用ガスを噴出させることを特徴とする請求項2記載の燃焼装置に係わるものである。
The second combustion gas swirling means includes a center of a minimum circle surrounding all the first combustion gas ejection holes provided in the first combustion gas ejection section, and a second combustion gas auxiliary ejection hole. a line connecting the centers, the combustion apparatus of
また、前記第二燃焼用ガス旋回噴出手段は、前記第二燃焼用ガス旋回手段を囲繞するように二次空気を噴出する小孔が更に設けられていることを特徴とする請求項2または3記載の燃焼装置に係わるものである。Further, the second combustion gas swirling and jetting means is further provided with a small hole for jetting secondary air so as to surround the second combustion gas swirling means. This relates to the combustion apparatus described.
また、前記第二燃焼用ガス旋回噴出手段の下流に、第一燃焼用ガスの噴出方向に対して略直角方向に二次空気を噴出させる二次空気変向手段を更に備えることを特徴とする請求項4記載の燃焼装置に係わるものである。In addition, it is further provided with secondary air turning means for jetting secondary air in a direction substantially perpendicular to the jet direction of the first combustion gas downstream of the second combustion gas swirl jet means. The combustion apparatus according to
上述のように構成することにより、燃焼用ガスの完全燃焼が可能になり、改質器の熱効率を向上させると同時に耐久性の優れた燃焼装置となる。 By configuring as described above, complete combustion of the combustion gas becomes possible, and the thermal efficiency of the reformer is improved, and at the same time, the combustion apparatus is excellent in durability.
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。 The preferred embodiment of the present invention will be briefly described by showing the operation of the present invention.
本発明は、燃料電池に供給される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であって、第一燃焼用ガス噴出部から予混合ガス(第一燃焼用ガス)を噴出して燃焼させた後、第二燃焼用ガス噴出部から水素含有ガス(第二燃焼用ガス)を噴出して燃焼させる。 The present invention is a combustion apparatus for heating a reformer that generates reformed gas containing hydrogen as a main component supplied to a fuel cell, and includes a premixed gas (first combustion gas) from a first combustion gas ejection section. Gas) is ejected and burned, and then a hydrogen-containing gas (second combustion gas) is ejected from the second combustion gas ejection portion and combusted.
具体的には、燃料電池の起動時には、燃料ガスと一次空気とを混合した第一燃焼用ガスが炎板の中央部に設けられた第一燃焼用ガス噴出部から噴出して火炎が形成される。そして、第一燃焼用ガスの燃焼により改質装置が加熱され改質装置で水素主成分の改質ガスが生成されると、燃料電池が運転を開始する。 Specifically, when the fuel cell is started, a first combustion gas, which is a mixture of fuel gas and primary air, is ejected from a first combustion gas ejection portion provided at the center of the flame plate, thereby forming a flame. The When the reformer is heated by the combustion of the first combustion gas and the reformed gas containing hydrogen as a main component is generated by the reformer, the fuel cell starts operation.
燃料電池が運転を開始すると、燃料電池から排出された水素を含んだ第二燃焼用ガスが炎板上流の水素含有ガス室(第二燃焼用ガス室)から供給されて第二燃焼用ガス噴出部から噴出する。第二燃焼用ガス噴出部は第一燃焼用ガス噴出部を囲繞するように設けられ、第二燃焼用ガスを第一燃焼用ガスの噴出方向に対して略直角方向で、且つ第一燃焼用ガスの噴出方向の軸を中心として旋回流となるように噴出させる第二燃焼用ガス旋回噴出手段を備えているため、第二燃焼用ガスは旋回流となって第一燃焼用ガスの火炎に向かって噴出されて燃焼する。 When the fuel cell starts operation, the second combustion gas containing hydrogen discharged from the fuel cell is supplied from the hydrogen-containing gas chamber (second combustion gas chamber) upstream of the flame plate, and the second combustion gas is ejected. Erupts from the department. The second combustion gas ejection portion is provided so as to surround the first combustion gas ejection portion, and the second combustion gas is disposed in a direction substantially perpendicular to the ejection direction of the first combustion gas and for the first combustion gas. Since the second combustion gas swirl jetting means for jetting in a swirl flow around the axis of the gas ejection direction is provided, the second combustion gas becomes a swirl flow and becomes a flame of the first combustion gas. It is blown out and burns.
