JP5155076B2 - Fuel reformer burner - Google Patents
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Description
この発明は燃料電池システム等に使用される燃料改質用バ−ナに関するものである。 The present invention relates to a fuel reforming burner used in a fuel cell system or the like.
従来よりこの種の燃料改質用バーナでは、液体燃料と燃焼用空気とを気化室内の気化壁に衝突させて気化した後、混合気通路を通り混合しながらバーナ部分へ供給されて、ここで完全燃焼させるものであった。(例えば、特許文献1参照。)
ところでこの従来のものでは、液体燃料を噴霧するノズルの内径が小さいと液体燃料の微細化は良好に行えるが、液体燃料の流路の圧力損失が大きくなってしまい、液体燃料を供給する装置側は能力の大きいものを選択しなければならず、コスト高を招いてしまうという問題点を有する。逆に、前記ノズルの内径が大きいと、今度はノズルから噴霧される液体燃料の微細化がうまく行われず、安定した燃焼を得られないという問題点を有するものであった。 By the way, in this conventional apparatus, if the inner diameter of the nozzle for spraying the liquid fuel is small, the liquid fuel can be finely miniaturized, but the pressure loss in the flow path of the liquid fuel becomes large, and the apparatus side for supplying the liquid fuel Has a problem that it is necessary to select one having a large capacity, resulting in high costs. On the contrary, if the inner diameter of the nozzle is large, the liquid fuel sprayed from the nozzle is not finely refined, and stable combustion cannot be obtained.
又この問題点を解決する為に、図1に示すように、アルミダイキャストで成形された気化室101の流入口には、燃料噴霧用のノズル102と一次空気供給路103とを有した鋳物から成る一次空気供給部材104が接続継ぎ手105を介して接続し、ノズル102の前方の一次空気供給路103には、流通路を絞るオリフィス部106を形成したことにより、一次空気が流れる経路の圧力損失を大きくすることなくスムーズに気化室101側に送られると共に、ノズル102の内径が大きい場合でも、ノズル102から噴霧される液体燃料の微細化が良好に行われるものであった。
In order to solve this problem, as shown in FIG. 1, a casting having a
しかしこの燃料改質用バーナの製作では、図2に示すように、アルミダイキャストで気化室101を成形後に、この気化室101の外側壁面の一部を切り取り切削工具が入り込む隙間107を形成し、ここから切削工具を入れて気化室101の噴出部108を形成した後、隙間107をシールして塞ぐと言う後加工が必要であり、工数も多く極めて高価なものになるものであった。
However, in the production of this fuel reforming burner, as shown in FIG. 2, after forming the vaporizing
この発明は上記課題を解決する為、特にその構成を、改質器に改質反応用の熱を供給する燃料改質用バーナにおいて、前記バーナは加熱ヒータを備え液体燃料を気化し一次空気と予混合する予混合方式で、前記一次空気と燃料噴霧用のノズルからの液体燃料の噴霧とを受けて気化ガスを含む予混合気を生成する気化室と、前記気化室からの予混合気の気化及び混合を促進する気化混合室と、前記気化室と前記気化混合室とを連通し前記気化室で生成された予混合気を前記気化混合室の内側壁に向けて噴出させる噴出部を設け、前記噴出部は気化室底部をV字状として内方側に気化室側壁を形成し、この気化室側壁と一次空気及びノズルを備えた接続継ぎ手の先端部とで形成したものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention is particularly configured in a fuel reforming burner for supplying heat for reforming reaction to a reformer. The burner includes a heater and vaporizes liquid fuel to generate primary air. A premixing method for premixing, wherein a vaporization chamber that generates a premixed gas containing vaporized gas upon receiving the primary air and the spray of liquid fuel from a nozzle for fuel spraying, and a premixed gas from the vaporized chamber A vaporization and mixing chamber that promotes vaporization and mixing; and a jetting portion that communicates the vaporization chamber and the vaporization and mixing chamber to eject the premixed gas generated in the vaporizing chamber toward the inner wall of the vaporizing and mixing chamber the ejection part is the vaporizer side walls formed on the inner side of the vaporizing chamber bottom as V-shaped, and is formed in the distal end portion of the connection joint with the vaporizing chamber sidewall and the primary air and the nozzle.
以上のようにこの発明によれば、ノズルの内径に関係なく良好な燃焼が得られることは勿論であり、特に気化室の噴出部を該気化室側壁と接続継ぎ手の先端部で形成したことにより、切削加工などの後加工が必要なくなり、極めて簡単で安価に燃料改質用バーナの製作出来るものである。 As described above, according to the present invention, it is a matter of course that good combustion can be obtained regardless of the inner diameter of the nozzle, and in particular, by forming the ejection portion of the vaporization chamber at the side wall of the vaporization chamber and the tip of the connection joint. This eliminates the need for post-processing such as cutting, and makes it possible to manufacture a fuel reforming burner extremely easily and inexpensively.
