JP3975191B2 - Combustion device for fuel reformer - Google Patents
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Description
本発明は燃料改質装置の燃焼装置に関するものである。 The present invention relates to a combustion apparatus for a fuel reformer.
一般に、燃料電池は、水の電気分解とは逆に水素と酸素を結合させて、その時に発生する電気と熱を取り出すものであり、その発電効率の高さや環境への適合性から、家庭用燃料電池コージェネレーションシステムや燃料電池自動車としての開発が盛んに行われているが、そうした燃料電池の燃料となる水素は、ナフサ、灯油等の石油系燃料や都市ガス等を改質器で改質して製造される。 In general, a fuel cell is one that combines hydrogen and oxygen in reverse to the electrolysis of water to extract the electricity and heat generated at that time. Because of its high power generation efficiency and environmental compatibility, Although fuel cell cogeneration systems and fuel cell vehicles are being actively developed, the hydrogen used as fuel for such fuel cells is reformed from petroleum-based fuels such as naphtha and kerosene, city gas, etc., with a reformer. Manufactured.
図6は改質器が設けられる設備の一例として、定置式の固体高分子型燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)の全体系統を表わすものであって、1は改質器、2は改質器1から排出される排ガスの熱により水を蒸発させて水蒸気を発生させる水蒸発器、3は前記排ガスの熱によりナフサ等の原燃料を気化させる原燃料気化器、4は改質器1へ供給する原料ガスの脱硫を行う脱硫器、5は改質器1で改質した改質ガスを冷却水で所要温度(およそ200〜250℃前後)に温度降下させCOとH2OをCO2とH2に変換する低温シフトコンバータ、6は低温シフトコンバータ5を通過した改質ガスを冷却水で冷却し酸化反応によってCOを除去する選択酸化CO除去器、7は選択酸化CO除去器6を通過した改質ガスを加湿する加湿器、8はカソード8aとアノード8bを有する固体高分子型燃料電池である。
FIG. 6 shows an entire system of a stationary polymer electrolyte fuel cell (PEFC) as an example of equipment provided with a reformer. 1 is a reformer, 2 is a modified A water evaporator that evaporates water by the heat of exhaust gas discharged from the gasifier 1 and generates water vapor, 3 is a raw fuel vaporizer that vaporizes raw fuel such as naphtha by the heat of the exhaust gas, and 4 is a reformer 1 The
図6に示される設備においては、水が水蒸発器2で水蒸気とされ、且つナフサ等の原燃料が原燃料気化器3で気化されて原料ガスとされ、前記水蒸気を混合した原料ガスが脱硫器4へ導かれ、該脱硫器4で脱硫された原料ガスが改質器1へ導かれ、該改質器1で改質された改質ガスが低温シフトコンバータ5と選択酸化CO除去器6と加湿器7とを介して固体高分子型燃料電池8のアノード8bへ導かれると共に、空気が加湿器7を介して固体高分子型燃料電池8のカソード8aへ導かれ、発電が行われるようになっており、又、前記アノード8bから排出されるアノードオフガスは、改質器1における燃料ガスとして再利用される一方、前記カソード8aから排出される水は、固体高分子型燃料電池8と選択酸化CO除去器6と低温シフトコンバータ5それぞれの冷却水、並びに原料ガスに混合される水蒸気の一部として用いられるようになっている。
In the facility shown in FIG. 6, water is converted into steam by the
従来、前記改質器1と、その関連機器としての水蒸発器2、原燃料気化器3、脱硫器4、低温シフトコンバータ5、及び選択酸化CO除去器6は、燃料改質装置として一つのユニットにまとめられており、斯かる燃料改質装置としては、例えば特願2002−140149号明細書で開示したバーナ燃焼タイプの装置が提案されている。