その後、燃料電池の動作が安定すると主として第二燃焼用ガスの燃焼となる。このとき、第一燃焼用ガス噴出部からは一次空気または希薄な第一燃焼用ガスが噴出しており、第二燃焼用ガスは第二燃焼用ガス旋回噴出手段により第一燃焼用ガス噴出部から噴出している一次空気や希薄な第一燃焼用ガスと旋回流となって拡散・混合して燃焼すると同時に、旋回流の遠心力により炎板の中心より外側に噴出されて二次空気噴出部から供給される二次空気とも拡散・混合するので完全燃焼する。 Thereafter, when the operation of the fuel cell is stabilized, the combustion of the second combustion gas is mainly performed. At this time, primary air or lean first combustion gas is ejected from the first combustion gas ejection section, and the second combustion gas is ejected by the second combustion gas swirl ejection means. Diffusing, mixing, and burning with the primary air and the lean primary combustion gas ejected from the combustion chamber, and at the same time, the secondary air is ejected from the center of the flame plate by the centrifugal force of the swirling flow Completely combusts because it also diffuses and mixes with the secondary air supplied from the section.
つまり、第二燃焼用ガスは第二燃焼用ガス旋回噴出手段によって第一燃焼用ガス噴出部から噴出する一次空気と旋回流となって拡散・混合して燃焼し、さらに旋回流の遠心力により二次空気噴出部から供給される二次空気とも拡散・混合して燃焼するので、第二燃焼用ガスは完全燃焼することができる。 In other words, the second combustion gas is diffused and mixed with the primary air ejected from the first combustion gas ejection section by the second combustion gas swirl jetting means, burned by mixing, and further burned by the centrifugal force of the swirl flow. Since the secondary air supplied from the secondary air ejection part is also diffused, mixed and burned, the second combustion gas can be burned completely.
さらに、第二燃焼用ガス旋回噴出手段には第一燃焼用ガスの噴出方向と同じ方向に第二燃焼用ガスを噴出する第二燃焼用ガス補助噴出孔が設けられており、第二燃焼用ガスの一部は第二燃焼用ガス補助噴出孔から第一燃焼用ガスの噴出方向と同じ方向に噴出して二次空気噴出部から供給される二次空気と拡散・混合して燃焼するので、第二燃焼用ガスの噴出量に応じた一次空気と二次空気により確実に完全燃焼することができる。 Further, the second combustion gas swirl jet means is provided with a second combustion gas auxiliary jet hole for jetting the second combustion gas in the same direction as the jet direction of the first combustion gas. Part of the gas is injected from the second combustion gas auxiliary injection hole in the same direction as the injection direction of the first combustion gas, and diffuses and mixes with the secondary air supplied from the secondary air injection part and burns. The primary air and the secondary air corresponding to the ejection amount of the second combustion gas can be surely completely burned.
また、第二燃焼用ガスを供給するための第二燃焼用ガス室を炎板の上流に設けているので構造が簡単になると共に、第二燃焼用ガス室は火炎に曝されることがなく熱によるバーナ部品の変形や破損も防止できるので燃焼装置の耐久性を向上できる。 Further, since the second combustion gas chamber for supplying the second combustion gas is provided upstream of the flame plate, the structure is simplified and the second combustion gas chamber is not exposed to the flame. Since the deformation and breakage of the burner parts due to heat can be prevented, the durability of the combustion apparatus can be improved.
以下、図面に基づいて本発明の燃焼装置について詳細な説明をする。尚、本実施例は液体燃料を燃料とした場合の燃焼装置について説明する。 The combustion apparatus of the present invention will be described in detail below based on the drawings. In this embodiment, a combustion apparatus using liquid fuel as fuel will be described.