次にこの発明の燃料改質用バーナの一実施形態を図面に基づき説明する。
1はU字状の加熱ヒータ2を埋設した有底筒状のアルミダイキャスト製の気化器で、改質器(図示せず)が内蔵された筒体3の上部に下向きに取り付けられているものであり、この気化器1の側壁内で、加熱ヒータ2近傍の上部一側内には燃料噴霧用のノズル4と、燃焼用の一次空気供給路5とが上部に連通した小容積の気化室6を有し、この気化室6で前記一次空気と燃料噴霧用のノズル4からの液体燃料の噴霧とを受けて気化ガスを含む予混合気を生成し、気化室6からの予混合気の気化及び混合を促進する大容積の気化混合室7を気化室6の横に備え、この気化室6と気化混合室7を噴出部8で連通している。
Next, an embodiment of a fuel reforming burner according to the present invention will be described with reference to the drawings.
Reference numeral 1 denotes a bottomed cylindrical aluminum die-cast vaporizer with a
そして、前記気化器1は前述したようにアルミダイキャストで成形されるのであるが、気化室6と気化混合室7とを連通する噴出部8は、気化室6の底部をV字状として燃油の噴出を防止しながら内方側の気化室側壁9を形成しており、更に燃料噴霧用のノズル4と一次空気供給路5とを有した鋳物から成る一次空気供給部材10の接続継ぎ手11を気化室6内に突出させて接続することで、この接続継ぎ手11の突出した先端部と気化室側壁9との隙間を噴出部8として形成するものであるから、従来のように気化器1の成形後に、側壁の一部を切り取ったり、切削加工やシール作業等の後加工をする必要がなく、アルミダイキャスト成形のみで構成出来、極めて容易に形成出来、安価に提供出来ると言う大きな効果が得られるものである。
The vaporizer 1 is formed by aluminum die-casting as described above, but the
更にこの噴出部8は気化混合室7の内側壁に向かって略直角方向に形成され、気化室6で気化された気化ガス及び気化されなかった液体燃料を一次空気と共に気化混合室7内の内側壁に向けて噴出し、ここでもう一度気化促進を図り、完全に気化した気化ガスと一次空気とをこの気化混合室7で混合し、この混合気を気化混合室7下端で2段の炎孔12を形成した第1炎孔部13で燃焼させるもので、この気化器1と第1炎孔部13等で起動時や熱量の不足時に燃焼する補助燃焼部14を構成するものである。
Further, the
前記燃料噴霧用のノズル4は、外径3.2mmのステンレス管からなる送油管15の先端側を内径が0.7mmになるように絞り加工で細くして形成したもので、しかもその先端部16は正面及び背面から先端に向かって30度の鋭角にカットされ、両側面に三角形の防風壁17を形成すると共に、更にこの防風壁17の先端をノズル4の先端に向かって30度の鋭角にカットされた形状としたことで、小火力燃焼時の燃焼空気のノズル4の先端部16への回り込みを防止して、油滴の発生をなくし脈動燃焼を阻止して燃焼幅を広げるようにできるものである。
The
前記気化室6の流入口には、一次空気供給路5からの一次空気とノズル4から噴霧される液体燃料とが通過する流路を狭めるオリフィス部18が設けられ、このオリフィス部18は、気化室6側に向かって先細り形状となる絞り部19と、絞り部19と気化室6とを連通する連通部20とから成り、ノズル4の先端部16をオリフィス部18の近傍に配置するようにしている。ここでは、ノズル4の先端部16をオリフィス部18を成す絞り部19に配置するようにしたことで、一次空気供給路5からの燃焼用の一次空気はノズル4の先端部16に邪魔されることなく、且つ一次空気が流れる経路の圧力損失を大きくすることなくスムーズに気化室6側に送られると共に、ノズル4の内径が大きい場合でも、ノズル4から噴霧される液体燃料の微細化を良好に行うことができ、安定した燃焼を得ることができるものである。
The inlet of the vaporizing
21は起動時に改質器からの改質ガス、又発電時に燃料電池スタック(図示せず)から排出される水素を含む可燃性のオフガスを燃焼させるオフガス燃焼部で、気化器1の気化室6と対向する側壁を貫通したオフガス供給管22と、該オフガス供給管22と連通し、前記第1炎孔部13の傾斜面のほぼ延長線上の傾斜面にオフガス用の炎孔23を形成した第2炎孔部24とで構成されたものである。
25は気化器1の他壁を貫通して形成された二次空気供給路で、気化器1の外周から流入してきた二次空気を、案内板26の案内によって第1炎孔部13及び第2炎孔部24に案内して二次燃焼させるものである。
27は気化器1底部に取り付けられ該気化器1の温度を検知する温度センサ、28は二次空気供給路25と対向する位置に取り付けられた点火電極である。
A
次にこの一実施形態の作動について説明する。
本燃料電池システムの起動時では、加熱ヒータ2に通電し、気化器1が加熱されて液体燃料の気化に適する所定の温度に達したことを温度センサ27が検知すると、ノズル4からの液体燃料及び一次空気供給路5から供給される一次空気が共に気化室6内に噴霧される。
Next, the operation of this embodiment will be described.
