JP3880372B2 - Burner - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、原燃料ガスの改質処理により燃料電池に供給される水素含有ガスを生成するための改質部の加熱用として設けられるバーナなど、各種工業分野で利用され、燃料ガスを二次燃焼用空気(燃焼用酸素含有ガスの一例)により燃焼させる先混合式のバーナに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種のバーナは、中央の噴出孔から燃焼用空気又は燃料ガスを噴出し、周囲の噴出孔から燃料ガス又は燃焼用空気を旋回流として噴出させることで両者を先混合させて燃焼させるようにしたものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の技術によるときは、燃焼用空気又は燃料ガスを旋回流として噴出させることで、旋回流としない場合と比較して、燃焼用空気及び燃料ガスの混合性を若干高めることができるものの、実質的には燃焼用空気と燃料ガスとが接触するだけであるから、高い混合性を得ることが困難であり、排ガス中に未燃成分が残るなど、燃焼面で改善の余地があった。又、燃焼空間が偏平状である場合には、燃焼用空気又は燃料ガスを旋回流とすることは困難である。
【0004】
本発明の目的は、上記の事情に鑑みて、燃焼性に優れたバーナを提供する点にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
〔構成1〕
本発明に係るバーナは、請求項1に記載したごとく、燃料ガスを噴出させる第1噴出孔を有する第1ノズル管と、
前記燃料ガスに対する燃焼用酸素含有ガスを噴出させる第2噴出孔を有する第2ノズル管とを、互いに並設して備え、
単数の前記第1噴出孔に対して、前記第2ノズル管の管軸方向に沿って単数の前記第1噴出孔の位置を挟んで互いに近接して並設された2つの前記第2噴出孔が対応付けられ、
前記第2噴出孔のガス噴出方向が、前記第1ノズル管の外径に対して接し、且つ前記対応付けられた前記第1噴出孔のガス噴出直後領域に向う方向に設定されていることを特徴とする。
【0006】
〔作用効果〕
本構成のバーナによれば、単数の第1噴出孔から噴出される燃料ガスに対して、第2ノズル管の管軸方向において単数の第1噴出孔の位置を挟む状態で近接並設された2つの第2噴出孔から、燃料ガスが噴出されるガス噴出領域に向って燃焼用空気を噴出させることができるので、第1噴出孔から噴出された燃料ガスは、その両側を挟む状態で2つの第2噴出孔から噴出された燃焼用空気と良好に混合して燃焼することができ、簡単な構成で未燃成分の発生を抑制することができる。
さらに、優れた燃焼性を実現するべく、第2噴出孔による燃焼用空気の噴出方向を、第1噴出孔のガス噴出領域に向う方向に設定するために、第2ノズル管の第2噴出孔のガス噴出方向を、第2ノズル管に並設された第1ノズル管の外径に対して接する方向に設定することで、第2噴出孔から噴出された燃焼用空気は、第1ノズル管の外径に沿って、上記ガス噴出直後領域における比較的第1噴出孔に近い場所に達することになり、良好に分散が抑制された燃料ガスに確実に燃焼用空気を供給することができ、未燃成分等を一層抑制することができる。
【0007】
従って、本構成のバーナは、噴出孔のガス噴出方向を工夫するといった簡単な構成により、燃焼性を優れたものにすることができ、さらに、互いに並設された一対の管で構成することにより、偏平状の燃焼空間を実現することができる。
【0008】
〔構成2〕
本発明に係るバーナは、請求項2に記載したごとく、上記構成1のバーナの構成に加えて、前記対応付けられた前記第1噴出孔と前記第2噴出孔において、
前記第1噴出孔のガス噴出方向と、前記第2噴出孔のガス噴出方向とが、鋭角に交差するように設定されていることを特徴とする。
【0009】
〔作用効果〕
本構成のバーナによれば、第1噴出孔による燃料ガスの噴出方向と第2噴出孔による燃焼用空気の噴出方向とが鋭角に交差するように設定されているので、燃料ガスの噴出方向と燃焼用空気の噴出方向との夫々の噴出方向上における方向成分が対向せずに同じ方向となるので、燃料ガスが燃焼用空気に対向して衝突することで、燃焼ガスが燃焼する前に分散され未燃成分が多く発生されてしまうことを抑制することができる。
【0010】
また、第2噴出孔による燃焼用空気の噴出方向が、燃料ガスの分散が抑制された第1噴出孔のガス噴出直後領域、言換えれば第1噴出孔の直上付近の領域に向う方向であるので、燃料ガスの多くを確実に燃焼用空気と混合させることができ、未燃成分を一層抑制することができる。
【0011】
従って、本構成のバーナは、噴出孔のガス噴出方向を工夫するといった簡単な構成により、燃焼性を優れたものにすることができ、さらに、互いに並設された一対の管で構成することにより、偏平状の燃焼空間を実現することができる。
【0012】
〔構成3〕
本発明に係るバーナは、請求項3に記載したごとく、上記構成1又は2のバーナの構成に加えて、前記第1ノズル管と前記第2ノズル管とが、同一径の管材から構成され、
前記第2噴出孔のガス噴出方向が、前記第1ノズル管の管軸と前記第2ノズル管の管軸とを含む平面に対して30°の角度をなす方向に設定されていることを特徴とする。
【0013】
〔作用効果〕
本構成のバーナによれば、第1ノズル管と第2ノズル管とが同一径の管材から構成されている場合には、第2噴出孔のガス噴出方向を上記平面に対して30°の角度をなすものとすることで、第2噴出孔のガス噴出方向が、第1ノズル管の外径に接するものとなる。
【0014】
〔構成4〕
本発明に係るバーナは、請求項4に記載したごとく、上記構成1から3の何れかのバーナの構成に加えて、前記第1噴出孔のガス噴出方向が、前記第1ノズル管の管軸と前記第2ノズル管の管軸とを含む平面に対して90°の角度をなす方向に設定されていることを特徴とする。
【0015】
〔作用効果〕
本構成のバーナによれば、優れた燃焼性を実現するべく、第1噴出孔による燃料ガスの噴出方向を、その燃料ガスの燃焼用空気を噴出させる第2噴出孔から離間する方向に設定するに、第1噴出孔のガス噴出方向を、上記平面に対して90℃の角度をなす方向に設定することができ、簡単な構成で優れた燃焼性を実現することができる。
【0016】
〔構成5〕
本発明に係るバーナは、請求項5に記載したごとく、上記構成1から4の何れかのバーナの構成に加えて、前記燃料ガスが水素含有ガスであることを特徴とする。
【0017】
〔構成6〕
本発明に係るバーナは、請求項6に記載したごとく、上記構成5のバーナの構成に加えて、原燃料ガスの改質処理により燃料電池に供給される水素含有ガスを生成するための改質処理部の加熱用として設けられ、
前記燃料電池から排出される水素含有ガスが前記第1ノズル管に供給されるように構成されていることを特徴とする。
【0018】
〔作用効果〕
本構成のバーナによれば、第1噴出孔から噴出された燃料ガスを他の第2噴出孔から噴出された燃焼用空気により先混合して良好に燃焼させることができるので、燃料ガスが燃焼速度が大きい水素を含む水素含有ガスであっても、逆火の発生を防止することができる。そして、このように水素含有ガスを良好な燃焼性で燃焼させることができるバーナは、燃料電池から排出される排燃料ガスとしての水素含有ガスを良好且つ安全に燃焼させることができるので、燃焼電池に水素含有ガスを供給するための改質処理部の加熱用として有効に利用することができる。
【0019】
〔構成7〕
本発明に係るバーナは、請求項7に記載したごとく、上記構成1から6の何れかのバーナの構成に加えて、前記第2ノズル管に、前記酸素含有ガスとして、前記燃料ガスよりも燃焼速度が小さい第2燃料ガスと酸素とを含む混合ガスを供給自在に構成されていることを特徴とする。
【0020】
〔作用効果〕
本構成のバーナによれば、第1ノズル管に供給する燃焼用空気として、その燃焼用空気と第2燃料ガスとの混合ガスを供給することができるので、先混合式で燃焼させる水素含有ガス等の燃料ガスの他に、その燃料ガスよりも燃焼速度が小さい炭化水素等の第2燃料ガスを元混合式で燃焼させることができる。
特に、燃料電池に水素含有ガスを供給する改質部加熱用として本構成のバーナを設ける場合には、起動運転時又はその他の時に、燃料電池から排出される水素含有ガスの量が少なくなることがあるが、このような場合には、改質部に供給される原燃料としての炭化水素等を第2燃料としてバーナで燃焼させ、改質部の温度を所定の温度に維持することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明に係るバーナの実施の形態を説明する。
尚、以下の実施形態においては、本発明に係るバーナ4bは、詳細については後述するが、燃料電池Gから排出された排燃料ガス(水素含有ガスの一例)が排燃料ガス路24を介して供給され、その排燃料ガスを燃焼させて改質処理部3を加熱するためのものであり、改質処理部3は、燃料電池Gに供給する水素リッチな燃料ガスを生成する水素含有ガス生成装置Pに設けられている。
【0022】