図1は燃焼装置の正断面図であって、液体燃料を気化した燃焼用ガスと一次空気との予混合ガス(第一燃焼用ガス)を生成する気化器1と、第一燃焼用ガスおよび燃料電池で発生する水素含有ガス(第二燃焼用ガス)を燃焼するバーナ部2と、空気を供給する送風通路3が設けられている。
FIG. 1 is a front cross-sectional view of a combustion apparatus, in which a
気化器1は、気化器1に液体燃料を供給する液体燃料供給管4と、気化器1を昇温させるためのヒータ5と、液体燃料を加熱気化して燃焼用ガスとする蒸発部6と、液体燃料を蒸発部6へ分散滴下させる滴下孔8を備えた仕切板7と、内部底面に蒸発部6を有し燃焼用ガスと一次空気とを混合して第一燃焼用ガスとする気化室9と、送風通路3からの空気を収容し燃焼用ガスと混合する一次空気とバーナ部2で形成される火炎に供給する二次空気とに分配する給気室10と、第一燃焼用ガスを導出する予混合ガス導出部11とを備えた構造である。
The
尚、予混合ガス導出部11は、気化室9と連通し第一燃焼用ガスが流入する流入口12と、第一燃焼用ガスを噴出する噴出口13を備えており、流入口12は蒸発部6よりも高い位置に設けられている。
The premixed gas outlet 11 includes an inlet 12 that communicates with the vaporizing chamber 9 and into which the first combustion gas flows, and an outlet 13 that ejects the first combustion gas. The inlet 12 evaporates. It is provided at a position higher than the
バーナ部2は、第一燃焼用ガスを燃焼させる予混合ガスバーナ14と、第二燃焼用ガスを燃焼させる水素含有ガスバーナ15と、給気室10と連通しバーナ部2で形成される火炎に二次空気を供給する二次空気通路16と、複数の貫通する噴出孔が設けられている炎板17と、リング状の第二燃焼用ガス旋回噴出手段18からなり、気化器1の鉛直方向下方に設けられている。
The
予混合ガスバーナ14は、円筒状の予混合ガス通路19からなり、予混合ガス導出部11の噴出口13から噴射された第一燃焼用ガスはこの予混合ガス通路19に供給される。
The premixed gas burner 14 includes a cylindrical
水素含有ガスバーナ15は、燃料電池で発生した第二燃焼用ガスを供給する水素含有ガス供給管20と、この水素含有ガス供給管20の下流端が連設する水素含有ガス室(第二燃焼用ガス室)21を有する構造であり、燃料電池の水素極から排出された第二燃焼用ガスは水素含有ガス供給管20を通って第二燃焼用ガス室21に供給される。
The hydrogen-containing
そして、予混合ガス通路19、第二燃焼用ガス室21および二次空気通路16は、図2に示すように複数の貫通する噴出孔が設けられている炎板17と連接しており、炎板17によりバーナ部2が閉塞された状態となっている。
The premixed
炎板17に設けられた噴出孔のうち、炎板17の中央部に設けられた予混合ガス噴出孔(第一燃焼用ガス噴出孔)22aは予混合ガス通路19と連通しており、これら炎孔は第一燃焼用ガスを噴出する予混合ガス噴出部(第一燃焼用ガス噴出部)22として構成されていて、第一燃焼用ガス噴出孔22aから噴出する第一燃焼用ガスは図示しない点火装置により点火されて燃焼を開始する。
Of the ejection holes provided in the
そして、第一燃焼用ガス噴出孔22aの周囲に設けられた水素含有ガス噴出孔(第二燃焼用ガス噴出孔)23aは、第二燃焼用ガス室21と連通しており、第二燃焼用ガスを噴出する水素含有ガス噴出部(第二燃焼用ガス噴出部)23として構成されている。 A hydrogen-containing gas ejection hole (second combustion gas ejection hole) 23a provided around the first combustion gas ejection hole 22a communicates with the second combustion gas chamber 21 and is used for the second combustion. A hydrogen-containing gas jetting part (second combustion gas jetting part) 23 for jetting gas is configured.