Conventionally, the reformer 1, the
而して、斯かる燃料改質装置は図7、図8に示され、図中、図6に示すものと同一の符号を付した部分は同一のものを表わしている。図7、図8に示す燃料改質装置では、改質器1とその関連機器(水蒸発器2、原燃料気化器3、脱硫器4、低温シフトコンバータ5、及び選択酸化CO除去器6)とからなるユニットに対し、内筒9aと外筒9bとの間に真空の断熱層9cが形成される真空断熱容器9を被せて覆うことにより、燃料改質装置を構成するようにしている。
Thus, such a fuel reformer is shown in FIGS. 7 and 8, in which the same reference numerals as those shown in FIG. 6 denote the same components. In the fuel reformer shown in FIGS. 7 and 8, the reformer 1 and its related devices (
本図示例の場合、前記真空断熱容器9の内筒9a自体を改質器1の一部として利用するようにし、該内筒9aの内部における中心部に、燃焼装置10から噴射される燃焼ガスが流通する炉筒11を配置すると共に、該炉筒11と前記内筒9aとの間に燃焼ガスの流路12を形成し、該流路12内に、内部に改質触媒(図示せず)が装填され原料ガスを流通させてその改質を行うための複数(図8の例では六本)の改質管13を並設し、改質器1を構成するようにしてある。なお、前記改質管13は、内管13aと外管13bとからなる二重管構造としてあり、原料ガスを内管13aと外管13bとの間に形成される空間内を上昇させて前記燃焼ガスと熱交換させた後、その上端で折り返して内管13a内の空間を下降させるようにしてある。
In the case of this illustrated example, the
前記改質器1の炉筒11は、ベースプレート14から立設されたベース内筒16の上端部に連結配置してあり、ベースプレート14の外周端縁から立上がる長さの短いベース外筒15の上端部に対し、前記真空断熱容器9の下端部を図示していないボルト・ナット等の締結手段により着脱自在となるよう気密に接続し、前記ベースプレート14とベース内筒16とベース外筒15と真空断熱容器9の内筒9aとで画成され且つ前記燃焼ガスの流路12に連通する筒状の空間17内に、前記改質器1の関連機器としての水蒸発器2、原燃料気化器3、脱硫器4、低温シフトコンバータ5、及び選択酸化CO除去器6を配設するようにしてある。
A
前記ベース内筒16の内部には、前記燃焼装置10へ空気を供給するための空気流路18を形成すると共に、その軸心部に、前記燃焼装置10へアノードオフガス等の燃料ガスを供給するための燃料ガス供給管19を配設し、又、起動時或は定常の燃焼時には、燃焼用燃料供給管20から前記燃焼装置10へ燃焼用燃料を供給するようにしてある。
An
図7、図8の燃料改質装置においては、真空断熱容器9をユニットに被せるだけで断熱層9cの施工が行われるため、断熱層9cの施工の手間が大幅に軽減され、しかも、改質器1内の触媒交換や点検等のメンテナンスの際には、真空断熱容器9を開放するだけで済み、迅速に作業を行うことができる。
In the fuel reforming apparatus shown in FIGS. 7 and 8, since the
又、容器として内筒9aと外筒9bとの間に真空の断熱層9cが形成される真空断熱容器9を採用しているため、断熱性能が極めて高くなり、断熱層9cの容積が低減され、装置を小型化することが可能となる一方、放散熱量が抑えられ、熱効率の向上にも役立つこととなる。
Moreover, since the vacuum heat insulation container 9 in which the vacuum
更に、真空断熱容器9の内筒9a内部を改質器1の燃焼ガスの流路12としているため、装置全体の構造が単純となり、コストダウンにつながり、更に、前記改質器1を、燃焼装置10から噴射される燃焼ガスが流通する炉筒11と、該炉筒11と真空断熱容器9の内筒9aとの間に形成される燃焼ガスの流路12に並設され且つ内部に改質触媒が装填され原料ガスを流通させてその改質を行うための複数の改質管13とから構成してあるため、改質管13の多管化と燃焼装置10での高温燃焼による放射伝熱利用により改質器1の全長を短くすることが可能となり、これに伴って、水蒸発器2、原燃料気化器3、脱硫器4、低温シフトコンバータ5、選択酸化CO除去器6等の関連機器を改質器1の下側に配置でき、燃料改質装置の高さを低くすることができる。
Furthermore, since the inside of the
なお、通常運転時には、改質器1には原燃料から生成した原料ガスが供給され、アノードオフガスである燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスは、改質器1と、水蒸発器2並びに原燃料気化器3において原料ガスと熱交換し、およそ200℃程度に温度が下がり、低温シフトコンバータ5や選択酸化CO除去器6における反応の温度レベルになるため、前記燃焼ガスの流路となる筒状の空間17内に低温シフトコンバータ5や選択酸化CO除去器6等の反応器を剥き出しで配置しても不要な熱交換が起こる心配はない。
