JP2593196B2 - Fuel reformer - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば燃料電池に供給する燃料ガスを製
造するために用いられ、被改質ガスを触媒存在下で加熱
して改質する燃料改質装置に関するものである。The present invention is used, for example, for producing a fuel gas to be supplied to a fuel cell, and reforms a gas to be reformed by heating the gas to be reformed in the presence of a catalyst. It relates to a reformer.
［従来の技術］ 一般に、例えば天然ガスや都市ガスなどの原料ガスか
ら、燃料電池などに供給される水素に富んだ燃料ガスを
製造する作業は、燃料改質装置で行われる。この燃料改
質装置では、触媒が充填された改質反応管を改質炉内で
所定の温度に加熱するとともに、この加熱された改質反
応管内に被改質ガスとして原料ガスと水蒸気（H2O）と
を導入することによって、原料ガスが改質される。[Related Art] Generally, an operation of producing a hydrogen-rich fuel gas to be supplied to a fuel cell or the like from a source gas such as natural gas or city gas is performed by a fuel reformer. In this fuel reformer, a reforming reaction tube filled with a catalyst is heated to a predetermined temperature in a reforming furnace, and a raw material gas and steam (H By introducing 2 O), the raw material gas is reformed.
通常、このときの加熱は、燃料電池からの排気（オフ
ガス）を燃焼させることによって、効率良く経済的に行
っている。また、起動時には、燃料電池からのオフガス
がないので、都市ガスなどの燃料を用いて加熱してい
る。Usually, the heating at this time is performed efficiently and economically by burning exhaust gas (off gas) from the fuel cell. At the time of startup, since there is no off-gas from the fuel cell, heating is performed using fuel such as city gas.
第５図は従来の燃料改質装置の一例を示す要部構成図
であり、図において（１）は内部（図の下方）に改質反
応管（図示せず）を有する改質炉、（２）は改質炉
（１）の上部に隣接して設けられ燃焼用空気が供給され
る空気室、（３）は空気室（２）に隣接して設けられた
燃焼用燃料ガスが供給される燃料室である。FIG. 5 is a main part configuration diagram showing an example of a conventional fuel reforming apparatus. In FIG. 5, (1) shows a reforming furnace having a reforming reaction tube (not shown) inside (below the figure). 2) is an air chamber provided adjacent to the upper portion of the reforming furnace (1) and supplied with combustion air, and (3) is supplied with combustion fuel gas provided adjacent to the air chamber (2). Fuel chamber.
（４）は一端部が燃料室（３）内に開口しているとと
もに他端部が改質炉（１）内に突出して開口している複
数本の燃料ノズル、（５）は空気室（２）と改質炉
（１）内とを連通する複本数の空気ノズム、（６）は燃
料ノズル（４），空気ノズル（５）及びこれらの取付部
からなるバーナ、（７）は改質炉（１）内に設けられバ
ーナ（６）から噴出される燃料用燃料ガスと燃焼用空気
との混合期に着火するためのパイロットバーナであり、
このパイロットバーナ（７）はイグナイタ（８）及び火
炎検知電極（９）を有している。(4) is a plurality of fuel nozzles having one end opening into the fuel chamber (3) and the other end projecting and opening into the reforming furnace (1), and (5) being an air chamber ( 2) a plurality of air nozzles communicating with the inside of the reforming furnace (1); (6) a burner comprising a fuel nozzle (4), an air nozzle (5) and their mounting parts; (7) a reformer. A pilot burner provided in the furnace (1) for igniting during a mixing period of the fuel gas for fuel ejected from the burner (6) and the combustion air;
This pilot burner (7) has an igniter (8) and a flame detection electrode (9).