さらに、炎板17の周縁部には第二燃焼用ガス噴出孔23aの周囲を取り囲むように二次空気噴出孔24aが設けられており、二次空気噴出孔24aは二次空気通路16と連通していて、二次空気を噴出する二次空気噴出部24として構成されている。
Further, the peripheral edge of the
また、炎板17の下流には第二燃焼用ガス旋回噴出手段18が連接されていて、炎板17は第二燃焼用ガス室21と第二燃焼用ガス旋回噴出手段18の間に挟み込まれるようにしてバーナ部2内に設けられている。
Further, the second combustion gas swirl jet means 18 is connected downstream of the
第二燃焼用ガス旋回噴出手段18には、図3、図4に示すようにリング内側の周縁の第二燃焼用ガス噴出孔23aと対向する位置に複数の第二燃焼用ガス旋回手段18aが押圧加工により形成されており、さらに、第二燃焼用ガス旋回手段18aには第二燃焼用ガス補助噴出孔18bが設けられている。この第二燃焼用ガス旋回手段18aにより、図5に示すように第二燃焼用ガス噴出孔23aから噴出した第二燃焼用ガスは、第二燃焼用ガス旋回手段18aと炎板17の間を通り、全ての第一燃焼用ガス噴出孔22aを囲繞する最小円の中心と第二燃焼用ガス補助噴出孔18bの中心を結ぶ線と、第二燃焼用ガス補助噴出孔18bの中心を通り最小円に接する線の間に噴出するようになっており(矢印方向)、第二燃焼用ガスの一部は第二燃焼用ガス補助噴出孔18bから第一燃焼用ガスの噴出方向と同じ方向に噴出する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the second combustion gas swirl jet means 18 has a plurality of second combustion gas swirl means 18a at positions facing the second combustion gas jet holes 23a on the inner periphery of the ring. The second combustion gas swirl means 18a is provided with a second combustion gas
また、第二燃焼用ガス旋回噴出手段18のリング外側の周縁近傍には二次空気噴出孔24aと連通する複数の小孔25が設けられて、さらに、図1に示すようにバーナ部2の外周壁は炎板17の下流で末端が中央に向けて屈曲した二次空気変向手段26が設けられている。したがって、送風通路3から給気室10に流入した空気は、二次空気通路16から二次空気噴出孔24aを通って小孔25から噴出した後、二次空気変向手段26によって炎板17の中央方向に変向されて、バーナ部2で形成される火炎に向けて二次空気として供給される。
Also, a plurality of
次に、前述した構成からなる本実施例に係る燃焼装置の動作について説明する。 Next, the operation of the combustion apparatus according to this embodiment having the above-described configuration will be described.
まず、燃料電池の運転が指示されると、ヒータ5への通電を開始して気化器1を加熱する。そして気化器1の温度が液体燃料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1へ液体燃料の供給を開始する指示が出され、液体燃料は液体燃料供給管4を通って気化器1に供給される。
First, when the operation of the fuel cell is instructed, energization to the
気化器1に供給された液体燃料は、仕切板7上に落下して四方に満遍なく広がり、滴下孔8から蒸発部6に滴下する。そして、蒸発部6に滴下した液体燃料は加熱気化されて燃焼用ガスとなり気化室9内に拡散することになる。
The liquid fuel supplied to the
このとき、送風通路3から給気室10へ供給された空気の一部は液体燃料供給管4の隙間から気化室9内に一次空気として取り込まれるため、一次空気と気化室9に拡散した燃焼用ガスとが混合されて第一燃焼用ガスとなる。
At this time, part of the air supplied from the
第一燃焼用ガスは、流入口12から予混合ガス導出部11内へ流入して噴出口13から予混合ガス通路19に噴出される。尚、流入口12は蒸発部6よりも高い位置に設けられているので、蒸発部6と流入口12の間には液体燃料の受け皿となる空間が形成されることとなる。そして、この空間に未気化の液体燃料を留まらせることで液体燃料が完全に気化するための十分な時間を与えることができるため、蒸発していない液体状態の燃料が予混合ガス導出部11に流入することはない。つまり、噴出口13から予混合ガス通路19に噴出される第一燃焼用ガスに含まれる燃料は完全に気化した燃焼用ガスのみとなり、バーナ部2での燃焼状態を良好に維持することが可能となる。
The first combustion gas flows from the inlet 12 into the premixed gas outlet 11 and is jetted from the jet outlet 13 into the premixed
また、予混合ガス導出部11を設けたことで、気化室9内部の圧力を上昇させることになり、この圧力上昇によって液体燃料の蒸発に伴って発生する気化室9内部の圧力変動を小さくすることができるため燃焼量の変動が抑制されるとともに、燃焼用ガスと一次空気との混合も十分に行われるので噴出される第一燃焼用ガスは均一なものとなる。 Further, by providing the premixed gas lead-out portion 11, the pressure inside the vaporizing chamber 9 is raised, and the pressure fluctuation inside the vaporizing chamber 9 generated by the evaporation of the liquid fuel is reduced by this pressure rise. Therefore, the fluctuation of the combustion amount is suppressed, and the mixing of the combustion gas and the primary air is sufficiently performed, so that the first combustion gas to be ejected becomes uniform.