水素含有ガス生成装置Pには改質装置Aが設けられ、改質装置Aは、原燃料を改質処理する改質部R及び改質処理用の水蒸気を生成する水蒸気生成部Sを備えて構成され、水素含有ガス生成装置Pは、改質装置Aに加えて、改質部Rにて改質処理された改質処理ガスに含まれる一酸化炭素ガスを低減するように処理する変成処理部5及び選択酸化処理部6を備えて、一酸化炭素ガス濃度の低い(例えば10ppm以下)水素リッチな燃料ガスを生成するように構成されている。
【0023】
図1に示すように、水素含有ガス生成装置Pは、脱硫処理部1、水蒸気生成部S、改質部R、変成処理部5、及び、選択酸化処理部6を備えて構成されている。
脱硫処理部1は天然ガス等の炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理するように構成され、水蒸気生成部Sは改質処理用の水蒸気を生成するように構成され、変成処理部5は、後述の改質部Rから排出された改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理するように構成され、選択酸化処理部6は変成処理部5から排出された変成処理ガス中に残っている一酸化炭素ガスを選択的に酸化するように構成されている。
【0024】
また、改質部Rは燃料電池Gから排出された排燃料ガスの燃焼熱により、脱硫処理部1で脱硫処理された原燃料ガスを水蒸気生成部Sで生成された水蒸気を用いて水素ガスと一酸化炭素ガスに改質処理するように構成されている。
さらに、改質部Rは、改質触媒が通気自在に充填されると共に、被改質ガス(脱硫原燃料ガスと水蒸気との混合ガス)を通流させて、原燃料ガスを改質処理する改質処理部3と、燃料電池Gから排出された排燃料ガスを燃焼させて改質処理部3を加熱する燃焼部4とを備えて構成してある。
【0025】
水蒸気生成部Sは、改質部Rの燃焼部4から排出された燃焼ガスを通流させる水蒸気生成用加熱通流部11と、供給される原料水を水蒸気生成用加熱通流部11による加熱にて蒸発させる蒸発処理部2とから構成してある。
【0026】
燃焼部4は、排燃料ガスを火炎を形成する状態で燃焼させる有炎燃焼部4Fと、その有炎燃焼部4Fに対して、その有炎燃焼部4Fの火炎形成方向下手側に配置されて、有炎燃焼部4Fにて燃焼しなかった排燃料ガスを燃焼触媒4cにて燃焼させる触媒燃焼部4Cを備えて構成されている。
【0027】
図2ないし図4に示すように、燃焼部4は、3つの深溝部41aとその深溝部41a間に形成された2つの底部41b,41cとを有する皿形容器形成部材41の深さが深い底部41cが下方側に位置するように立設された改質部Rを構成する双室具備容器Bdにおいて、2段の底部41b,41cを有する皿形容器形成部材41と仕切り部材43にて形成される偏平な室として構成されている。
【0028】
2段の底部41b,41cを有する右皿形容器形成部材41と仕切り部材43とにより形成される、下方側の奥行きが広い偏平状の室が燃焼室4rとされ、その燃焼室4rの下端には、燃焼ガスを燃焼室4r内にその略全幅にわたる状態に噴出するように、細長状のバーナ4bが下縁に沿わせて配置されて、有炎燃焼部4Fが構成されている。燃焼室4rの上方の奥行きが狭い部分には、燃焼触媒4cを配置して、触媒燃焼部4Cが構成されている。
図中の4iは、バーナ4bに点火するためのイグナイタである。
【0029】
つまり、燃焼室4rは、有炎燃焼部4Fの火炎形成方向(即ち、燃焼ガス通流方向)に直交する方向に並んで互いに対向する一対の壁部夫々の面積が広くて、その一対の壁部間の間隔が狭い偏平状に形成されている。そして、その偏平状の燃焼室4rは縦向きに配置されると共に、その燃焼室4rの下方側には、有炎燃焼部4Fが、火炎形成方向が上向きになるように配置され、さらに、燃焼室4r内における有炎燃焼部4Fの上方側、即ち、有炎燃焼部4Fに対してその火炎形成方向下手側の位置には、触媒燃焼部4Cが配置されている。
燃焼触媒4cは、白金、パラジウム等から成る。
【0030】
バーナ4bは、図7、図8に示すように、2つのノズル管N1,N2を水平方向に近接する状態で並設して構成され、夫々のノズル管N1,N2の噴出孔a1,a2におけるガス噴出方向D1,D2及び夫々の配置状態について特徴を有する。
【0031】
一方の第1ノズル管N1には、排燃料ガス路24を介して排燃料ガスが供給されると共に、他方の第2ノズル管Nには燃焼用空気路29を介して燃焼用空気が供給される。そして、バーナ4bは、複数の第1噴出孔a1から噴出させた排燃料ガスを、複数の第2噴出孔a2から噴出させた燃焼用空気と混合させて燃焼させる先混合式に構成され、有炎燃焼部4Fに火炎を形成する。
【0032】
バーナ4bにおいて、単数の第1噴出孔a1から噴出された排燃料ガスに対して、第2ノズル管N2の管軸方向に沿って並設された2つの第2噴出孔a2から燃焼用空気を噴出させるように、第1噴出孔a1と第2噴出孔a2とが1:2の個数割合で対応付けられている。
即ち、上記管軸方向に沿って、第1噴出孔a1の位置が2つの隣接した第2噴出孔a2の位置間に存在することになる。
そして、第1噴出孔a1から噴出された排燃料ガスは、上記管軸方向に沿って広い範囲に渡って2つの第2噴出孔a2から噴出された燃焼用空気と良好に混合して燃焼することになる。
【0033】
さらに、バーナ4bにおいて、各ノズル管N1,N2の各噴出孔a1,a2からのガス噴出方向D1,D2が互いに鋭角に交差するように設定されている。
具体的には、第2噴出孔a2のガス噴出方向D2が、対応付けられた第1噴出孔a1のガス噴出領域(即ち、排燃料ガスが噴出される領域)に向う方向に設定されおり、排燃料ガスと燃焼用酸素含有ガスの混合が促進されている。
【0034】
さらに、第1噴出孔a1のガス噴出方向D1は、第2噴出孔a2から離間する方向に設定され、具体的には、第1ノズル管N1の管軸と第2ノズル管N2の管軸とを含む平面、所謂水平面に対して90°の角度θ1をなす方向に設定されている。
このように第1噴出孔a1のガス噴出方向D1を設定することで、噴出された排燃料ガスと燃焼用空気とは、互いに対向せずに衝突するので、排燃料ガスの燃焼せずに分散することを抑制して、未燃成分の発生を抑制することができる。
【0035】
さらに、第2噴出孔a2のガス噴出方向D2は、第1噴出孔a1のガス噴出直後領域(即ち、第1噴出孔a1の直上)に向う方向に設定され、具体的には、第1ノズル管N1の外径に接する方向であって、水平面に対して30°の角度θ2をなす方向に設定されている。
このように第2噴出孔a2のガス噴出方向D2を設定することで、第2噴出孔a2から噴出された燃焼用空気は、排燃料ガスの分散が抑制された第1噴出孔a1のガス噴出直後領域に供給されることになり、排燃料ガスの多くを燃焼用空気と混合させることができ、未燃成分を一層抑制することができる。
【0036】
さらに、燃焼室4rの後述の断熱材19側壁部は、3つの深溝部41aとその間に形成された2つの底部41b,41cとを有する形状に形成されているので、特に第1噴出孔のガス噴出方向D1付近に存在する深溝部41aと底部41cとの角部により、有炎燃焼部4Fからの燃焼ガス流に乱流を発生させて、未燃成分の燃焼を促進することができる。
【0037】
特に、本実施形態のように構成されたバーナ4bは、排ガス中に生成される一酸化炭素濃度を50ppm以下に抑制することが実験により確認することができた。
【0038】
燃料電池Gは、詳細な説明は省略するが、高分子膜を電解質とする固体高分子型であり、水素含有ガス生成装置Pから燃料ガス路23を通じて供給される燃料ガス中の水素と、反応用ブロア14から反応用空気路32を通じて供給される反応用空気中の酸素との電気化学反応により発電するように構成されている。
【0039】
更に、水素含有ガス生成装置Pには、改質処理部3から排出された高温の改質処理ガスを通流させて、改質処理部3を保温する保温用通流部7と、高温の改質処理ガスにより改質処理部3に供給される被改質ガスを加熱する被改質ガス用熱交換器Epと、高温の改質処理ガスにより脱硫処理部1に供給される原燃料ガスを加熱する原燃料ガス用熱交換器Eaと、変成処理部5を冷却するために冷却用流体を通流させる変成部冷却用通流部8と、同じく、変成処理部6を冷却するために冷却用流体を通流させる変成部冷却用通流部9と、変成処理部5及び選択酸化処理部6を冷却する冷却用ファン10とが設けられている。
又、変成処理部5から排出された変成処理ガスと、水蒸気生成部Sへ供給する原料水とを熱交換させて、原料水を予熱する原料水予熱用熱交換器17が設けられている。
【0040】
被改質ガス用熱交換器Epは、保温用通流部7から排出された改質処理ガスを通流させる上流側改質処理ガス通流部12と、改質処理部3に供給する被改質ガスを通流させる被改質ガス通流部13とを熱交換自在に設けて構成し、原燃料ガス用熱交換器Eaは、上流側改質処理ガス通流部12から排出された改質処理ガスを通流させる下流側改質処理ガス通流部15と、脱硫処理部1に供給する原燃料ガスを通流させる原燃料ガス通流部16とを熱交換自在に設けて構成してある。
【0041】
図2に示すように、水素含有ガス生成装置Pには、矩形板状の偏平な容器Bの複数が板状形状の厚さ方向に並べて設けられて、各容器Bにより、各処理部、各通流部、燃焼部4等が夫々構成されている。
【0042】
