JPH02252606A

JPH02252606A - 改質装置用燃焼装置

Info

Publication number: JPH02252606A
Application number: JP1073109A
Authority: JP
Inventors: Hiroko Tsuji; 辻　博子; Sadatoshi Takayanagi; 高柳　貞敏
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-03-23
Filing date: 1989-03-23
Publication date: 1990-10-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は燃料電池発電装置の燃料改質装置用燃焼装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

燃料電池発電装置の基本的な構成を簡単・模式化して第
５図に示す。基本的な構成要素としては改質装置Ｉ！（
９）とＣＯ転化器（９０１）及び発電セル本体（９０２
）であり、改質装置（９）には改質反応の温度維持と反
応熱の供給のための燃焼器（９０４）と、改質炉（Ｃ）
内部には改質触媒が充填されている改質反応管（９０３
）が収納されている。燃料電池発電装置の始動は、まず
改質用燃焼器（９０４）で在来の燃料例えば都市ガス（
１３Ａ）と燃焼用空気を供給して予熱燃焼を行なう。反
応管（９０３）が反応を進行させるに十分な所定の温度
に達した後、改質原料ガス（通常は都市ガス（１３Ａ）
又はメタノール）十水蒸気（Ｈ！Ｏ）を反応管（９０３
）に導入する。改質装置（９）にて改質され水素（Ｈｚ
）分を多く含む改質ガスはＣＯ転化器（９０１）を通り
、未反応のＣＯとＨ，Ｏより更にＨ！が富化された燃料
ガスとなり発電セル本体（９０２）に供給される。発電
セル本体（９０２）ではこの馬富化改質ガスと酸化剤の
空気とが電解質を通して反応し電気出力を得ると同時に
改質ガス中のＨ！分は消費され電池オフガスとなって排
出される。

しかしこの電池オフガスには未消費の山分が約分〜３ｏ
　ｖｏｌ　ｔ４程度残っており、その他はＨ！ＯやＣＯ
，の不活成ガスという低カロリー可燃ガスである。この
低カロリー可燃ガスである電池オフガスを再び改質用燃
焼器（９０４）に導入して燃焼させ改質反応の熱供給に
利用して燃料電池発電装置の効率を高いものにしている
。

なお、低カロリーオフガス燃焼が行なわれる時点では、
予熱燃焼はすでに停止している。

また、供給さ口る燃料ガスの種類（低カロリ・−オフガ
スか高カロリー都市ガスかなど）や量に応じて供給され
る燃焼用空気の量も調節されるのは言うまでもない。

また、燃焼装置としては１例えば特願昭６３＝７７８５
３号に示′ずものがあり、その概略を第６図に示す。第
６図（ａ）は要部断面図、第６図中）は第６図（ａ）を
改質炉側から見た平面図である。図において、（Ｃ）は
改質炉であり、改質反応管（図示せず）が収納される。

　ＣＢ）は改質炉（Ｃ）に隣接して設けられ燃焼用空気
（２０１）が供給される空気室、（Ａ）はこの空気室Ｃ
Ｂ）に隣接して設けられ燃料ガス（ＩＯＸ）が供給され
る燃料室である。（１１０）は燃料管であり、一端が燃
料室（Ａ）に開口し、他端が改質炉（Ｃ）に開口して燃
料ガス（１０１）を改質炉（Ｃ）に噴出して炎孔部とな
る。（１）〜（５）はそれぞれ壁である。また、第６図
（ａ）では複雑となるため図示していないが、空気室Ｃ
Ｂ）と改質炉（Ｃ）を仕切る壁には燃料管（１１０）と
隣接して複数個の空気噴出孔が設けられており、この空
気噴出孔と燃料管（１１０）の分散の様子を第６図中）
に示す。第６図の）は第６図（ａ）を改質炉（Ｃ）側か
ら見た平面図であり、図において、　（２１０）は空気
噴出孔を示す。この例ではえ燃料管（１１０）の炎孔部
に隣接して多数の空気噴出孔（２１０）を設けた大板（
２１１）が空気室（Ｂ）と改質炉（Ｃ）を仕切る壁（３
）に例えば溶接などにより接合され、燃料管（１１０）
と空気噴出孔（２１０）を多数集合させて−・つのメイ
ンバーナを構成している。また燃料管（１１０）はその
内径が数ｗｉｇ例えば５Ｂであり、燃料室（Ａ）と空気
室ＣＢ）とを仕切る壁（５）に例えば溶接などにより隙
間のないように固定され、炎孔部分が改質炉（Ｃ）内に
数關以下程度突出するように配置されている。さらに、
例えば周囲（こ４個配置されたメインバーナの中央部に
は、着火手段すなわちメインバーナ着火用のパイロット
バーナ卿が取り付けられており、その先端のパイロット
火炎孔（４０２）の近傍にはパイロット火炎（４Ｏ３）
の着火用放電電極（４０４）が設置されると共に、パイ
ロット火炎（４０３）の火炎検知電極（４０５）がパイ
ロット火炎（４０３）に挿入されるように設置されてい
る。なお、壁（４）の空気室ＣＢ）に接する位置にはパ
イロット火炎（４０３）用の２次空気孔（２２０）が開
けられている。（４０１）はパイロット火炎（４０３）
用の燃料である。