During normal operation, the reformer 1 is supplied with the raw material gas generated from the raw fuel, and the combustion gas obtained by burning the fuel gas as the anode off-gas is the reformer 1, the
こうして、装置の小型化並びに熱効率向上を図ることができ、更に、断熱層9cの施工の手間を大幅に低減し得、メンテナンスも容易に行うことができる。
In this way, it is possible to reduce the size of the apparatus and improve the thermal efficiency. Further, it is possible to greatly reduce the time and labor required for the construction of the
なお、燃料改質装置の先行技術文献としては例えば、特許文献1があるが、本件とは直接関係はない。
上述のように、図7、図8に示すバーナ燃焼式の燃料改質装置は種々の優れた利点を有する。しかし、原料ガスの改質時には、改質器1の熱源を得るために燃焼装置10では、アノードオフガスのような燃料ガス、及びナフサ、都市ガス等の燃焼用燃料のように、発熱量が極端に異なる二種の燃料を混合して燃焼させなければならない。而して、発熱量が極端に異なる二種の燃料を良好に燃焼させるためには、燃焼装置10としては、一般的には燃料噴射ポートを複数設けた複雑な構造の燃焼装置を用いなければならない。又、固体高分子型燃料電池8による発電システムでは、運転負荷の幅が広く、燃焼装置10は大きな負荷比(ターンダウン)での燃焼を行うことができなければならない。
As described above, the burner combustion type fuel reformer shown in FIGS. 7 and 8 has various excellent advantages. However, when the raw material gas is reformed, the
しかしながら、複数の燃料噴射ポートを設けた燃焼装置では、構造が複雑で小型化が難しく、又、ターンダウンを大きくすることができない。更に、燃料噴射ポートの噴出し量を最適にするには、燃料噴射ポートに細径の噴射ノズルが必要で、燃料の噴射ノズルへの供給圧力を高圧にしなければならないうえ、アノードオフガス中のミストの影響により、噴射ノズルからの噴出し流量が不均一となり、良好な燃焼を行うことができない。 However, in the combustion apparatus provided with a plurality of fuel injection ports, the structure is complicated and it is difficult to reduce the size, and the turndown cannot be increased. Furthermore, in order to optimize the injection amount of the fuel injection port, a small-diameter injection nozzle is required at the fuel injection port, the supply pressure of the fuel to the injection nozzle must be increased, and the mist in the anode off-gas As a result, the flow rate from the injection nozzle becomes uneven, and good combustion cannot be performed.
本発明は、上述の実情に鑑み、構造がシンプル且つ小型で、燃料の供給圧力を低圧にすることができ、しかもアノードオフガスの影響を受けず、噴出し流量が均一となって良好な燃焼を行い得るようにした燃料改質装置の燃焼装置を提供することを目的としてなしたものである。 In view of the above circumstances, the present invention is simple and compact in structure, can reduce the supply pressure of fuel, is not affected by anode off-gas, and has a uniform injection flow rate and good combustion. The object of the present invention is to provide a combustion apparatus for a fuel reformer that can be performed.
