JPH02252607A - 改質装置用燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は燃料電池発電装置の燃料改質器用燃焼装置に
関するものである。

「従来の技ｖ＃］ 燃料電池発電装置の基本的な構成を簡単・模式化して第
３図に示す。基本的な構成要素どしては改質装置（９）
　とＣＯ転化器（９０１）及び発電セル本体（９０２）
であり、改質装置（９）には改質反応の温度維持と反応
熱の供給のための燃焼器（９０４）と、改質炉（Ｇ）内
部には改質触媒が充填されている改質反応管（９０３）
が収納されＣいる。燃料電池発電装置の始動は、まず改
質用燃焼器（９０４）で在来の燃料例えば都市ガス（ｔ
３Ａ）　’と燃焼用空気を供給して予熱燃焼を行なう。

反応管（９０３）が反応を進行させるに十分な所定の温
度に達した後、改質原料ガス（通常は都市ガス（１３Ａ
　）又はメタノール）土水蒸気（Ｈ２Ｏ）を反応管（９
０：ｌ）に導入する。改質装置（！ｌ）にて改質され水
素（１１２）分を多く含む改質ガスはＣＯ転化器（９０
１）を通り、未反応のＣＯと１１２０より更にＨ２が富
化された燃料ガスとなり発電セル本体（９０２）に供給
される。

発電セル本体（９０２）ではこの１１２富化改質ガスと
酸化剤の空気とが電解質を通して反応し電気出力を得る
と同時に改質ガス中の８２分は消費され電池オフガスと
なって排出される。しかしこの電池オフガスには未消費
の１１４分が約２０・〜３０ｖｏ１％程度残っており、
その他は１１２０やＧＯ□の不活性ガスという低カロリ
ー可燃である。この低カロリー可燃ガスである電池オフ
ガスを再び改質用燃焼器（９０４）に導入して燃焼させ
改質反応の熱供給に利用して燃料電池発電装置の効率を
高いものにしている。

なお、低カロリーオフガス燃焼が行なわれる時点では、
予熱燃焼はすでに停止している。

また、供給される燃料ガスの種類（低カロリーオフガス
か高カロリー都市ガスかなど）や量に応じて供給される
燃焼用空気の晴も調節されるのは言うまでもない。

また、燃焼装置と１ノては、例えば特願昭６３−７７８
５３号に示すものがあり、その概略を第４図に示す。第
４図（ａ）は要部断面図、第４図（ｂ）は第４図（ａ）
を改質炉側から見た平面図である。

図において、（Ｃ）は改質炉であり、改質反応管（図示
せず）が収納される。（Ｂ）は改質炉（Ｃ）に隣接して
設けられ燃焼用空気（２０１）が供給さ第１る空気室、
（Ａ）はこの空気室（Ｂ）に隣接して設けられ燃料ガス
（１０１）が供給される燃料室である。

（ｉｕｏ）は燃料管であり、一端が燃料室（Ａ）に開［
１し、他端が改質炉（Ｃ）に・開口して燃料ガス（ｉｏ
ｎ）を改質炉（Ｃ）に噴出して炎孔部となる。

（１）〜（５）はそれぞれ壁である。また、第４図（ａ
）では複雑となるため図示していないが、空気室（Ｂ）
と改質炉（Ｃ）を仕切る第１仕切壁（３）壁には燃料管
（１１０）と隣接して複、数個の空気噴出孔が設けられ
ており、この空気噴出孔と燃料管（１１０）の分散の様
子を第４図（ｂ）に示す。第４図（ｂ）は第４図（ａ）
を改質炉（Ｃ）側から見た平面図であり、図において、
（２１０）は空気噴出孔を示す。この例では、燃料管（
１１０）の炎孔部に隣接して多数の空気噴出孔（２１０
）を設けた大板（２１１）が空気室（Ｂ）と改質炉（Ｃ
）を第１仕切壁（３）に例えば溶接などにより接合され
、燃料管（ｉｉｏ）と空気噴出孔（２１０）を多数集合
させて一つのメインバーナを構成している。また燃料管
（１１０）はその内径が数１例えば５ｍｍであり、燃料
室（Ａ）と空気室（Ｂ）とを第２仕切壁（５）　に例え
ば溶接などにより隙間のないように固定され、炎孔部分
が改質炉（Ｃ）内に数ｍ１１１以下程度突出するように
配置されている。即ち、メインバーナの一端側が第１仕
切壁（３）に支持され他端側か第２仕切壁（５）に支持
される。さらに、例えば周囲に４個配置されたメインバ
ーナの中央部には、着火手段すなわちメインバーナ着火
用のパイロットバーナ（４１）が取り付けられており、
その先端のパイロット火炎孔（４０２）の近傍にはパイ
ロット火炎（４０３）の着火用放電電極（５１）が配置
されると共に、パイロット火炎（４０３）の火炎検知電
極（５２）がパイロ−／１・火炎（４０３）に挿入され
るように配置されている。なお、壁（４）の空気室（Ｂ
）に接する位置にはパイロット火炎（４０３）用の２次
空気孔（２２０）が開けられている。　（４０１）はパ
イロット火炎（４０３）用の燃料である。