複数の容器Bのうちの一部は、一つの室を備えるように形成した単室具備容器Bmにて構成され、残りは、区画された2つの室を備えるように形成した双室具備容器Bdにて構成されている。
【0043】
図2ないし図5に示すように、双室具備容器Bdは、基本的には、一対の皿形容器形成部材41の間に平板状の仕切り部材43を位置させた状態で、周辺部を溶接接続して、2つの偏平な室が区画形成されている。
【0044】
改質部Rは、1個の双室具備容器Bdを用いて構成され、水蒸気生成部Sも、1個の双室具備容器Bdを用いて構成されている。
【0045】
双室具備容器Bdのうち、改質部Rを構成する双室具備容器Bdは、図2ないし図4に示すように、底部が平坦状の平底状の皿形容器形成部材41と、底部の片方側が深くなった2段状の皿形容器形成部材41との間に、平板状の仕切り部材43を位置させた状態で、周辺部を溶接接続して、2つの室が区画形成されている。
【0046】
又、双室具備容器Bdのうち、水蒸気生成部Sを構成する双室具備容器Bdは、図2に示すように、平底状の皿形容器形成部材41と、底部の内方部が盛り上がった凸状の皿形容器形成部材41との間に、平板状の仕切り部材43を位置させた状態で、周辺部を溶接接続して、2つの室が区画形成されている。
【0047】
双室具備容器Bdのうち、改質部Rや水蒸気生成部Sを構成するもの以外のものは、図5に示すように、一対の平底状の皿形容器形成部材41の間に平板状の仕切り部材43を位置させた状態で、周辺部を溶接接続して、2つの偏平な室が区画形成されている。
【0048】
図6に示すように、単室具備容器Bmは、皿形状容器形成部材41と平板状容器形成部材42とを周辺部を溶接接続して、一つの偏平な室を区画形成してある。
【0049】
各単室具備容器Bmや、各双室具備容器Bdには、必要に応じて、流体供給用や流体排出用の接続ノズル44を内部の室と連通する状態で取り付けてある。
又、図示を省略するが、必要に応じて、容器Bの室内を蛇行状流路になるように構成して、流体の通流経路を長くしている。
【0050】
改質処理部3を構成する偏平な室には、ルテニウム、ニッケル、白金等の改質用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数が通気可能な状態で充填されている。
【0051】
図2に示すように、蒸発処理室2は、水蒸気生成部Sを構成する双室具備容器Bdを立設し、凸状の皿形容器形成部材41と平板状の仕切り部材4にて形成される偏平な室を備えた部分を用いて構成され、水蒸気生成用加熱通流部11は、平底状の皿形容器形成部材41と仕切り部材43にて形成される偏平な室を備えた部分を用いて構成され、両室内には、ステンレスウール等からなる伝熱促進材が通気可能な状態で充填されている。
【0052】
図2に示すように、本実施形態においては、8個の双室具備容器Bdと、1個の単室具備容器Bmとが、側面視において左端から3個目に単室具備容器Bmを位置させた状態で、横方向に厚さ方向に並べて設けられ、コンパクトに形成されている。
8個の双室具備容器Bdの区別が明確になるように、便宜上、双室具備容器を示す符号Bdの後に、左からの並び順を示す符号1,2,3・・・・・8を付す。
【0053】
左端の双室具備容器Bd1にて水蒸気生成部Sが構成され、左から2個目の双室具備容器Bd2にて改質部Rが構成されている。
単室具備容器Bmを用いて、保温用通流部7が構成されている。
【0054】
左から3個目の双室具備容器Bd3の左側の室を備えた部分を用いて、上流側改質処理ガス通流部12が構成され、右側の室を備えた部分を用いて、被改質ガス通流部13が構成されている。両室内には、ステンレスウール等からなる伝熱促進材が通気可能な状態で充填されている。
【0055】
左から4個目の双室具備容器Bd4の左側の室を備えた部分を用いて、脱硫処理部1が構成され、右側の室を備えた部分を用いて、原燃料ガス通流部16が構成されている。脱硫処理部1を構成する左側の室内には、脱硫用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数が通気可能な状態で充填されている。
【0056】
左から5個目の双室具備容器Bd5の左側の室を備えた部分を用いて、下流側改質処理ガス通流部15が構成され、右側の室を備えた部分を用いて、変成処理部5が構成されている。
左から6個目の双室具備容器Bd6の左側の室を備えた部分を用いて、変成処理部5が構成され、右側の室を備えた部分を用いて、変成部冷却用通流部8が構成されている。
左から7個目の双室具備容器Bd7を用いて、変成処理部5が構成されている。変成処理部を構成する各室内には、酸化鉄又は銅亜鉛の変成反応用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数が通気可能な状態で充填されている。
【0057】
左から8個目(右端)の双室具備容器Bd8の左側の室を備えた部分を用いて、変成部冷却用通流部9が構成され、右側の室を備えた部分を用いて選択酸化処理部6が構成されている。選択酸化処理部6を構成する室内には、ルテニウムの選択酸化用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数が通気可能な状態で充填されている。
【0058】
8個の双室具備容器Bdと1個の単室具備容器Bmを含む複数の容器Bを並べるに当たっては、伝熱させる必要のあるもの同士は互いに密着させた状態で、且つ、伝熱量を調節する必要のあるもの同士の間に伝熱量調節用の断熱材19を介在させた状態で、並べてある。
つまり、水蒸気生成部Sを構成する左端の双室具備容器Bd1と改質部Rとを構成する左から2個目の双室具備容器Bd2との間には断熱材19が配置され、左から2個目の双室具備容器Bd2と単室具備容器Bmとは密接配置され、単室具備容器Bmと左から3個目の双室具備容器Bd3との間には断熱材19が配置され、左から3個目の双室具備容器Bd3と左から4個目の双室具備容器Bd4との間には断熱材19が配置され、並びに、左から4個目から8個目(右端)の双室具備容器Bd4〜Bd8は互いに密接配置されている。
【0059】
つまり、複数の容器Bを並設した状態において、最も高温維持が要求される改質部Rを構成する双室具備容器Bd2は、並設方向の略中間部に配置され、その改質部Rを構成する双室具備容器Bd2の一方側には断熱材19が、他方側には保温用通流部7を構成する単室具備容器Bm及び断熱材19が配置されている。それらの並設方向両側夫々には、処理温度が概ね低くなる順になるように、各処理部等を構成する容器Bが並べられ、並びに、並設方向端部には冷却が要求される選択酸化処理部6を構成する双室具備容器Bd8が配置されていることにより、水素含有ガス生成装置Pは、コンパクトに構成され、放熱損失を可及的に抑制できると共に、各処理部等を適切な温度に制御できるように構成される。
【0060】
改質部R及び水蒸気生成部Sを備えた改質装置Aについて、説明を加えると、改質部Rの偏平形状の燃焼部4の一方側には、偏平形状の改質処理部3が、伝熱壁として機能させる平板状の仕切り部材43を介して、横方向に厚さ方向に並べて密接配置され、燃焼部4の他方側には、断熱材19を介して偏平形状の水蒸気生成部Sが横方向に厚さ方向に並べて配置されている。よって、改質装置Aは、コンパクトに構成される。
又、このように配置構成することにより、燃焼部4からの放熱を抑制すると共に、夫々偏平状の燃焼部4及び改質処理部3を、伝熱壁として機能させる平板状の仕切り部材43を介して、厚さ方向に密接配置して、伝熱面積を広くしてあり、燃焼部4からの放熱抑制、及び、広伝熱面積での加熱の相乗効果により、加熱効率が効果的に向上されている。
【0061】
又、夫々偏平状の水蒸気生成用加熱通流部11及び蒸発処理室2を、伝熱壁として機能させる平板状の仕切り部材43を介して、厚さ方向に密接配置することにより、伝熱面積を広くしてあり、加熱効率が効果的に向上されている。
【0062】
改質処理部3においては、メタンガスを主成分とする天然ガスが原燃料ガスである場合は、例えば700〜750°C程度の加熱下でメタンガスと水蒸気とが下記の反応式にて改質反応して、水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理される。
【0063】
【化1】
CH4+H2O→CO+3H2
【0064】
変成処理部5においては、改質処理ガス中の一酸化炭素ガスと水蒸気とが、例えば200°C程度の反応温度にて下記の反応式にて変成反応して、一酸化炭素ガスが二酸化炭素ガスに変成処理される。
【0065】
【化2】
CO+H2O→CO2+H2
【0066】
選択酸化処理部6においては、ルテニウムの触媒作用によって、100°C程度の反応温度にて、変成処理ガス中に残っている一酸化炭素ガスが選択酸化される。
【0067】
図1及び図2において、白抜き線矢印にて示すように、原燃料ガス供給路21を原燃料ガス用熱交換器Eaの原燃料ガス通流部16に接続し、並びに、原燃料ガス通流部16、脱硫処理部1、被改質ガス用熱交換器Epの被改質ガス通流部13、改質処理部3、保温用通流部7、被改質ガス用熱交換器Epの上流側改質処理ガス通流部12、原燃料ガス用熱交換器Eaの下流側改質処理ガス通流部15、各変成処理部5、選択酸化処理部6の順に流れるガス処理経路を形成するように、それらをガス処理用流路22にて接続してある。