上記のように構成された従来の燃料改質装置において
は、まず送風機（図示せず）などの空気源から燃焼用空
気を空気室（２）に供給する。次に、イグナイタ（８）
に放電スパークを飛ばしながらパイロットバーナ（７）
に都市ガス等を供給して、パイロットバーナ（７）を着
火する。そして、火炎検知電極（９）によるパイロット
バーナ（７）の着火が確認されたら、燃料室（３）に燃
焼用燃料ガスを供給する。この予熱時には、まだ燃料電
池が発電を開始しておらず、当然燃料電池からのオフガ
スの排出もないので、燃焼用燃料ガスとして都市ガスな
どを用いる。これにより、バーナ（６）からは燃焼用燃
料ガスと燃焼用空気との混合気が噴出され、噴出された
混合期はパイロットバーナ（７）の火炎により着火され
る。このバーナ（６）からの火炎により、高温の燃焼ガ
スが改質炉（１）内に生じ、図の矢印方向へ進む。これ
によって、改質反応管が加熱されていく。In the conventional fuel reformer configured as described above, first, combustion air is supplied to the air chamber (2) from an air source such as a blower (not shown). Next, the igniter (8)
Pilot burner (7)
Supply city gas to ignite the pilot burner (7). When the ignition of the pilot burner (7) by the flame detection electrode (9) is confirmed, the fuel gas for combustion is supplied to the fuel chamber (3). At the time of this preheating, the fuel cell has not yet started to generate power, and of course there is no discharge of off-gas from the fuel cell. Therefore, city gas or the like is used as the fuel gas for combustion. As a result, a mixture of the fuel gas for combustion and the air for combustion is ejected from the burner (6), and the mixture is ejected and ignited by the flame of the pilot burner (7). The flame from the burner (6) generates high-temperature combustion gas in the reforming furnace (1), and proceeds in the direction of the arrow in the figure. Thereby, the reforming reaction tube is heated.
改質反応管が所定の温度まで加熱されたら、被改質ガ
スである原料ガスと水蒸気とを改質反応管内に導入すれ
ば、原料ガスが改質される。改質された原料ガスは、CO
転化器（図示せず）に送られ燃料ガスとして燃料電池に
供給される。When the reforming reaction tube is heated to a predetermined temperature, the raw material gas and steam to be reformed are introduced into the reforming reaction tube to reform the raw material gas. The reformed source gas is CO
It is sent to a converter (not shown) and supplied to the fuel cell as fuel gas.
また、燃料電池が発電を開始したら、燃料室（３）へ
の予熱用の都市ガスの供給を止め、代わりに燃料電池か
らのオフガスを燃焼用燃料ガスとして燃料室（３）へ供
給すればよい。When the fuel cell starts power generation, the supply of the preheating city gas to the fuel chamber (3) is stopped, and the off gas from the fuel cell may be supplied to the fuel chamber (3) as a fuel gas for combustion instead. .
［発明が解決しようとする課題］ 上記のように構成された従来の燃料改質装置において
は、かなりの高温に達している改質炉（１）の内部から
の輻射熱をバーナ（６）が受け易いので、バーナ（６）
を特殊な耐熱合金などで構成したり、熱応力による変形
を避けるため肉圧を厚くしたりする必要があり、コスト
高になってしまうという問題点があった。[Problem to be Solved by the Invention] In the conventional fuel reformer configured as described above, the burner (6) receives radiant heat from inside the reformer (1), which has reached a considerably high temperature. Burner (6)
Must be made of a special heat resistant alloy or the like, or the wall pressure needs to be increased in order to avoid deformation due to thermal stress, resulting in an increase in cost.
この発明は、上記のような問題点を解決するためにな
されたもので、特殊な耐熱材料で構成したり、熱変形防
止のための肉厚を厚くしたりすることなく、バーナの熱
的劣化を防止でき、これにより低コスト化することがで
きる燃料改質装置を得ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and is not required to be made of a special heat-resistant material or to have a thicker wall for preventing thermal deformation, and to prevent thermal deterioration of a burner. It is an object of the present invention to provide a fuel reformer that can prevent the occurrence of a fuel reform and thereby reduce the cost.
［課題を解決するための手段］ この発明に係る燃料改質装置は、改質炉の内壁に凹部
を設けるとともに、この凹部にバーナを設けたものであ
る。[Means for Solving the Problems] A fuel reforming apparatus according to the present invention includes a concave portion provided on an inner wall of a reforming furnace and a burner provided in the concave portion.
［作用］ この発明においては、凹部にバーナを設けることによ
り、改質炉の内部からバーナが受ける輻射熱が低減す
る。[Operation] In the present invention, by providing a burner in the recess, radiant heat received by the burner from inside the reforming furnace is reduced.
［実施例］ 以下、この発明の実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による燃料改質装置を示す要部
構成図であり、第５図と同一又は相当部分には同一符号
を付し、その説明を省略する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First
5 is a configuration diagram of a main part showing a fuel reforming apparatus according to one embodiment of the present invention. The same or corresponding parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
図において、（11）は改質炉（１）の上部内壁に設け
られた円筒状の凹部でありこの凹部（11）は天井部にパ
イロットバーナ（７）が取り付けられている。（12）は
凹部（11）の外周部に隣接して設けられ燃焼用空気が供
給される空気室、（13）は空気室（12）に隣接して設け
られた燃焼用燃料ガスが供給される燃料室である。In the figure, (11) is a cylindrical concave portion provided on the upper inner wall of the reforming furnace (1), and the concave portion (11) has a pilot burner (7) attached to the ceiling. (12) is an air chamber provided adjacent to the outer periphery of the recess (11) and supplied with combustion air, and (13) is supplied with combustion fuel gas provided adjacent to the air chamber (12). Fuel chamber.