請求項1の発明は、容器の内筒内に配置した炉筒と内筒との間の流路に収納した改質管の外周側に燃焼ガスを送給して前記改質管内を流れる原料ガスを改質し得るようにした燃料改質装置の燃焼装置であって、前記炉筒の下端に接続されて空気を送給し得るようにした筒体内の上端に、周壁部に複数の空気吹出し孔を有する中空筒状のバーナコーンを収納すると共に、該バーナコーン内に所定形状の中子を収納して、前記バーナコーンと中子との間に保炎スペースを形成し、前記バーナコーンの下部に、燃料ガスを前記保炎スペースに送給し得るようにした燃料ガス供給管と、少なくとも上端部が燃料ガス供給管内に配置されて燃焼用燃料を前記燃料ガス供給管内の上部空間から保炎スペースに送給し得るようにした燃焼用燃料供給管を設け、前記燃料ガス及び燃焼用燃料を前記中子の下面を通して前記保炎スペースへ送給し得るよう構成したものである。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a raw material that feeds combustion gas to the outer peripheral side of the reforming tube housed in the flow path between the furnace tube and the inner tube disposed in the inner tube of the container and flows in the reforming tube. A combustion apparatus of a fuel reforming apparatus capable of reforming gas, wherein a plurality of air is provided on a peripheral wall portion at an upper end of a cylinder body connected to a lower end of the furnace cylinder so that air can be fed. A hollow cylindrical burner cone having a blowout hole is accommodated, a core having a predetermined shape is accommodated in the burner cone, and a flame holding space is formed between the burner cone and the core. A fuel gas supply pipe capable of supplying fuel gas to the flame holding space at a lower portion of the fuel gas supply pipe, and at least an upper end portion is disposed in the fuel gas supply pipe so that the combustion fuel is discharged from the upper space in the fuel gas supply pipe. A fuel supply pipe for combustion that can be sent to the flame holding space is provided. The fuel gas and the combustion fuel is obtained by adapted be delivered to the flame holding space through the lower surface of the core.
請求項2の発明においては、容器は真空断熱容器であり、請求項3の発明においては、空気吹出し孔はバーナコーンの周方向へ所定の間隔で設けられると共に軸線方向へ複数段設けられており、請求項4の発明においては、空気吹出し孔は正列配置されており、請求項5の発明においては、燃焼用燃料供給管の少なくとも上端部は燃料ガス供給管内に同心状に配置されている。
In the invention of
本発明においては、燃料ガスは燃料ガス供給管に送給され、燃焼用燃料は燃焼用燃料供給管から燃料ガス供給管に送給される。この場合、燃料ガスは燃料ガス供給管の内周側に分布し、燃焼用燃料は燃料ガスの軸心側に分布した状態となる。而して、燃料ガス及び燃焼用燃料は、燃料ガス供給管内の上部から、ごく低速で中子の下面を流れ、保炎スペース内に導入され、バーナコーン側へ流れる。このため、燃料ガス及び燃焼用燃料は強制的に拡散されて混合が促進される。保炎スペース内では、燃料ガス及び燃焼用燃料は空気吹出し孔から導入された空気と協働して燃焼する。その結果、空気吹出し孔の部分に炎が形成されて燃焼ガスが生成され、生成された燃焼ガスは原料ガスの改質に使用される。 In the present invention, the fuel gas is supplied to the fuel gas supply pipe, and the combustion fuel is supplied from the combustion fuel supply pipe to the fuel gas supply pipe. In this case, the fuel gas is distributed on the inner peripheral side of the fuel gas supply pipe, and the combustion fuel is distributed on the axial center side of the fuel gas. Thus, the fuel gas and the combustion fuel flow from the upper part in the fuel gas supply pipe through the lower surface of the core at a very low speed, are introduced into the flame holding space, and flow toward the burner cone. For this reason, the fuel gas and the combustion fuel are forcibly diffused to promote mixing. In the flame holding space, the fuel gas and the fuel for combustion burn in cooperation with the air introduced from the air blowing holes. As a result, a flame is formed in the air blowing hole to generate combustion gas, and the generated combustion gas is used for reforming the raw material gas.