最後段の変成処理部5と選択酸化処理部6とを接続するガス処理用流路22には、原料水供給路25を流れる原料水を変成処理ガスにて予熱する原料水予熱用熱交換器17が設けられ、さらに、変成処理ガスから凝縮水を除去するドレントラップ34が、その原料水予熱用熱交換器17よりも下流側の箇所に設けられ、変成処理ガスと原料水との熱交換により原料水を予熱すると共に、変成処理ガスを冷却するようにしてある。
【0068】
変成処理部5から排出された変成処理ガスの温度は200°C程度であり、選択酸化処理部6における反応温度は100°C程度であるので、原料水予熱用熱交換器17においては、変成処理ガスを選択酸化処理部6における反応温度付近の温度にまで冷却し、その冷却によって回収された熱量を原料水の予熱に用いているのである。
【0069】
そして、原燃料ガス供給路21から供給される原燃料ガスを脱硫処理部1で脱硫処理し、その脱硫原燃料ガスと後述する水蒸気路26からの水蒸気とを混合して、改質処理部3に供給して改質処理し、その改質処理ガスを4段の変成処理部5に順次供給して、一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理し、その変成処理ガスを選択酸化処理部6に供給して一酸化炭素ガスを選択的に酸化処理する。
【0070】
その選択酸化処理部6から排出された選択酸化処理ガスが、燃料ガスとして、燃料ガス路23を通じて燃料電池Gに供給され、燃料電池Gから排出された排燃料ガスが排燃料ガス路24を通じて改質用バーナ4bの一方の第1ノズル管N1に供給される。
尚、選択酸化処理部6から排出された選択酸化処理ガスの温度は110°C程度であり、高分子型の燃料電池Gの動作温度は80°C程度であるので、燃料ガス路23には、選択酸化処理部6から排出された選択酸化処理ガスを、燃料電池Gの動作温度付近にまで冷却する燃料ガス冷却用熱交換器33が設けられている。
【0071】
図1及び図2において、実線矢印にて示すように、水蒸気生成用の原料水を供給する原料水供給路25を水蒸気生成部Sの蒸発処理室2に接続し、蒸発処理室2にて生成された水蒸気を送出する水蒸気路26を、脱硫処理部1と被改質ガス通流部13とを接続するガス処理用流路22に接続して、ガス処理用流路22を通流する脱硫原燃料ガスに改質用の水蒸気を混合させるように構成してある。
【0072】
原料水供給路25の途中には、原料水予熱用熱交換器17が設けられ、更に、原料水供給路25における原料水予熱用熱交換器17よりも下流側の箇所には、原料水を蛇行状に流す蛇行状通流部18が設けられている。その蛇行状通流部18は、水蒸気生成装置Pの外壁部のうちの、改質部Rの燃焼部4を覆う箇所に熱伝導可能に当て付けて設けられ、水素含有ガス生成装置Pの外壁部からの伝導熱及び輻射熱により、蛇行状通流部18を通流する原料水を予熱するように構成されている。
そして、原料水予熱用熱交換器17及び蛇行状通流部18によって、水蒸気生成部Sに供給する原料水を予熱するようにしてある。
【0073】
図1及び図2において、破線矢印にて示すように、改質部Rの燃焼部4から排出された燃焼ガスを、水蒸気生成用加熱通流部11、変成部冷却用通流部8の順に流すように、それら燃焼部4、水蒸気生成用加熱通流部11、変成部冷却用通流部8が燃焼ガス路27により接続されている。そして、水蒸気生成用加熱通流部11においては、燃焼ガスによって蒸発処理室2を加熱し、変成部冷却用通流部8においては、燃焼ガスによって、発熱反応である変成反応が行われる変成処理部5を冷却するように構成してある。
尚、水蒸気生成用加熱通流部11から排出された燃焼ガスの温度は120°C程度であり、その燃焼ガスが変成部冷却用通流部8を通流して変成処理部5を冷却するので、変成部冷却用通流部8から排出された燃焼ガスの温度は150°C程度に上がっているので、図示しない排熱回収用熱交換器を設けて、燃焼ガスから排熱を回収して、水蒸気や温水を生成する。
【0074】
図1及び図2において、一点鎖線矢印にて示すように、燃焼用ブロア28からの空気を燃焼用空気として、変成部冷却用通流部9を通流させてから、改質部Rの改質用バーナ4bの第2ノズル管N2に供給するように、燃焼用ブロア28及び変成部冷却用通流部9が燃焼用空気路29にて接続されている。さらに、燃焼用空気を変成部冷却用通流部9を迂回させて通流させるように、燃焼用空気路29に燃焼用空気バイパス路30が接続され、燃焼用ブロア28からの空気を酸化用空気として選択酸化処理部6に供給するように、燃焼用ブロア28に接続した酸化用空気供給路31が、最後段の変成処理部5と選択酸化処理部6とを接続するガス処理用流路22に接続されている。
【0075】
改質用バーナ4bの第2ノズル管N2に対して、燃焼用空気を、変成部冷却用通流部9を通流させて供給する状態と、変成部冷却用通流部9を迂回させて燃焼用空気バイパス路30を通じて供給する状態とに切り換えるために、開閉弁35,36が設けられている。尚、通常は、開閉弁35,36は、燃焼用空気が燃焼用空気バイパス路30を通流する状態となるように切り換えられるが、変成処理部5の冷却能力が不足したとき、例えば、夏期の高気温時には、開閉弁35,36は、燃焼用空気が変成部冷却用通流部9を通流する状態となるように切り換えられ、燃焼用空気にて変成処理部5が冷却される。
【0076】
次に、水素含有ガス生成装置Pの制御構成について説明する。
図1に示すように、原燃料ガス供給路21には、原燃料ガス供給量を調節する原燃料供給量調節弁37が設けられ、改質部Rには、改質処理部3における改質処理温度を検出する温度センサ38が設けられ、さらに、原燃料供給量調節弁37、反応用ブロア14、燃焼用ブロア28、イグナイタ4i夫々の作動を制御する制御部39が設けられている。
【0077】
以下、制御部39の制御動作を説明する。
制御部39は、操作部(図示せず)から、運転開始指令があると、燃焼用ブロア28を作動させて燃焼用空気を第2ノズル管N2に供給すると共に、起動用ガス燃料供給路50から13A等の起動用ガス燃料(第2燃料ガスの一例)を燃焼部4におけるバーナ4bの第2ノズル管N2に供給し、第2ノズル管N2の第2噴出孔a2から混合ガスを噴出させる。そして、イグナイタ4iを作動させて、バーナ4bを点火して第2噴出孔a2から噴出した混合気を元混合燃焼させ、温度センサ38の検出温度が、改質処理可能な所定の温度に予め設定した目標温度以上になると、原燃料供給量調節弁37を開弁して、改質処理部3での原燃料ガスの改質処理を開始すると共に、反応用ブロア14を作動させて、燃料電池Gの発電を開始する。
【0078】
燃料電池Gから排燃料ガスが排出されて、その排燃料ガスによる燃焼熱により、原燃料ガスの改質処理が可能な状態となると、前記起動用ガス燃料供給路50からの起動用ガス燃料供給を停止して、燃料電池Gから排出された排燃料ガスの全量をバーナ4bの第1ノズル管Nに受け入れて燃焼部4にて燃焼させ、その燃焼熱により改質処理部3にて原燃料ガスを改質処理させる。
【0079】
そして、燃料電池Gに対する電気負荷として、燃料電池Gからの出力電流を検出する電流計測器40の検出値に基づいて、改質処理部3への原燃料ガス供給量が燃料電池Gの電気負荷に応じた量になるように原燃料供給量調節弁37を制御すると共に、燃料電池Gへの反応用空気供給量が燃料電池Gの電気負荷に応じた量になるように反応用ブロア14を制御し、並びに、温度センサ38の検出温度が、前記目標温度になるように、燃焼用ブロア28を制御して、バーナ4bの第2ノズル管N2、即ち燃焼部4への燃焼用空気供給量を調節する。
つまり、温度センサ38の検出温度が前記目標温度よりも高くなると、温度センサ38の検出温度が前記目標温度になるように、燃焼用空気供給量を増加調節し、一方、温度センサ38の検出温度が前記目標温度よりも低くなると、温度センサ38の検出温度が前記目標温度になるように、燃焼用空気供給量を減少調節する。
【0080】
燃焼部4を、上述のように、有炎燃焼部4F及び触媒燃焼部4Cを備えて構成してあることから、電気負荷の減少率が大きいために温度センサ38の検出温度が前記目標温度よりも高くなり、燃焼用空気供給量の増加率が大きくなって、燃焼用空気供給量が排燃料ガス受入量に対して過多となるように増加調節されて、仮に、有炎燃焼部4Fが吹き消えて失火したとしても、排燃料ガスは、反応可能状態に加熱されている燃焼触媒4cによって燃焼するので、受け入れた排燃料ガスの安定燃焼を継続することができる。
以降、燃焼用空気供給量の増加調節により改質処理温度が低下して、燃焼用空気供給量が減少調節されるのに伴って、触媒燃焼部4Cにて排燃料ガスが燃焼する燃焼熱によって、有炎燃焼部4Fが着火して、再び、有炎燃焼部4Fで排燃料ガスが燃焼する。
【0081】
又、電気負荷の増加率が大きいために温度センサ38の検出温度が前記目標温度よりも低くなり、燃焼用空気供給量の減少率が大きくなって、燃焼用空気供給量の減少量が大きくなることにより、有炎燃焼部4Fが不完全燃焼を起こしたとしても、排燃料ガスの未燃分は、反応可能状態に加熱されている燃焼触媒4cによって燃焼するので、受け入れた排燃料ガスの全量を安定燃焼させることができる。