（14）は一端部が燃料室（13）内に開口しているとと
もに他端部が凹部（11）内に側面から突出して開口して
いる複数本の燃料ノズル、（15）は空気室（12）と凹部
（11）内とを連通する複数本の空気ノズル、（16）は凹
部（11）の側面部に凹部（11）内へ向けて設けられた燃
料ノズル（14），空気ノズル（15）及びこれらの取付部
からなるバーナである。(14) is a plurality of fuel nozzles having one end opening into the fuel chamber (13) and the other end projecting from the side surface into the recess (11), and (15) is an air chamber ( A plurality of air nozzles communicating between 12) and the inside of the recess (11), and (16) are fuel nozzles (14) and air nozzles (16) provided on the side of the recess (11) toward the inside of the recess (11). 15) and a burner consisting of these mounting parts.
上記のように構成された燃料改質装置においては、従
来例のものと同様に動作して、改質炉（１）内を加熱
し、原料ガスを改質する。The fuel reforming apparatus configured as described above operates in the same manner as the conventional example to heat the inside of the reforming furnace (1) and reform the raw material gas.
ここで、第２図は従来の燃料改質装置におけるバーナ
（６）の熱均衡を表す説明図である。図において、Q1は
バーナ（６）が改質炉（１）の内部から受ける輻射熱、
Q2は燃焼用空気及び燃焼用ガスによりバーナ（６）が奪
われる冷却熱を示しており、それぞれ次式により求めら
れる。Here, FIG. 2 is an explanatory diagram showing the heat balance of the burner (6) in the conventional fuel reformer. In the figure, Q 1 is the radiant heat that the burner (6) receives from inside the reforming furnace (1),
Q 2 is illustrates a is deprived cooling heat burner (6) by the combustion air and the combustion gases, are respectively calculated by the following equation.
Q1＝Ａσ（TF 4−TB 4） Q2＝Ｋ（TB−TG） 但し、Ａはバーナ（６）の改質炉（１）内へ向いた部
分の面積、σはステファン・ボルツマン定数、Ｋはバー
ナ（６）から燃焼用空気及び燃焼用燃料ガスへの熱コン
ダクタンス、TFは改質炉（１）内の温度、TBはバーナ
（６）の温度、TGは燃焼用空気及び燃焼用燃料ガスの温
度である。尚、バーナ（６）の輻射率は１とする。 Q 1 = Aσ (T F 4 -T B 4) Q 2 = K (T B -T G) where, A is the area of the portion facing to the reformer burner (6) (1) in, sigma Stefan - Boltzmann constant, K is the thermal conductance from the burner (6) to the combustion air and combustion fuel gas, T F is the temperature in the reforming furnace (1), T B is the temperature of the burner (6), T G is The temperatures of the combustion air and the fuel gas for combustion. The emissivity of the burner (6) is 1.
そして、Ａ＝40cm2、Ｋ＝1kcal/h℃、TF＝1200℃＝14
73K、TG＝450℃＝723Kとすると、熱平衡時にはQ1＝Q2が
成り立つので、これに上記の数値を代入して解くと、TB
＝940℃となり、バーナ（６）の温度はかなり高くなる
ことがわかる。A = 40 cm 2 , K = 1 kcal / h ° C., T F = 1200 ° C. = 14
73K, when a T G = 450 ℃ = 723K, since the time of thermal equilibrium Q 1 = Q 2 is established, if this is solved by substituting the above numeric, T B
= 940 ° C., indicating that the temperature of the burner (6) becomes considerably high.
一方、第３図は第１図の燃料改質装置におけるバーナ
（16）の熱平衡を表す説明図である。図において、Q1,Q
2は第２図と同様に定義され、Q3はバーナ（16）が凹部
（11）の天井部から受ける輻射熱を示している。そし
て、それぞれ次式により求められる。FIG. 3 is an explanatory diagram showing the thermal equilibrium of the burner (16) in the fuel reformer of FIG. In the figure, Q 1 , Q
2 is defined as in FIG. 2, and Q 3 indicates the radiant heat received by the burner (16) from the ceiling of the recess (11). Then, each is obtained by the following equation.
