JPH0257810A - 改質器用バーナ - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は改質器用バーナに係り、特に燃料電池発電プラ
ントに組込まれる改質器に用いられる改質器用バーナに
関する。

（従来の技術） 一般に、燃料電池発電プラントには改質器が組込まれて
いる。この改質器は、天然ガス、ナフサ、メタノール等
の原燃料と水蒸気とを、約８００℃の高温および触媒下
で混合させ、燃料電池本体の燃料となる水素リッチガス
燃料に改質させる装置である。ところで、この種の改質
器では、約８００℃の高温を得るために、プラントの起
動、昇温中では、プラント原燃料を燃焼させて得る熱エ
ネルギーを利用し、またプラント負荷運転中では、燃料
電池本体で余剰となった水素ガスを含有する燃料電池極
排ガス各燃焼させて得る熱エネルギーを利用している。

したがって、従来の改質器では、プラント原燃料と燃料
電池極排ガスとの２種類の燃料をバーナにより燃焼させ
る必要が生じる。そのため、従来では、プラント昇温か
ら負荷運転へ移行させるとき、単一台のバーナを用いて
、プラント原燃料から燃料電池極排ガスに切替える方法
、または複数台のバーナを用いて、プラント原燃料用バ
ーナから燃料電池極排ガス用バーナに切替える方法のい
ずれかが採用されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の単一台のバーナを用いて燃料を切
替える方法では、バーナに設けられた燃料噴射ノズルは
１つであるので、ここから２種類の燃料を供給すること
になり、しかも単位体積当りの発熱量の違いから両燃料
の体積流量は大きく異なるので、燃料噴射ノズルからの
噴射流速は極端に相違することになる。したがって、両
燃料を良好に燃焼させるためのバーナの設計が極めて困
難になるという問題がある。また、単一台のバーナでは
、火炎の保持される空間的位置が燃料の切替えにより移
動するので、プラントの保護インターロックとしての失
火監視用火炎検知器等の誤作動が生じ昌くなるという問
題がある。さらに、従来の複数台のバーナを用いてバー
ナ毎切替えるようにした方法では、バーナ毎に燃焼空気
用配管が必要になり、その配管が複雑になり、さらに、
プラント原燃料用バーナから燃料電池極排ガス用バーナ
に火移りさせることが困難になるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術がＨする
問題点を解消し、単一台のバーナを用いて、２種類の燃
料を、常に良好な火炎を維持した状態で燃焼させること
ができる改質器用バーナを提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、バーナの外殻と
、この外殻の開口端に連接され階段状に先広がりとなる
トンネルを内部に備えた耐火ブロックと、上記外殻の壁
部に形成された空気入口と、上記外殻の内部に形成され
上記空気入口に連通ずる空気流路と、この空気流路内に
流入する空気を上記トンネル内に旋回流れにして流出さ
せるスワー″うと、上記外殻の壁部に形成された極排ガ
ス入口と、上記外殻の内部に形成され上記極排ガス入口
に連通する燃料流路と１．この燃料流路内に流入する極
排ガスを上記トンネルのトンネル壁に形成されるよどみ
域内に噴出させる極排ガス噴射スリットと、上記スワー
ラから流出する空気旋回流れにより形成される再循環領
域内に原燃料を噴射するプラント原燃料噴射ノズルとを
備えたことを特徴とするものであり、 また、これらに加えて、さらに、よどみ域内にバーナ先
端部を臨ませるパイロットバーナを備えたことを特徴と
するものである。

（作　用） 本発明によれば、燃焼用空気は空気入口から空気流路内
に流入し、この空気流路からスヮーラにより旋回流れに
されて耐火ブロックのトンネル内に噴出されるので、ト
ンネル内には再循環領域が形成され、ここに原燃料が噴
射されると、高温燃焼ガスが循環される中で燃焼される
ことになるので、原燃料の燃焼状態は安定する。また、
トンネルは階段状に先広がりに形成され、トンネル壁に
沿った部所にはよどみ域が形成されるようになっている
ので、ここに極排ガスが噴射されると、高温燃焼ガスが
滞留する中で燃焼されることになり、極排ガスの燃焼状
態は安定する。よって、原燃料と極排ガスとの２種類の
ガスを共に安定した状態で燃焼させることができる。

また、よどみ域内にバーナ先端部を臨ませるパイロット
バーナを設ければ、原燃料と極排ガスとの間で燃料切替
えする際に、着火し易くなり、２種類のガスを容品に火
移りさせることができる。