本発明の請求項1〜5記載の燃料改質装置の燃焼装置によれば、幅広い負荷の範囲で安定した燃焼を行うことができ、しかも、未燃分が排出されることのない完全燃焼を行うことができ、又構造がシンプル且つ小型で、燃料の供給圧力を低圧にすることができ、しかも燃焼用燃料はその供給圧力に影響を受けず、噴出し流量が均一となって良好な燃焼を行うことができ、更に請求項4記載の燃料改質装置の燃焼装置によれば、混合気の濃淡化が図れ、且つ低負荷時の立消えを防止することができると共に、幅広い負荷と燃料種別の供給比で安定した燃焼状態の維持を行うことができる、等種々の優れた効果を奏し得る。 According to the combustion apparatus of the fuel reformer of the first to fifth aspects of the present invention, it is possible to perform stable combustion over a wide range of loads, and complete combustion without discharging unburned components. The fuel supply pressure can be reduced, and the combustion fuel is not affected by the supply pressure, and the jet flow rate is uniform and good combustion is possible. Furthermore, according to the combustion apparatus of the fuel reformer of claim 4, the mixture can be concentrated and can be prevented from disappearing at low load, and a wide range of loads and fuel types can be obtained. Various excellent effects, such as being able to maintain a stable combustion state at a supply ratio of, can be achieved.
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図1〜図5は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図6〜図8と同一の符号を付した部分は同一のものを表わしており、基本的な構成は図7、図8に示すものと略同様である。而して、本図示例においては、空気供給管21が接続されたダクト22の側部には燃料ガス接続座23が固設され、ベース内筒16は、ダクト22及び燃料ガス接続座23の上面に搭載されて支持され、固設されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described together with illustrated examples.
1 to 5 show an example of an embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIGS. 6 to 8 denote the same components, and the basic configuration is shown in FIG. This is substantially the same as that shown in FIG. Thus, in the illustrated example, the fuel
ベース内筒16の上端は炉筒11の下端に接続されており、ベース内筒16内の上端部には、燃焼装置10を構成するバーナコーン24が、ベース内筒16に対し同心状で且つ上端部がベース内筒16の上端部と略同一高さとなるよう収納されている。バーナコーン24は中空円筒状で上方が開口され、下端は閉塞板24aにより閉止されている。バーナコーン24の外径はベース内筒16の内径よりも小径であり、バーナコーン24外周とベース内筒16との間には、空気供給管21からダクト22、ベース内筒16内の空気流路18を通って送給された空気25が流入し得るようになっている。
The upper end of the base
ベース内筒16上端部とバーナコーン24上端部との間には、その間から空気25が排出されないようリング状の閉塞板26が固設されており、バーナコーン24には軸線方向及び周方向へ一定の間隔で複数の空気吹出し孔24bが設けられている。而して、ベース内筒16内の空気流路18を下方からベース内筒16とバーナコーン24との間に送給された空気25は、空気吹出し孔24bからバーナコーン24内に導入されようになっている。本図示例においては、空気吹出し孔24bは、バーナコーン24を展開した状態で見ると空気吹出し孔24bの中心を結んで形成される線により碁盤目が形成されるよう、正列配置されており、且つ直径約1.7mm、軸線方向へ4段、周方向へ30度間隔で合計48個設けられている。
Between the upper end portion of the base