When the fuel cell system is started, when the
この時、正面及び背面から先端に向かって30度の鋭角にカットされ、両側面に三角形の防風壁17を形成すると共に、更にこの防風壁17の先端をノズル4の先端に向かって30度の鋭角にカットされた形状のノズル4の先端部16を、オリフィス部18を成す絞り部19に配置するようにしたことで、ノズル4の先端部16のカット面の角度と絞り部19の傾斜面の角度とが同じような角度となり、一次空気供給路5からの燃焼用の一次空気はノズル4の先端部16に邪魔されることなく、且つ一次空気が流れる経路の圧力損失を大きくすることなくスムーズに気化室6側に送られると共に、ノズル4から噴霧される液体燃料の微細化を良好に行うことができるものである。
At this time, it is cut at an acute angle of 30 degrees from the front and back to the tip, and a
更に噴出部8の軸線方向と防風壁17の先端同士を結んでできる線方向とが略一致するようにノズル4を配置するようにしたことにより、噴出部8に向かう一次空気の送風力が、図8の正面図に示すようなノズル4の先端部16の大きく開口したカット面から直接液体燃料に作用して液体燃料が粒径の大きい油滴のまま気化室6に送られることなく、微細化した液体燃料が気化室6に送られ、気化が促進されるものである。
Furthermore, by arranging the
ここで、気化室6内に達した一次空気及び液体燃料は、一部は気化ガスとなるが、気化せず液体燃料のままのものも存在し、そして一次空気と一部気化した気化ガスは混合した状態で、噴出部8から気化混合室7の内側壁に向かって噴出される。
Here, the primary air and the liquid fuel that have reached the
又気化室6内で十分に気化されない液体燃料も一次空気供給路5からの一次空気と一部気化して体積の増大したガスが噴出力で、噴出部8から気化混合室7の内側壁に向かって噴出され、内側壁に衝突して拡散しながら気化し、最終的には供給された液体燃料は全て気化ガスとなり、気化混合室7内を一次空気と良好に混合しながら第1炎孔部13まで流通し、炎孔12から噴出して点火電極28で点火された後、二次空気供給路25からの二次空気の供給も受けて、先ず補助燃焼部14が燃焼を開始し、この補助燃焼部14の燃焼熱は改質用の熱として改質器に全て供給される。
Further, the liquid fuel that is not sufficiently vaporized in the vaporizing
従って、液体燃料を気化する部分を2箇所とし、しかも連続させることにより、液体燃料を確実に気化させることができ、バーナとしての寸法的や形状的な制約をクリアーすると共に、気化不良を防止して常に安定した燃焼を得ることができるものである。 Therefore, the liquid fuel can be vaporized surely by making the liquid fuel vaporized in two places, and the liquid fuel can be surely vaporized, clearing the dimensional and shape restrictions as a burner, and preventing vaporization defects. Therefore, stable combustion can be always obtained.
又噴出部8は気化混合室7の内側壁に向かって略直角方向に形成されているので、抵抗となることがなく、噴出がスムーズで噴出力が低下することもなく、さらに良好な液体燃料の気化を得ることができるものである。
Further, since the
次に、燃料電池システムの起動時に改質器からの改質ガス、または発電時に燃料電池スタックから排出される水素を含む可燃性のオフガスが、オフガス供給管22から第2炎孔部24に供給され、オフガス用の炎孔23から噴出することにより、補助燃焼部14の火炎で着火し供給されている二次空気を燃焼空気として、オフガス燃焼部21が拡散燃焼を開始するものであり、第2炎孔部24の炎孔23も第1炎孔部13の延長線上の傾斜面に形成されているので、リフト燃焼の防止は勿論、オフガスの噴出が中央に集中して、補助燃焼部14の燃焼時には点火電極28を使用することなく、確実な着火ができるものである。
Next, the reformed gas from the reformer at the start of the fuel cell system or the combustible off gas containing hydrogen discharged from the fuel cell stack at the time of power generation is supplied from the off
このオフガス燃焼部21の燃焼開始により、改質器への供給熱量が多くなり、改質用触媒(図示せず)が所定温度に達することで、補助燃焼部14の燃焼を一旦停止するものであり、又電力の使用量が増えてオフガス量が減少し、改質用触媒の温度が低下してきた場合には、再び補助燃焼部14を燃焼させるもので、改質触媒の温度に応じて補助燃焼部14の燃焼が制御されるものである。
When the off-
尚、起動時は加熱ヒータ2に通電して気化器1を加熱しているが、燃焼が開始されれば、この燃焼熱の一部をヒートバックして気化器1を加熱するので、加熱ヒータ2への通電は停止されるものである。
At the time of start-up, the
1 気化器
2 加熱ヒータ
4 ノズル
6 気化室
7 気化混合室
8 噴出部
9 気化室側壁
10 一次空気供給部材
11 接続継ぎ手
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