（実施例） 以下、本発明による改質器用バーナの一実施例を添附図
面を参照して説明する。

第１図は改質器用バーナの構造を示す縦断面図である。

通常、この改質器用バーナは改質器本体（図示せず）の
底部に装着されている。同図において、符号１はバーナ
の外殻を示し、この外殻１の上部には該外殻１を上記改
質器本体（図示せず）の底部に装着するための取付はフ
ランジ２が一体的に形成されている。この外殻１の側部
の下方には空気入口３が形成され、その上方には電池燃
料極排ガス入口４が形成されている。また、外殻１の内
周には環状の上リブ５と下リブ６とが一体的に形成され
、これら上リブ５と下リブ６の開口には、そこに嵌まり
合うように筒状の燃料管７が固着されている。そして、
この燃料管７と上リブ５と下リブ６と外殻１とにより環
状の燃料流路８が画成されている。９は燃料管７の管壁
に形成された極排ガス流入孔である。また、燃料管７の
内側には取付はフランジ１０を介して空気管１２が同心
的に取付けられ、この空気管１２と燃料管７との間には
環状の流路１３が形成され、この流路１３の上方には開
口する環状の極排ガス噴射スリット１３ａが形成されて
いる。また、空気管１２と下リブ６と外殻１とにより上
記空気入口３に連通する空気流路１４が画成されている
。一方、外殻１の下部には取付はフランジ１５を介して
上方に真直に延出するプラント原燃料噴射ノズル１６が
取付けられ、このノズル１６の上端の外周には、第２図
に示されるように、スワーラ１７が取付けられている。

１６ａはプラント原燃料噴射ノズル１６の先端に穿設さ
れた噴射孔である。また、このスワーラ１７に１合する
ガイドベーン１８は上記空気管１２の上端の内周に取付
けられている。

さらに、外殻１の上部にはトンネル１９を形成する筒状
の耐火ブロック２０が連接され、この耐火ブロック２０
の内側には階段状のトンネル壁２０ａが形成されている
。なお、この耐火ブロック２０は、耐熱性に優れるだけ
でなく、耐酸化性にも優れることが望ましい。

次に、本実施例の作用を説明する。

バーナ燃焼用の空気は空気入口３がら空気流路１４内に
流入し、ここで減速される。そして、偏流を起こすこと
なく空気管１２の内部を上昇し、その上部でス、ワーラ
１７により旋回する流れにされ、その後、トンネル１９
内を上昇する。また、プラント原燃料はプラント原燃料
噴射ノズル１６の入口座１６ｂから流入し、ノズル１６
の管内を上昇し、原燃料噴射孔１６ａから噴射される。

これをモデル化して説明すると、第３図に示されるよう
になる。すなわち、バーナ燃焼用の空気２２はスワーラ
１７を通して旋回する流れとなる。この旋回流により、
その周囲には循環する流れ２３が形成され、この循環流
により、その内側には再循環領域２５が形成される。

しかして、本実施例によれば、プラント原燃料噴射ノズ
ル１６から噴射される燃料は、上述の再循環領域２５に
噴射され、ここで燃焼されることになるので、燃焼高温
ガスが循環する中で燃焼されることになり、極めて安定
したプラント原燃料の燃焼状態を得ることができる。

一方、電池燃料極排ガスは極排ガス入口４から環状の燃
料流路８内に流入し、ここで減速され、その後、極排ガ
ス流入孔９を通って環状の流路１３内に流入する。そし
て、この流路１３内を上昇したのち、電池燃料極排ガス
は、極排ガス噴射スリット１３ａから上方へ向けて噴射
され、耐火ブロック２０のトンネル壁２０ｇに沿ってト
ンネル１９内を上昇する。これをモデル化して説明する
と、第４図に示されるようになる。すなわち、電池燃料
極排ガス２６はトンネル壁２０ａに沿って上昇し、これ
に対して、バーナ燃焼用の空気２２は上述と同様に旋回
する流れとなって上昇し、ここで両者は混合される。ま
た、この部位においては、トンネル壁２０ａが急激に半
径方向に拡径しているので、この拡大部には、よどみ域
２７が形成される。

しかして、本実施例によれば、電池燃料極排ガス入口４
から供給されるガス燃料２６は、よどみ域２７にて燃焼
されることになるので、プラント原燃料を燃焼させる場
合と同様に、燃焼高温ガスが循環する中で燃焼されるこ
とになり、極めて安定したガス燃料の燃焼状態を得るこ
とができる。