バーナコーン24内にはバーナコーン24に対し同心状で且つ上端がバーナコーン24の上端よりも若干下方に位置し、下端がバーナコーン24の下端よりも若干上方に位置するよう、中子27が収納されている。中子27は、下部の大径円筒状部27aと、大径円筒状部27aの上端に一体的に繋がり上方へ行くにつれて大径円筒状部27aよりも小径となるようテーパを付されたテーパ状部27bと、テーパ状部27bの上端に一体的に繋がり直径はテーパ状部27bの上端部と同一の小径円筒状部27cを備えている。中子27は図示の形状に限らず、円筒形、截頭円錐形、釣鐘形等種々の形状とすることができ、又、中空体でも中実体であっても良い。
In the
上部において同心状にベース内筒16内に収納された燃料ガス供給管19の上端は、図5に示すように、閉塞板24aを貫通して僅かに上方へ突出し、中子27の下端位置よりも若干下方に位置する。而して、中子27の下端と燃料ガス供給管19の上端との間には、アノードオフガスのような燃料ガス28やナフサ、都市ガス等の燃焼用燃料29が流通し得るよう、間隙30が形成されている。燃料ガス供給管19はベース内筒16を下方へ延在してその下端は、燃料ガス接続座23に設けた燃料ガス供給口23aに接続されている。
As shown in FIG. 5, the upper end of the fuel
燃料ガス供給管19内には、燃料ガス供給管19の長手方向中間部において燃料ガス供給管19の軸線方向中途部側部を貫通し燃料ガス供給管19内に延在した燃焼用燃料供給管20が、燃料ガス供給管19に対し同心状に収納されて燃料ガス供給管19上端よりも若干下方位置まで延びている。
In the fuel
バーナコーン24内周と中子27外周との間には環状の保炎スペース31が形成されている。保炎スペース31の径方向間隔は、炎が良好に保持される間隔とする。
An annular
而して、燃料ガス供給管19を送給されてきた燃料ガス28と、燃焼用燃料供給管20を送給されてきた燃焼用燃料29は、燃料ガス供給管19内の上端部から間隙30を通り、バーナコーン24内の保炎スペース31へ導入されるようになっている。
Thus, the
保炎スペース31では、間隙30を通って導入された燃料ガス28及び燃焼用燃料29が空気吹出し孔24bから導入された空気25と協働して燃焼することにより空気吹出し孔24bの部分に炎32a(図3参照)が形成され、燃焼ガス32が生成されるようになっている。
In the flame-holding
ベース内筒16内には、閉塞板24aの下方で且つ燃料ガス供給管19の側部に位置するよう、上端が閉塞板24aの下面に接続され、下端が底板33aにより塞がれた円筒状の短管33が、燃料ガス供給管19と平行に収納されている。而して、短管33とベース内筒16とにより二重管が構成されており、短管33下面には絶縁板兼ガスケット34が取付けられ、短管33側面には1個の小径の空気導入口(図示せず)が穿設されている。
A cylindrical shape in which the upper end is connected to the lower surface of the
短管33内には底板33a及び絶縁板兼ガスケット34を貫通してスパークロッド35が挿入されている。絶縁板兼ガスケット34は、絶縁板として機能すると共にスパークロッド35貫通部のガスシールをも行い得るようになっている。又スパークロッド35の上端は、閉塞板24aに穿設した孔36に挿通されて僅かに保炎スペース31内に突出しており、スパークロッド35の下端には高圧ケーブル37が接続されている。高圧ケーブル37はベース内筒16内を下方へ延在して、その下端はダクト22内に水平に設けられた伝導ロッド38に接続されている。又伝導ロッド38には、空気供給管21内を挿通された高圧ケーブル39が接続されている。
A
スパークロッド35を短管33に挿入するのは、ベース内筒16からの空気25が過剰に孔36から保炎スペース31内に導入されないようにするためである。
The reason why the
なお、図中、40は炉筒11内に同心状に収納されて燃焼装置10上方所定位置から改質管13の上端よりも若干上方まで延在する中空円筒状で有底の案内筒、41は案内筒40の上端に固設された、炉筒11よりも大径の案内板、42は改質管13を包囲するよう、真空断熱容器9の内筒9aと炉筒11との間の流路12内に螺旋状に設けられた螺旋板、43は原燃料と水蒸気の混合ガスの硫分を脱硫器4で脱硫することにより生成された原料ガス、43aは改質ガス、44は排気である。
In the figure,
次に、上記図示例の作動を説明する。
図6に示す固体高分子型燃料電池8で発電を行うに際しての起動時には、燃料改質装置を加熱する必要がある。この場合は、燃焼用燃料29を起動用燃料として燃焼用燃料供給管20から燃料ガス供給管19内に吹込み、燃料ガス供給管19内から間隙30を介してバーナコーン24内の保炎スペース31に導入し、空気25を短管33に設けた小孔を介し孔36から保炎スペース31内に導入し、スパークロッド35に通電してスパークを発生させ、バーナコーン24内の保炎スペース31内に供給された燃焼用燃料29に点火する。
Next, the operation of the illustrated example will be described.