以降、燃焼用空気供給量の減少調節により改質処理温度が上昇して、燃焼用空気供給量が増加調節されるのに伴って、有炎燃焼部4Fは完全燃焼状態に戻る。
但し、温度センサ38の検出温度が前記目標温度になるように、燃焼用空気供給量を減少調節するにしても、受け入れた排燃料ガスの全量を燃焼させるために必要な燃焼用空気量は下回らないように、例えば、電気負荷等に応じて、燃焼用空気供給量の調節範囲を予め設定してある。
【0082】
〔別実施形態〕
上記実施の形態では、バーナとして、改質装置Aのバーナ4bを示したが、バーナとしては、排燃料ガス以外の燃料ガスを第1ノズル管N1に供給し、第2ノズル管Nに燃焼用空気を供給するようにしたものであっても良い。
【0083】
上記実施の形態では、2本のノズル管N1,N2を備えたバーナを示したが、3本以上のノズル管を備えたバーナであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施形態にかかる燃料電池用の改質装置を備えた水素含有ガス生成装置の系統図
【図2】 実施形態にかかる燃料電池用の改質装置を備えた水素含有ガス生成装置の縦断側面図
【図3】 改質部の斜視図
【図4】 改質部の燃焼部の縦断正面図
【図5】 水素含有ガス生成装置を構成する双室具備容器の斜視図
【図6】 水素含有ガス生成装置を構成する単室具備容器の斜視図
【図7】 バーナの斜視図
【図8】 バーナの断面図
【符号の説明】
N1 第1ノズル管
N2 第2ノズル管
a1 第1噴出孔
a2 第2噴出孔
G 燃料電池
3 改質処理部
4b バーナ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is used in various industrial fields such as a burner provided for heating a reforming section for generating a hydrogen-containing gas supplied to a fuel cell by reforming raw fuel gas. The present invention relates to a premixed burner that is combusted by secondary combustion air (an example of combustion oxygen-containing gas).
[0002]
[Prior art]
This type of conventional burner injects combustion air or fuel gas from a central injection hole, and injects fuel gas or combustion air as a swirling flow from surrounding injection holes, so that both are premixed and burned. It was something like that.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the conventional technology is used, the mixing of the combustion air and the fuel gas can be slightly improved by ejecting the combustion air or the fuel gas as a swirling flow as compared with the case where the swirling flow is not used. However, since combustion air and fuel gas are essentially in contact, it is difficult to obtain high mixing properties, and there is room for improvement in terms of combustion, such as unburned components remaining in the exhaust gas. It was. Further, when the combustion space is flat, it is difficult to make the combustion air or the fuel gas into a swirl flow.
[0004]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a burner excellent in combustibility.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
[Configuration 1]
As described in
A second nozzle pipe having a second ejection hole for ejecting a combustion oxygen-containing gas to the fuel gas, arranged in parallel with each other,
Along the tube axis direction of the second nozzle tube with respect to the single first ejection holeSandwiching the position of the single first orificeAdjacent to each otherTwoIs associated with the second ejection hole,
The gas ejection direction of the second ejection hole isIn contact with the outer diameter of the first nozzle tube, andIt is set in a direction toward the region immediately after gas ejection of the associated first ejection hole.
[0006]
[Function and effect]
According to the burner of this configuration, the fuel gas ejected from the single first ejection hole is arranged in parallel in a state where the position of the single first ejection hole is sandwiched in the tube axis direction of the second nozzle tube. Since the combustion air can be ejected from the two second ejection holes toward the gas ejection region where the fuel gas is ejected, the fuel gas ejected from the
Further, in order to realize excellent combustibility, the second ejection hole of the second nozzle pipe is set in order to set the ejection direction of the combustion air by the second ejection hole to the direction toward the gas ejection region of the first ejection hole. Is set to a direction in contact with the outer diameter of the first nozzle tube arranged in parallel with the second nozzle tube, so that the combustion air ejected from the second ejection hole becomes the first nozzle tube. Along the outer diameter of the gas, it reaches a place relatively close to the first injection hole in the region immediately after the gas injection, and can reliably supply the combustion air to the fuel gas whose dispersion is well suppressed, Unburned components and the like can be further suppressed.