Q1＝ＡσＦ（TF 4−TB 4） Q2＝Ｋ（TB−TG） Q3＝ＡσＦ（TR 4−TB 4） 但し、Ｆは凹部（11）内壁が改質炉（１）内を見る形
態係数、TRは凹部（11）の天井部の温度、他は第２図と
同様である。 Q 1 = AσF (T F 4 -T B 4) Q 2 = K (T B -T G) Q 3 = AσF (T R 4 -T B 4) where, F is the recess (11) inner wall reformer (1) embodiment See the coefficient, the T R temperature of the ceiling portion of the recess (11), the other is the same as Figure 2.
また、熱平衡時にはQ1＋Q3＝Q2が成り立つので、この
熱平衡式と上記３式を連立させてバーナ（16）の温度TB
を求めればよい。Further, since the time of thermal equilibrium Q 1 + Q 3 = Q 2 is satisfied, the temperature T B of the burner (16) by simultaneous the heat balance equations and the equation 3
Should be obtained.
ところが、天井部温度TRが不明であるため、このTRを
横軸にとって、TBとの関係を第４図に示した。但し、A,
K,TF及びTGには、それぞれ従来のときと同じ数値を代入
し、凹部（11）は直径と深さとが等しい円筒と考えてＦ
＝0.31を代入した。However, since the ceiling part temperature T R is unknown, the T R abscissa, showing the relationship between T B in Figure 4. Where A,
The same numerical values as in the conventional case are substituted for K, TF and TG , and the concave portion (11) is considered as a cylinder having the same diameter and the same depth as F.
= 0.31 was substituted.
図中、実線で示した曲線が上記実施例におけるバーナ
（16）の温度、破線が従来例でのバーナ（６）の温度
（940℃）である。図から明らかなように、天井部温度T
Rがかなり高温であっても、バーナ（16）の温度TBは従
来より低くなっている。In the drawing, the curve shown by the solid line is the temperature of the burner (16) in the above embodiment, and the broken line is the temperature (940 ° C.) of the burner (6) in the conventional example. As is clear from the figure, the ceiling temperature T
Even R considerably high temperature, the temperature T B of the burner (16) is lower than the conventional.
例えば、燃焼用空気と燃焼用燃料ガスとによって、天
井部がバーナ（16）との同程度の冷却を受けると考え、
TR＝TBとした場合には、バーナ（16）の温度TBは約680
℃となる。この場合、TBは従来例に比べて260℃も低く
なっている。For example, considering that the ceiling is cooled by the combustion air and the combustion fuel gas as much as the burner (16),
When T R = T B , the temperature T B of the burner (16) is about 680.
° C. In this case, T B is lower even 260 ° C. as compared with the conventional example.
このため、例えば、SUS304ステンレス鋼など、従来で
は用いることのできなかった通常の金属を用いることが
できる。また、バーナ（16）を構成する部材の肉厚等
も、同材質のものであれば、従来より薄くすることがで
きる。For this reason, for example, ordinary metals that could not be used conventionally, such as SUS304 stainless steel, can be used. Further, the thickness and the like of the members constituting the burner (16) can be made thinner than the conventional one if they are made of the same material.
また、上記実施例ではバーナ（16）を凹部（11）の側
面部に設け、パイロットバーナ（９）を凹部（11）の天
井部に設けたので、バーナ（16）が互いに向かい合って
おり、パイロットバーナ（９）の火炎が短くても火移り
が良好であり、従来例のものに比べてパイロットバーナ
（９）の火炎を短くすることができるとともに、バーナ
（16）の着火がより確実になる。In the above embodiment, the burner (16) is provided on the side surface of the recess (11) and the pilot burner (9) is provided on the ceiling of the recess (11). Even if the flame of the burner (9) is short, the fire transfer is good, the flame of the pilot burner (9) can be shortened and the ignition of the burner (16) becomes more reliable than the conventional one. .
なお、上記実施例ではバーナ（16）を凹部（11）の側
面部に設けたものを示したが、バーナは凹部の天井部に
設けてもよい。この場合、パイロットバーナ（９）も天
井部に設ければよい。In the above embodiment, the burner (16) is provided on the side surface of the recess (11). However, the burner may be provided on the ceiling of the recess. In this case, the pilot burner (9) may be provided on the ceiling.
また、上記実施例では円筒状の凹部（11）を示した
が、凹部は例えば多角形円筒状など、他の形状であって
もよい。In the above embodiment, the cylindrical concave portion (11) is shown, but the concave portion may have another shape such as a polygonal cylindrical shape.