また、２種類の燃料のうち、一方の燃料はプラント原燃
料噴射ノズル１６から供給され、他方の燃料は電池燃料
極排ガス入口４から供給されるので、それぞれの燃料の
噴出速度は任意に変更することができ、これを調整する
ことにより、燃焼状態を安定させることができる。さら
に、上述の再循環領域２５とよどみ域２７とは、極めて
接近した位置に形成されるので、燃料を切替えるとき、
容易に火移りさせることができる等の効果を得ることが
できる。

第５図は他の実施例を示し、外殻１のフランジ２の下部
には、耐火ブロック２０壁を貫通して、よどみ域２７内
にバーナ先端部を臨ませるパイロットバーナ２８が取付
けられている。他の構成は第１図に示されるものと同じ
である。しかして、本実施例によれば、プラント原燃料
からガス燃料に切替えるとき、少量ではあるが、よどみ
域２７内のガス燃料２６を、このパイロットバーナ２８
で燃焼させることができ、より安定した燃料切替えを実
行することができる。

また、第６図は他の実施例を示し、−二のバーナには、
上述のプラント原燃料噴射系統が２系統設けられている
。他の構成は第１図に示されるものと同じである。外殻
１には、空気入口３と極排ガス入口４とが設けられ、空
気入口３は空気流路１４に、また極排ガス入口４は燃料
流路８に連通している。しかして、本実施例によれば、
容量の大きな改質器用バーナに用いられて好適である。

なお、上述のプラント原燃料噴射系統は３系統以上設け
ることもできる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、空気
入口から空気流路内に流入する燃焼用空気をスワーラに
より旋回流れにして耐火ブロックのトンネル内に噴出し
、このトンネル内に再循環領域を形成し、ここに原燃料
を噴射するようにしたので、原燃料は高温燃焼ガスの循
環する中で燃焼することになり、燃焼状態を安定させる
ことができる。また、トンネルを階段状に先広がりに形
成し、トンネル壁に沿った部所によどみ域を形成し、こ
こに極排ガスを噴射するようにしたので、極排ガスは高
温燃焼ガスの滞留する中で燃焼することになり、燃焼状
態を安定させることができる。

したがって、単一台のバーナで、原燃料と極排ガスとの
２種類のガスを共に安定した状態で燃焼させることがで
きる。

また、よどみ域内にバーナ先端部を臨ませるパイロット
バーナを設ければ、原燃料と極排ガスとの間で燃料切替
えする際に、より着火し易くなり、２種類のガスを容易
に火移りさせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による改質器用バーナの一実施例を示す
縦断面図、第２図は同じくスワーラを示す平面図、第３
図は同じくスワーラにより再循環領域が形成される状態
を示す側面図、第４図は同じくトンネル壁によどみ域が
形成される状態を示す断面図、第５図は他の実施例を示
す縦断面図、第６図は他の実施例を示す縦断面図である
。 １・・・外殻、３・・・空気入口、４・・・極排ガス入
口、８・・・燃料流路、１３ａ・・・極排ガス噴射スリ
ット、１４・・・空気流路、１６・・・プラント原燃料
噴射ノズル、１７・・・スワーラ、１９・・・トンネル
、２０・・・耐火ブロック、２０ａ・・・トンネル壁、
２５・・・再循環領域、２７・・・よどみ域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、バーナの外殻と、この外殻の開口端に連接され階段
   状に先広がりとなるトンネルを内部に備えた耐火ブロッ
   クと、上記外殻の壁部に形成された空気入口と、上記外
   殻の内部に形成され上記空気入口に連通する空気流路と
   、この空気流路内に流入する空気を上記トンネル内に旋
   回流れにして噴出させるスワーラと、上記外殻の壁部に
   形成された極排ガス入口と、上記外殻の内部に形成され
   上記極排ガス入口に連通する燃料流路と、この燃料流路
   内に流入する極排ガスを上記トンネルのトンネル壁に形
   成されるよどみ域内に噴出させる極排ガス噴射スリット
   と、上記スワーラから流出する空気旋回流れにより形成
   される再循環領域内に原燃料を噴射するプラント原燃料
   噴射ノズルとを備えたことを特徴とする改質器用バーナ
   。 ２、上記よどみ域内にバーナ先端部を臨ませるパイロッ
   トバーナを備えたことを特徴とする請求項１記載の改質
   器用バーナ。