[0007]
Therefore, the burner of this configuration can be made excellent in combustibility by a simple configuration such as devising the gas ejection direction of the ejection hole, and further, by being composed of a pair of tubes arranged in parallel to each other A flat combustion space can be realized.
[0008]
〔Constitution2]
The burner according to the present invention claims2As described above, the above configuration1In addition to the configuration of the burner, in the associated first and second ejection holes,
The gas ejection direction of the first ejection hole and the gas ejection direction of the second ejection hole are set to intersect at an acute angle.
[0009]
[Function and effect]
According to the burner of this configuration, the fuel gas ejection direction from the first ejection hole and the combustion air ejection direction from the second ejection hole are set to intersect at an acute angle.TheTherefore, since the direction components on the jet direction of the fuel gas and the jet direction of the combustion air are not opposite to each other and are in the same direction, the fuel gas collides against the combustion air. It is possible to suppress the combustion gas from being dispersed before combustion and generating a large amount of unburned components.
[0010]
Further, the direction in which the combustion air is ejected by the second ejection holes is the direction toward the region immediately after the gas ejection of the first ejection holes in which the dispersion of the fuel gas is suppressed, in other words, the region immediately above the first ejection holes. Therefore, most of the fuel gas can be reliably mixed with the combustion air, and unburned components can be further suppressed.
[0011]
Therefore, the burner of this configuration can be made excellent in combustibility by a simple configuration such as devising the gas ejection direction of the ejection hole, and further, by being composed of a pair of tubes arranged in parallel to each other A flat combustion space can be realized.
[0012]
〔Constitution3]
The burner according to the present invention claims3As described above, the above configuration1Or2In addition to the configuration of the burner, the first nozzle tube and the second nozzle tube are composed of a tube material having the same diameter,
The gas ejection direction of the second ejection hole is set to a direction that forms an angle of 30 ° with respect to a plane including the tube axis of the first nozzle tube and the tube axis of the second nozzle tube. And
[0013]
[Function and effect]
According to the burner of this configuration,When the first nozzle tube and the second nozzle tube are made of the same diameter tube material, the gas ejection direction of the second ejection hole is at an angle of 30 ° with respect to the plane. The gas ejection direction of the second ejection hole is in contact with the outer diameter of the first nozzle tube.
[0014]
〔Constitution4]
The burner according to the present invention claims4As described above, the above configuration1From3In addition to the configuration of any of the burners, the gas ejection direction of the first ejection hole is an angle of 90 ° with respect to a plane including the tube axis of the first nozzle tube and the tube axis of the second nozzle tube It is set to the direction which makes | forms.
[0015]
[Function and effect]
According to the burner of this configuration, in order to achieve excellent combustibility, the direction of fuel gas ejection from the first ejection hole is set to a direction away from the second ejection hole for ejecting combustion air for the fuel gas. Moreover, the gas ejection direction of the first ejection holes can be set to a direction that forms an angle of 90 ° C. with respect to the plane, and excellent combustibility can be realized with a simple configuration.