It is necessary to heat the fuel reforming device at the time of starting when generating power with the polymer
而して、点火して得られたガスは炉筒11と案内筒40との間の隙間、流路12へ流通させ、改質管13等装置全体を加熱するが、点火時の挙動は本発明の要旨とは直接関係ないため、詳しい説明は省略する。
Thus, the gas obtained by ignition is circulated through the gap between the
固体高分子型燃料電池8で発電を行う場合には、原料ガスを改質器1で改質する必要がある。このため、図1に示す燃料改質装置においては、水が水蒸発器2で水蒸気とされ、且つナフサ等の原燃料は原燃料気化器3で気化され、前記水蒸気を混合した原燃料は脱硫器4へ導かれ脱硫されて原料ガス43が生成され、原料ガス43は改質器1における改質管13の外管13bと内管13aとの間に導かれて上昇し、改質管13の上端で反転して内管13a内部を下降し、この上昇及び下降の間に、以下で述べるように燃焼ガス32により加熱されて改質され、改質ガス43aとなる。
When power is generated by the polymer
一方、燃料ガス供給口23aから燃料ガス供給管19に導入された大流量で低カロリーの燃料ガス28は、上昇して燃料ガス供給管19の内周壁側(外側)に分布するよう、燃料ガス供給管19内の上部空間に送給され、燃焼用燃料供給管20に導入された低流量で高カロリーの燃焼用燃料29は、燃焼用燃料供給管20の上端から燃料ガス供給管19の上部空間内に燃料ガス供給管19の軸心側(内側)に分布するよう送給される。
On the other hand, the
而して、燃料ガス28と燃焼用燃料29は、燃料ガス供給管19内の上部空間を混合しつつ流れ、中子27下部の間隙30からバーナコーン24径方向内周側へ拡散されてバーナコーン24内の保炎スペース31にごく低流速で噴射される。このため、燃料ガス28と燃焼用燃料29は、保炎スペース31内に拡散される。
Thus, the
空気25は空気供給管21からダクト22を経てベース内筒16へ導入され、空気流路18を上昇してバーナコーン24の空気吹出し孔24bから保炎スペース31内に導入される。
The
保炎スペース31内では、燃料ガス28及び燃焼用燃料29並びに空気25の混合が促進されて燃焼が行われ、空気吹出し孔24bの部分に炎32aが形成され、高温(約1200℃)の燃焼ガス32が生成される。
In the
バーナコーン24の空気吹出し孔24bの数量、直径、段数、円周方向間隔を適切に設定することで、幅広い負荷範囲での燃焼が可能となり、且つ未燃分が生じない完全燃焼が可能となる。
By appropriately setting the number, diameter, number of steps, and circumferential interval of the air outlet holes 24b of the
燃焼ガス32は、炉筒11と案内筒40との間の狭い隙間を偏流することなく均一且つ高速で上昇する。上昇時の燃焼ガス32の流れは、改質管13を上昇若しくは下降する原料ガス43及び改質ガス43aに対して並行流となる。而して、燃焼ガス32を炉筒11と案内筒40との間の狭い隙間に上方へ向け且つ改質管13を流れる原料ガス43と並行流となるよう流すと、燃焼ガス32による対流伝熱が促進されて炉筒11が赤熱され、炉筒11の放射伝熱により改質管13が加熱される。
The
炉筒11と案内筒40との間の狭い隙間を上端まで上昇した燃焼ガス32は、案内板41により反転させられて内筒9aと炉筒11との間の流路12を螺旋板42に沿って螺旋状に改質管13を径方向へ横切るように流れつつ下降し、改質管13を対流伝熱により加熱し、しかる後、水蒸発器2、脱硫器4、低温シフトコンバータ5、原燃料気化器3、選択酸化CO除去器6が収納されている筒状の空間17を通ってベース外筒15下端部に設けられている燃焼ガス排出口15aから排気44として外部に排出される。
The
改質管13内を上方及び下方に流れる原料ガス43及び原料ガス43の一部が改質されて得られた改質ガス43aは、燃焼ガス32により加熱された炉筒11の放射伝熱により加熱されると共に、内筒9aと炉筒11との間の流路12を螺旋板42に沿って螺旋状に改質管13を径方向へ横切るように流れつつ下降する燃焼ガス32により対流伝熱により加熱され、改質管13から送出される際には全体が改質ガス43aとなる。