そして、第一燃焼用ガスは予混合ガス通路19を通って炎板17の中央部に設けられた第一燃焼用ガス噴出部22より噴出して、図示しない点火装置により点火され予混合ガスバーナ14での燃焼が開始される。
Then, the first combustion gas passes through the premixed
この際、二次空気噴出部24からは二次空気が噴出しており、この二次空気は第二燃焼用ガス旋回噴出手段18の小孔25を通過すると、二次空気変向手段26によって炎板17の中央方向に噴出方向が変向され第一燃焼用ガスの燃焼により形成されている火炎に向けて供給される。したがって、二次空気と火炎との混合が効果的に行われるので第一燃焼用ガスが完全燃焼することになる。
At this time, secondary air is ejected from the secondary
このように、第一燃焼用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、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。 Thus, the reformer is heated by burning the first combustion gas. Then, when the temperature of the reformer rises to the operating temperature, generation of reformed gas mainly composed of hydrogen from kerosene as raw fuel such as hydrocarbon is started, and the reformed gas mainly composed of hydrogen is supplied to the fuel cell. Then, the fuel cell is activated and the power generation operation is performed.
燃料電池の発電運転の際、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第二燃焼用ガスとして燃料電池の水素極から排出され燃焼装置での燃焼に用いられる。 During the power generation operation of the fuel cell, not all of the hydrogen-based reformed gas supplied to the fuel cell is consumed for power generation, but for the second combustion while containing unreacted hydrogen gas of about several tens of percent. The gas is discharged from the hydrogen electrode of the fuel cell and used for combustion in the combustion device.
具体的には、水素極から排出された第二燃焼用ガスは、水素含有ガス供給管20を通って第二燃焼用ガス室21に供給され第二燃焼用ガス噴出部23から噴出する。そして、第二燃焼用ガスは、第二燃焼用ガス旋回手段18aにより噴出方向が変えられ炎板17の第一燃焼用ガス噴出部22に向かって旋回流となって噴出し、既に第一燃焼用ガス噴出部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するため、第一燃焼用ガスと第二燃焼用ガスの両方による燃焼が開始される。
Specifically, the second combustion gas discharged from the hydrogen electrode is supplied to the second combustion gas chamber 21 through the hydrogen-containing
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第二燃焼用ガスの量も不安定である。よって、第二燃焼用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第一燃焼用ガスと第二燃焼用ガスの両方による燃焼が継続されることとなる。 By the way, immediately after the reformer is activated, the supply of the reformed gas mainly composed of hydrogen to the fuel cell is not stable, and the amount of the second combustion gas discharged from the fuel cell is also unstable. Therefore, since it is difficult to maintain stable combustion only with the second combustion gas, the combustion by both the first combustion gas and the second combustion gas is continued for a while after the operation of the reformer. .
