JP5155076B2

JP5155076B2 - 燃料改質用バーナ

Info

Publication number: JP5155076B2
Application number: JP2008238057A
Authority: JP
Inventors: 義司時田
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2028-09-17
Also published as: JP2010071522A

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。

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。）
特開２００５−１８０８１２号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

従来の燃料改質用バーナの要部断面図。同従来例の製造方法の説明図。本発明の燃料改質用バ−ナの断面図。同要部断面図同二次空気供給路側の断面図。同平面図。同底面図同ノズルの正面及び側面図。

符号の説明

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

Claims

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事を特徴とする燃料改質用バーナ。