[0016]
〔Constitution5]
The burner according to the present invention claims5As described in 1.4In addition to any one of the burner configurations described above, the fuel gas is a hydrogen-containing gas.
[0017]
〔Constitution6]
The burner according to the present invention claims6As described above, the above configuration5In addition to the configuration of the burner, provided for heating the reforming processing unit for generating a hydrogen-containing gas supplied to the fuel cell by reforming the raw fuel gas,
The hydrogen-containing gas discharged from the fuel cell is configured to be supplied to the first nozzle tube.
[0018]
[Function and effect]
According to the burner of this configuration, the fuel gas ejected from the first ejection holes can be premixed with the combustion air ejected from the other second ejection holes and burned well, so that the fuel gas is combusted. Even when the hydrogen-containing gas contains hydrogen at a high speed, the occurrence of flashback can be prevented. The burner that can burn the hydrogen-containing gas with good combustibility in this way can burn the hydrogen-containing gas as the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell in a good and safe manner. It can be effectively used for heating the reforming treatment unit for supplying the hydrogen-containing gas to the gas.
[0019]
〔Constitution7]
The burner according to the present invention claims7As described in 1.6In addition to the configuration of any one of the above, the second nozzle pipe is configured to be able to freely supply a mixed gas containing a second fuel gas having a combustion speed lower than that of the fuel gas and oxygen as the oxygen-containing gas. It is characterized by.
[0020]
[Function and effect]
According to the burner of this structure, since the mixed gas of the combustion air and the second fuel gas can be supplied as the combustion air supplied to the first nozzle pipe, the hydrogen-containing gas burned by the premixed type In addition to the fuel gas such as the second gas, the second fuel gas such as hydrocarbon having a combustion speed smaller than that of the fuel gas can be burned by the original mixing method.
In particular, when a burner of this configuration is provided for heating the reforming section that supplies a hydrogen-containing gas to the fuel cell, the amount of the hydrogen-containing gas discharged from the fuel cell is reduced during start-up operation or other times However, in such a case, hydrocarbons or the like as raw fuel supplied to the reforming unit can be burned by the burner as the second fuel, and the temperature of the reforming unit can be maintained at a predetermined temperature. .
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a burner according to the present invention will be described based on the drawings.
In the following embodiments, the
[0022]
The hydrogen-containing gas generator P is provided with a reformer A, and the reformer A includes a reformer R that reforms raw fuel and a steam generator S that generates steam for reforming. The hydrogen-containing gas generation device P is configured to perform a modification process for reducing the carbon monoxide gas contained in the reformed gas that has been reformed in the reforming unit R in addition to the reformer A. The
[0023]
As shown in FIG. 1, the hydrogen-containing gas generation device P includes a
The
[0024]
Further, the reforming unit R uses the combustion heat of the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell G to convert the raw fuel gas desulfurized by the
Further, the reforming section R is filled with the reforming catalyst so as to be freely ventilated and allows the reformed gas (mixed gas of desulfurized raw fuel gas and water vapor) to flow to reform the raw fuel gas. The reforming
[0025]
The steam generation unit S includes a steam generation heating flow-through
[0026]
The
[0027]
As shown in FIGS. 2 to 4, the
[0028]
A flat chamber having a large depth on the lower side formed by the right dish-shaped
4i in the figure is an igniter for igniting the
[0029]
That is, in the
The
[0030]
As shown in FIGS. 7 and 8, the
[0031]
Exhaust fuel gas is supplied to one first nozzle pipe N1 through an exhaust
[0032]
In the
That is, the position of the first ejection hole a1 exists between the positions of two adjacent second ejection holes a2 along the tube axis direction.
The exhaust fuel gas ejected from the first ejection hole a1 is well mixed with the combustion air ejected from the two second ejection holes a2 over a wide range along the tube axis direction and burns. It will be.
[0033]
Further, in the
Specifically, the gas ejection direction D2 of the second ejection hole a2 is set in a direction toward the gas ejection area (that is, the area where the exhaust fuel gas is ejected) of the associated first ejection hole a1, Mixing of exhaust fuel gas and combustion oxygen-containing gas is promoted.
[0034]
Further, the gas ejection direction D1 of the first ejection hole a1 is set in a direction away from the second ejection hole a2, specifically, the tube axis of the first nozzle tube N1 and the tube axis of the second nozzle tube N2. Is set in a direction that forms an angle θ1 of 90 ° with respect to a plane including the so-called horizontal plane.
By setting the gas ejection direction D1 of the first ejection hole a1 in this way, the ejected exhaust fuel gas and the combustion air collide without facing each other, so the exhaust fuel gas is dispersed without burning. It is possible to suppress the generation of unburned components.
[0035]
Further, the gas ejection direction D2 of the second ejection hole a2 is set in a direction toward the region immediately after the gas ejection of the first ejection hole a1 (that is, directly above the first ejection hole a1), specifically, the first nozzle The direction is in contact with the outer diameter of the tube N1, and is set in a direction that forms an angle θ2 of 30 ° with respect to the horizontal plane.
By setting the gas ejection direction D2 of the second ejection hole a2 in this way, the combustion air ejected from the second ejection hole a2 is ejected from the first ejection hole a1 in which the dispersion of the exhaust fuel gas is suppressed. Immediately after that, it is supplied to the region, so that much of the exhaust fuel gas can be mixed with the combustion air, and unburned components can be further suppressed.
[0036]
Further, since a side wall portion of a
[0037]
In particular, it was confirmed by experiments that the
[0038]
Although detailed description is omitted, the fuel cell G is a solid polymer type having a polymer membrane as an electrolyte, and reacts with hydrogen in the fuel gas supplied from the hydrogen-containing gas generation device P through the
[0039]
Further, the hydrogen-containing gas generator P is passed through a high-temperature reforming process gas discharged from the reforming
In addition, a raw material water preheating
[0040]
The to-be-reformed gas heat exchanger Ep includes an upstream side reforming process
[0041]
As shown in FIG. 2, in the hydrogen-containing gas generation device P, a plurality of rectangular plate-like flat containers B are provided side by side in the thickness direction of the plate-like shape. A flow passage portion, a
[0042]
A part of the plurality of containers B is composed of a single-chamber container Bm formed so as to have one chamber, and the rest is a twin-chamber container Bd formed so as to have two compartments. It is composed of.
[0043]
As shown in FIG. 2 to FIG. 5, the twin-chamber container Bd is basically welded at its periphery with a
[0044]
The reforming unit R is configured using one twin-chamber equipped container Bd, and the steam generation unit S is also configured using one twin-chamber equipped container Bd.
[0045]
Among the twin chamber equipped containers Bd, the twin chamber equipped containers Bd constituting the reforming section R are, as shown in FIGS. 2 to 4, flat-bottomed dish-shaped
[0046]
In addition, among the double chamber-equipped containers Bd, the double chamber-equipped container Bd constituting the water vapor generating unit S has a flat-bottomed dish-shaped
[0047]
Among the twin chamber equipped containers Bd, those other than those constituting the reforming section R and the steam generating section S are formed between the pair of flat bottom dish-shaped
[0048]
As shown in FIG. 6, the single-chamber container Bm is formed by partitioning a flat chamber by connecting the dish-shaped
[0049]
A
Although not shown, the interior of the container B is configured to be a meandering flow path as necessary, and the fluid flow path is lengthened.