The raw material gas 43 flowing upward and downward in the reforming
本発明の図示例によれば、上端側で燃料ガス供給管19内に燃焼用燃料供給管20を同心状に配設した二重管構造としているため、燃料ガス供給管19から送給された燃料ガス28と燃焼用燃料供給管20から送給された燃焼用燃料29とは、混合を強制的に行わなくても良好に混合が行われ、従って混合器が不要で構造をシンプルにすることができる。又、燃料ガス28と燃焼用燃料29を保炎スペース31へ噴出させる、中子27下部の部分の隙間の面積は広いので、この部分がミストにより目詰まりする虞がなく、従って燃焼が安定して行われると共に、燃料ガス28と燃焼用燃料29の供給圧力も低くて良く、システムの効率が向上する。
According to the illustrated example of the present invention, since the fuel
燃焼装置10は、バーナコーン24内に適切な形状の中子27を備えているため、中子27下面の隙間から保炎スペース31内へ低速で噴射される燃料ガス28や燃焼用燃料29の燃料は、バーナコーン24内周まで強制的に拡散される。従って、該燃料と空気吹出し孔24bから保炎スペース31内に噴射される空気25との混合が促進される。
Since the
又、バーナコーン24の直径方向の寸法を適度に保てることから、バーナコーン24内部の保炎スペース31を確保でき、燃料ガス28及び燃焼用燃料29の安定した燃焼を行うことができる。更に、空気吹出し孔24bの相互の間隔を吹出される空気25が干渉しない間隔とすることができるため、炎32aが干渉することなく、この点からも安定した燃焼を行うことができる。
Further, since the dimension in the diameter direction of the
従って、本図示例の燃焼装置10によれば、燃料ガス28及び燃焼用燃料29の供給の比率を適度にとることにより、幅広い負荷の範囲で安定した燃焼を行うことができ、しかも、未燃分が排出されることのない完全燃焼を行うことができる。又、燃焼装置10は構造がシンプル且つ小型で、燃料の供給圧力を低圧にすることができ、しかも燃焼用燃料29はその供給圧力に影響を受けず、噴出し流量が均一となって良好な燃焼を行うことができる。
Therefore, according to the
更に本図示例によれば、空気吹出し孔24bを正列配置することにより、混合気の濃淡化が図れ、低負荷時の立消えを防止することができると共に、幅広い負荷と燃料種別の供給比で安定した燃料状態の維持を行うことができる。
Further, according to the illustrated example, by arranging the
なお、本発明の燃料改質装置の燃焼装置においては、燃焼用燃料として、原燃料気化器に送給する原燃料を使用することも、或いは、原燃料とはことなる独立したラインから供給し得るようにした燃焼用燃料を用いることも可能なこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 In the combustion apparatus of the fuel reformer of the present invention, the raw fuel supplied to the raw fuel carburetor may be used as the combustion fuel, or may be supplied from an independent line different from the raw fuel. Of course, it is possible to use the combustion fuel obtained, and other various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
9 真空断熱容器(容器)
10 燃焼装置
11 炉筒
12 流路
13 改質管
16 ベース内筒(筒体)
19 燃料ガス供給管
20 燃焼用燃料供給管
24 バーナコーン
24b 空気吹出し孔
25 空気
27 中子
28 燃料ガス
29 燃焼用燃料
31 保炎スペース
32 燃焼ガス
43 原料ガス
9 Vacuum insulated container (container)
DESCRIPTION OF
19 Fuel
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