そして、燃料電池の動作が安定すると主として第二燃焼用ガスでの燃焼となる。このとき、第一燃焼用ガス噴出孔22aからは一次空気または希薄な第一燃焼用ガスが噴出しており、第二燃焼用ガスは第二燃焼用ガス旋回手段18aにより第一燃焼用ガス噴出孔22aから噴出している一次空気や希薄な第一燃焼用ガスと旋回流となって拡散・混合して燃焼すると同時に、旋回流の遠心力により炎板17の中心より外側に噴出して二次空気噴出孔24aから供給される二次空気とも拡散・混合して燃焼するので完全燃焼が可能となる。
When the operation of the fuel cell is stabilized, the combustion is mainly performed with the second combustion gas. At this time, primary air or lean first combustion gas is ejected from the first combustion gas ejection hole 22a, and the second combustion gas is ejected by the second combustion gas swirling means 18a. The primary air or the lean first combustion gas ejected from the hole 22a is swirled and mixed as a swirl flow, and simultaneously burned. At the same time, the swirl flow centrifugal force causes the swirl flow to be ejected outside the center of the
つまり、第二燃焼用ガスは第二燃焼用ガス旋回手段18aによって第一燃焼用ガス噴出孔22aから噴出する一次空気と旋回流となって拡散・混合して燃焼し、さらに旋回流の遠心力により二次空気噴出孔24aから供給される二次空気とも拡散・混合して燃焼するので、第二燃焼用ガスは完全燃焼することができるのである。 In other words, the second combustion gas is diffused and mixed with the primary air ejected from the first combustion gas ejection hole 22a by the second combustion gas swirling means 18a, and burned by mixing and mixing. As a result, the secondary air supplied from the secondary air ejection holes 24a is also diffused, mixed and combusted, so that the second combustion gas can be completely combusted.
さらに、第二燃焼用ガス旋回手段18aに設けられた第二燃焼用ガス補助噴出孔18bにより、第二燃焼用ガス噴出孔23aから噴出する第二燃焼用ガスの一部は第二燃焼用ガス補助噴出孔18bから第一燃焼用ガスの噴出方向と同じ方向に噴出して二次空気噴出孔24aから供給される二次空気と拡散・混合して燃焼するので、第二燃焼用ガスの噴出量に応じた一次空気と二次空気により確実に完全燃焼することができる。
Further, the second combustion gas
また、第二燃焼用ガスを供給するための第二燃焼用ガス室21を炎板17の上流に設けているので構造が簡単になるとともに、第二燃焼用ガス室21は火炎に曝されることがないので熱によるバーナ部品の変形や破損も防止できるため燃焼装置の耐久性を向上できるのである。尚、第二燃焼用ガス旋回手段18aの形状に関しては実施例に限定されるものではない。
Further, since the second combustion gas chamber 21 for supplying the second combustion gas is provided upstream of the
さらに、本実施例では液体燃料を気化した燃料ガスの燃焼装置について説明したが、都市ガス、天然ガス、LPG等の気体燃料ガスを用いた燃焼装置にも本実施例の第二燃焼用ガス旋回噴出手段18が適応できる。 Further, in the present embodiment, the fuel gas combustion apparatus in which the liquid fuel is vaporized has been described, but the second combustion gas swirl of the present embodiment is also applied to a combustion apparatus using a gaseous fuel gas such as city gas, natural gas, LPG, etc. The ejection means 18 can be adapted.
17 炎板
18 第二燃焼用ガス旋回噴出手段
18a 第二燃焼用ガス旋回手段
18b 第二燃焼用ガス補助噴出孔
21 水素含有ガス室(第二燃焼用ガス室)
22 予混合ガス噴出部(第一燃焼用ガス噴出部)
22a 予混合ガス噴出孔(第一燃焼用ガス噴出孔)
23 水素含有ガス噴出部(第二燃焼用ガス噴出部)
17
22 Premixed gas ejection section (first combustion gas ejection section)
22a Premixed gas injection hole (first combustion gas injection hole)
23 Hydrogen-containing gas ejection part (second combustion gas ejection part)
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