次に、動作について説明する。燃料電池発電装置の始動
時は、まず、在来の燃料、例えば都市ガス（１３Ａ）を
用いて予熱燃焼を行なう。すなわち、空気源、例えば送
風機から燃焼用空気（２０１）を空気室ＣＢ）に導入し
、続いて放電電極←０によりパイロットバーナ（６）に
対して放電スパークを飛ばしながらパイロットバーナＯ
′Ｄに都市ガス燃料（４０１）と２次空気孔（２２０）
からの燃焼用空気（２０１）を導入スルコトによりパイ
ロットバーナθ復が着火する。

パイロットバーナｎの着火によりパイロット火炎（４０
３）が生じ、そのパイロット火炎（４０３）中トー挿入
された火炎検知電極（４０５，）とパイロットバーナＣ
のとの間に電圧を印加することにより火炎内を電流が流
れ、その電流値により着火検知され、着火が確認される
。着火が確認されると、燃料室（Ａ）に予熱用の都市ガ
ス（１３Ａ）が導入され燃料管（１１０）を通り、空気
噴出孔（２１０）から噴出される燃焼用空気と拡散混合
してパイロット火炎（４０３）と接触することによって
着火し、メインバーナ上に燃焼火炎（１０２）が形成さ
れ改質炉（Ｃ）を予熱する。その後、改質炉（Ｃ）が所
定温度に達したら、燃材室（Ａ）への都市ガス（１３Ａ
）の導入を停止する。予熱完了後は予熱燃焼は停止し第
５図に示す改質反応管（９０３）に原料ガス＋Ｈ，０が
導入され山富化された改質ガスは発電セル（９０２）に
導入され発電を開始する。発電後の未消費Ｈ，分を含む
電池オフガス（１０１）は再び改質用燃焼器（９０４）
に供給され、燃料室ＧＡ）から燃料管（−１１０）を通
り・メインバーナ上で低カロリーオフガス燃焼が行なわ
れる。この際、燃焼用空気（２０１）が供給されている
ことは言うまでもない。

ところで、電池オフガス（１０１）が燃料室（Ａ）に戻
ってくる間、メインバーナが着火していない又は負荷が
急変した様な場合、発電セル（９０２）に流通する燃料
ガスと発電負荷とのバランスが崩れ、−時的に極度に低
カロリーの電池オフガス（１０１）が戻り、メインバー
ナが失火する場合もある。こノタメ、パイロットバーナ
０υは常に着火状態においておく必要があり、又、着火
確認の信頼性が十分に高い必要性がある。パイロットバ
ーナθηの着火確認としては、パイロット火炎（４０３
）中に挿入配置され六−火炎検知電極（４０５）とパイ
ロットバーナ０ｐとの間に電圧を印加し、その間に流れ
る電流を検出し設定値と比較し、その電流値により着火
検出を行っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上述した従来装置は、パイロットバーナ（
ロ）の複数のパイロット火炎孔（４０２）を１個の放電
電極（４０４）で点火させて複数のパイロット火炎（４
０３）を発生させ、燃料管（１１０）と空気噴出孔（２
１０）からそれぞれ改質炉（Ｃ）内に噴出された燃料ガ
スと空気の混合気に点火して着火するようにしているの
で、複数のパイロット火炎（４０３）のうちいくつかが
着火遅れを生じたり、吹き消えて着火しない等の問題が
ある。これは、特にオンサイト型の燃料電池発電装置に
おいては、負荷に即応した運転をけい、改質炉（Ｃ）内
の加熱分布を均一にする必要があるため、着火に対する
信頼性の低いことは大きな欠点の一つであるこの発明は上記のような課題を解決するためになされた
ものであり、着火に対する信頼性が高い改質装置用燃焼
装置を得ることを目的どする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る改質装置用燃焼装置は、着火手段の改質
炉側端部に着火用燃料を導出する着火ノズルを配設し、
着火ノズルの近傍にその着火ノズルから導出する着火用
燃料に点大する点火手段を配設したものである。