さらに、上記実施例では改質炉（１）の上部に凹部
（11）を設けたが、例えば下部など、他の部分に設けて
もよい。また、複数個の凹部を設けてもよい。Further, in the above embodiment, the concave portion (11) is provided in the upper portion of the reforming furnace (1), but may be provided in another portion such as the lower portion. Further, a plurality of concave portions may be provided.
さらにまた、バーナの形状は上記実施例のものに限定
されるものではなく、例えば空気室（12）と燃料室（1
3）とが逆に配置されて燃料ノズル（14）と空気ノズル
（15）とが逆になっているものなどでもよい。Furthermore, the shape of the burner is not limited to that of the above-described embodiment. For example, the air chamber (12) and the fuel chamber (1
3) and the fuel nozzle (14) and the air nozzle (15) may be reversed.
また、上記実施例では燃料改質装置として燃料電池用
のものを示したが、他に使われる燃料を改質するための
ものであってもよく、被改質ガスも上記実施例に限定さ
れない。Further, in the above-described embodiment, the fuel reforming apparatus is used for a fuel cell. However, the fuel reforming apparatus may be used for reforming other fuels, and the gas to be reformed is not limited to the above-described embodiment. .
［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の燃料改質装置は、改
質炉の内壁に凹部を設けるとともに、この凹部にバーナ
を設けたので、改質炉の内部からバーナが受ける輻射熱
が低減し、バーナを特殊な耐熱材料で構成したり、バー
ナを構成する部材の肉厚を厚くしたりすることなく、バ
ーナの熱的劣化を防止でき、これにより低コスト化する
ことができるという効果がある。また、バーナの信頼性
も向上し、寿命も延ばすことができるなどの効果もあ
る。[Effects of the Invention] As described above, in the fuel reforming apparatus of the present invention, the concave portion is provided on the inner wall of the reforming furnace, and the burner is provided in the concave portion. The burner can be prevented from being thermally degraded without forming the burner with a special heat-resistant material or increasing the thickness of the members constituting the burner, thereby reducing the cost. effective. In addition, there is an effect that the reliability of the burner is improved and the life can be extended.
第１図はこの発明の一実施例による燃料改質装置を示す
要部構成図、第２図は従来の燃料改質装置におけるバー
ナの熱平衡を表す説明図、第３図は第１図の燃料改質装
置におけるバーナの熱平衡を表す説明図、第４図は第１
図の燃料改質装置の熱平衡時における凹部天井部温度と
バーナ温度との関係を示す関係図、第５図は従来燃料改
質装置の一例を示す要部構成図である。 図において、（１）は改質炉、（11）は凹部、（16）は
バーナである。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。FIG. 1 is a diagram showing a main part of a fuel reforming apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view showing a thermal balance of a burner in a conventional fuel reforming apparatus, and FIG. FIG. 4 is an explanatory view showing the thermal equilibrium of the burner in the reformer, and FIG.
FIG. 5 is a relationship diagram showing the relationship between the ceiling temperature of the concave portion and the burner temperature when the fuel reforming apparatus shown in FIG. 5 is in thermal equilibrium. FIG. In the figure, (1) is a reforming furnace, (11) is a recess, and (16) is a burner. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
設けられ、前記凹部内へ向けて火炎を噴射するバーナ
と、前記改質炉内に設けられ、内部に触媒が充填される
改質反応管とを備え、前記改質反応管を前記バーナの熱
により加熱するとともに、前記改質反応管内に被改質ガ
スを導入することによって、前記被改質ガスを改質する
燃料改質装置。1. A reforming furnace having a concave portion on an inner wall, a burner provided in the concave portion and injecting a flame toward the concave portion, and a burner provided in the reforming furnace and filled with a catalyst. A reforming reaction tube for heating the reforming reaction tube by the heat of the burner and introducing a gas to be reformed into the reforming reaction tube to reform the gas to be reformed. Quality equipment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63181600A JP2593196B2 (en) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | Fuel reformer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63181600A JP2593196B2 (en) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | Fuel reformer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0231831A JPH0231831A (en) | 1990-02-01 |
| JP2593196B2 true JP2593196B2 (en) | 1997-03-26 |
Family
ID=16103643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63181600A Expired - Lifetime JP2593196B2 (en) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | Fuel reformer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2593196B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0647883U (en) * | 1992-12-10 | 1994-06-28 | 三菱プレシジョン株式会社 | Floating body position automatic transmission device and floating body position automatic transmission and reception device |
-
1988
- 1988-07-22 JP JP63181600A patent/JP2593196B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0231831A (en) | 1990-02-01 |
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