[0050]
A flat chamber constituting the reforming
[0051]
As shown in FIG. 2, the
[0052]
As shown in FIG. 2, in this embodiment, eight twin-chamber equipped containers Bd and one single-chamber equipped container Bm are located at the third single-chamber equipped container Bm from the left end in a side view. In such a state, they are provided side by side in the thickness direction in the lateral direction, and are compact.
In order to clarify the distinction between the eight double-chamber containers Bd, for convenience, the
[0053]
The steam generating section S is configured by the leftmost twin chamber equipped container Bd1, and the reforming section R is configured by the second twin chamber equipped container Bd2 from the left.
A heat retaining flow-through portion 7 is configured using the single chamber container Bm.
[0054]
The upstream side reforming
[0055]
The
[0056]
The downstream side reforming
The
The
[0057]
The portion provided with the left chamber of the eighth (right end) double chamber container Bd8 from the left is used to form the metamorphic portion
[0058]
When arranging a plurality of containers B including eight twin-chamber equipped containers Bd and one single-chamber equipped container Bm, those that need to be heat-transferred are in close contact with each other and the amount of heat transfer is adjusted. These are arranged in a state in which a
That is, the
[0059]
That is, in the state where a plurality of containers B are arranged side by side, the twin-chamber equipped container Bd2 that constitutes the reforming part R that is required to maintain the highest temperature is disposed at a substantially intermediate part in the juxtaposition direction, and the reforming part R The single-chamber equipped container Bm and the
[0060]
The reforming apparatus A including the reforming unit R and the steam generation unit S will be described. On the one side of the flat-shaped
In addition, by arranging and configuring in this way, a
[0061]
Further, the heat transfer area is obtained by closely arranging the flat steam-generating heating flow-through
[0062]
In the reforming
[0063]
[Chemical 1]
CHFour+ H2O → CO + 3H2
[0064]
In the
[0065]
[Chemical formula 2]
CO + H2O → CO2+ H2
[0066]
In the selective oxidation treatment unit 6, the carbon monoxide gas remaining in the shift treatment gas is selectively oxidized at a reaction temperature of about 100 ° C. by the catalytic action of ruthenium.
[0067]
1 and 2, the raw fuel
A raw water preheating heat exchanger that preheats raw water flowing through the raw
[0068]
Since the temperature of the shift gas discharged from the
[0069]
Then, the raw fuel gas supplied from the raw fuel
[0070]
The selective oxidation treatment gas discharged from the selective oxidation treatment unit 6 is supplied as fuel gas to the fuel cell G through the
Note that the temperature of the selective oxidation treatment gas discharged from the selective oxidation treatment unit 6 is about 110 ° C., and the operating temperature of the polymer fuel cell G is about 80 ° C. A fuel gas
[0071]
In FIG. 1 and FIG. 2, a raw
[0072]
A raw material water preheating
And the raw material water supplied to the water vapor | steam production | generation part S is preheated by the
[0073]
1 and 2, the combustion gas exhausted from the
The temperature of the combustion gas discharged from the steam generating
[0074]
In FIG. 1 and FIG. 2, as indicated by the one-dot chain line arrow, the air from the
[0075]
A state in which combustion air is supplied to the second nozzle pipe N2 of the reforming
[0076]
Next, the control configuration of the hydrogen-containing gas generator P will be described.
As shown in FIG. 1, the raw fuel
[0077]
Hereinafter, the control operation of the
When there is an operation start command from the operation unit (not shown), the
[0078]
When exhaust fuel gas is discharged from the fuel cell G and the raw fuel gas can be reformed by the combustion heat of the exhaust fuel gas, the startup gas fuel supply from the startup gas
[0079]
Then, based on the detected value of the
That is, when the temperature detected by the
[0080]
Since the
Thereafter, as the reforming process temperature decreases due to the increase adjustment of the combustion air supply amount, and the combustion air supply amount is adjusted to decrease, the combustion heat generated by the exhaust fuel gas burns in the
[0081]
Further, since the increase rate of the electric load is large, the temperature detected by the
Thereafter, as the reforming temperature rises due to the decrease adjustment of the combustion air supply amount and the combustion air supply amount is increased and adjusted, the
However, even if the supply amount of combustion air is decreased and adjusted so that the temperature detected by the
[0082]
[Another embodiment]
In the above embodiment, the
[0083]
In the above embodiment, the burner including two nozzle tubes N1 and N2 is shown, but a burner including three or more nozzle tubes may be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram of a hydrogen-containing gas generation apparatus provided with a reformer for a fuel cell according to an embodiment.
FIG. 2 is a longitudinal side view of a hydrogen-containing gas generation device equipped with a fuel cell reformer according to an embodiment.
FIG. 3 is a perspective view of the reforming section.
[Fig. 4] A longitudinal front view of the combustion section of the reforming section
FIG. 5 is a perspective view of a twin-chamber container that constitutes a hydrogen-containing gas generator
FIG. 6 is a perspective view of a single-chamber container that constitutes the hydrogen-containing gas generator.
FIG. 7 is a perspective view of the burner.
Fig. 8 Cross section of burner
[Explanation of symbols]
N1 first nozzle tube
N2 second nozzle tube
a1 First ejection hole
a2 Second ejection hole
G Fuel cell
3 Modification processing section
4b burner
Claims (7)
前記燃料ガスに対する燃焼用酸素含有ガスを噴出させる第2噴出孔を有する第2ノズル管とを、互いに並設して備え、
単数の前記第1噴出孔に対して、前記第2ノズル管の管軸方向に沿って単数の前記第1噴出孔の位置を挟んで並設された2つの前記第2噴出孔が対応付けられ、
前記第2噴出孔のガス噴出方向が、前記第1ノズル管の外径に対して接し、且つ前記対応付けられた前記第1噴出孔のガス噴出直後領域に向う方向に設定されているバーナ。A first nozzle pipe having a first ejection hole for ejecting fuel gas;
A second nozzle pipe having a second ejection hole for ejecting the combustion-containing oxygen-containing gas to the fuel gas;
The two second ejection holes arranged in parallel with the position of the single first ejection hole along the tube axis direction of the second nozzle pipe are associated with the single first ejection hole. And
A burner in which a gas ejection direction of the second ejection hole is set in a direction in contact with an outer diameter of the first nozzle tube and toward a region immediately after the gas ejection of the associated first ejection hole.
前記第1噴出孔のガス噴出方向と、前記第2噴出孔のガス噴出方向とが、鋭角に交差するように設定されている請求項1に記載のバーナ。In the associated first ejection hole and second ejection hole,
The burner according to claim 1, wherein the gas ejection direction of the first ejection hole and the gas ejection direction of the second ejection hole are set so as to intersect at an acute angle.
前記第2噴出孔のガス噴出方向が、前記第1ノズル管の管軸と前記第2ノズル管の管軸とを含む平面に対して30°の角度をなす方向に設定されている請求項1又は2に記載のバーナ。The first nozzle tube and the second nozzle tube are made of a tube material having the same diameter,
Gas injection direction of the second ejection hole, claim are set in a direction at an angle of 30 ° to the plane 1 including the tube axis of the second nozzle tube and the tube axis of the first nozzle tube Or the burner of 2 .
前記燃料電池から排出される水素含有ガスが前記第1ノズル管に供給されるように構成されている請求項5に記載のバーナ。Provided for heating of the reforming unit for generating hydrogen-containing gas supplied to the fuel cell by reforming of the raw fuel gas,
The burner according to claim 5 , wherein the hydrogen-containing gas discharged from the fuel cell is supplied to the first nozzle pipe.
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