〔作用〕

この発明における改質装置用燃焼装置は、着火手段の着
火ノズルの近傍に配設した点火手段により、着火手段の
着火ノズルから導出される着火用燃料に点火する〇〔実施例〕以下、この発明の一実施例を第１図〜第４図に基づいて
説明する。これら各図において、（１）〜（５）。

（１０１）　、　（１０２）　、　（１１０）、　（２
０１，）　、　（２１１）　、　（２２０）　、　（４
０１）　、　（４０４）。

（４０５）　、　（Ａ）〜（Ｃ）は上述した従来装置の
構成と同様である。（４１１）は着火手段を構成するパ
イロットバーナ、６υはパイロットバーナ（４１１）の
改質炉０側端部に放射状且つメインバーナ側に延在して
配設され・着火用燃料が導入される着火バーナ、（至）
は着火用燃料の着火ノズル６１）への導入孔、（至）は
パイロット火炎、…は着火ノズル６１）の近傍に配設さ
ｆｌ、ｊこ点火手段であり１着火ノズルＩＮ）に対応し
た燃料噴出孔Ｏ］）と、この燃料噴出孔０ηの近傍に配
設される放電電極（４０４）により点火される点火用火
炎４功とにより構成されている。尚、火炎検知電極（４
０５）はパイロット火炎（至）中に挿入されている。

次に動作について説明する。燃料電池発電装置の始動時
は、まず、在来の燃料１例えば都市ガス（ｕＡ）を用い
て予熱燃焼を行う。即ち、空気源、例えば送風機から燃
焼用空気（２０１）を空気室ＣＢ）に導入し、続いて放
電電極（４０４）により点火手段−に対して放電スパー
クを飛ばしながら点火手段−の燃料噴出孔０υに都市ガ
ス燃料（４０１）を導入すると共に点火手段−の燃料噴
出孔１３］）近傍に２次空気孔（２２０）からの燃焼用
空気（２０１）を導入することにより、点火手段−が着
火する。点火手段−の着火により点火用火炎（２）が生
じる。パイロットバーナ（４１１）に都市ガス燃料（４
０１）と２次空気孔（２２０）からの燃焼用空気（２０
１）を導入することにより、点火用火炎劫によって複数
の着火ノズル←Ｉ）に点火でき、複数のパイロット火炎
（財）が得られる。

従って、火炎長が長く安定したパイロット火炎（ｌを着
火ノズル６１）から常に得ることができ、また、パイロ
ット火炎（至）とメインバーナからの燃料ガスとの接触
が良好となり、パイロットバーナ（４１１）からメイン
バーナへの着火を安全確実に行うことができる。パイロ
ット火炎（財）の着火後は上述した従来装置の動作と同
様なので説明は省略する。以上のように、複数のパイロ
ット火炎（至）が安定した状態で得られるので、着火に
対する信頼性を著しく向上させることができる。これは
特にオンサイト型の燃料電池発電装置にあっては非常に
有効に作用するものである。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した通り、着火手段の改質炉側端部
に着火ノズルを配設し、着火ノズルの近傍に点火手段を
配設したことにより、点火手段によって点火された着火
ノズルからの火炎が安定して得られ、着火に対する信頼
性が高い改質装置用燃焼装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明の一実施例による改質装置
用燃焼装置を示す断面図及び要部拡大断面図、第３図は
第２図ト１線における断面図、第４図は第２図■−α線
における断面図、第５図は一般的な燃料電池システムを
示す系統図、第６図（ａ）及び（１））は従来の改質装
置用燃焼装置を示す断面図及び改質炉側から見た平面図
である。図において、（４１１）は着火手段、６υは着火ノズル
、（至）は火炎、…は点火手段である。尚、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

　改質反応管が収納される改質炉に供給される燃料に複
数の火災により着火する着火手段を有する改質装置用燃
焼装置において、上記着火手段の上記改質炉側端部に配
設され、着火用燃料を導出する着火ノズルと、上記着火
ノズルの近傍に配設され、上記着火ノズルから導出する
着火用燃料に点火する点火手段とを備えたことを特徴と
する改質装置用燃焼装置。