次に、動作について説明する。燃料電池発電装置の始動
時は、まず、在来の燃料、例えば都市ガス（１３Ａ）を
用いて予熱燃焼を行なう。すなわち、空気源、例えば送
風機から燃焼用空気（２０１）を空気室（Ｂ）に導入し
、続いて放電電極（５１）によりパイロットバーナ（４
１）に対して放電スパークを飛ばしながらパイロットバ
ーナ（４１）に都市ガス燃料（４０１）と燃焼用空気（
２０１）を導入することによりパイロットバーナ（４１
）が着火する。パイロットバーナ（４１）の着火により
パイロット火炎（４０３）が生じ、そのパイロット火炎
（４０３）中に挿入された火炎検知電極（５２）とパイ
ロットバーナ（４１）との間に電圧を印加することによ
り火炎内を電流が流れ、その電流値により着火検知され
、着火が確認される。着火が確認されると、燃料室（Ａ
）に予熱用の都市ガス（１３Ａ）が導入され燃料管（１
１０）を通り、空気噴出孔（２１０）から噴出される燃
焼用空気と拡散混合してパイロット火炎（４０３）と接
触することによって着火し、メインバーナ上に燃焼火炎
（１０２）が形成され改質炉（Ｃ）を予熱する。その後
、改質炉（Ｃ）が所定温度に達したら、燃料室（Ａ）へ
の都市ガス（１３＾）の導入を停止する。予熱完了後は
予熱燃焼は停止し第４図に示す改質反応管（９０３）に
原料ガス＋１１□０が導入されＨ２富化された改質ガス
は発電セル（９０２）に導入され発電を開始する。発電
後の未消費８．分を含む電池オフガス（１０１）は再び
改質用燃焼器（９Ｏ４）に供給され、燃料室（＾）から
燃料管（１１０）を通りメインパーナトで低カロリーオ
フガス燃焼が行なわわる。この際、燃焼用空気（２０１
）が供給されていることは３つまでもない。

ところで、電池オフガス（ｉｏｉ）が燃料室（Ａ）に戻
ってくる間、メインバーナが着火していない又は負荷が
急変した様な場合、発電セル（９０２）に流通する燃料
ガスと発電負荷どのバランスが崩れ、−時的に極度に低
カロリーの電池オフガス（ｌｏｉ）が戻り、メインバー
ナが失火する場合もある。このため、パイロットバーナ
（４Ｉ）は常に着火状態においておく必要があり、又、
着火確認の信頼性が十分に高い必要性がある。パイロッ
トバーナ（４１）の着火確認としては、パイロット火炎
（４０３）中に挿入配置された火炎検知電極：　（５２
）とパイロットバーナ（４１）との間に電圧を印加し、
その間に流れる電流を検出１．設定値と比較し、その電
流値により着火検出を行っている。

［発明が解決しようと１゛る課題］ しかしながら上述した従来装置は、燃焼装置が作動する
と、バーナ火炎、燃焼ガス、及び改質炉の輻射熱Ｃより
、空気室（Ｂ）と改質炉（Ｃ）を仕切る第１仕切壁（３
）　　メインバーナ面である大板（２１１）は加熱され
熱膨張する。一方、空気室（Ｂ）、改質炉（Ｃ）を形成
する壁（２）は大気により冷却さＪするため熱膨張しな
い。従って、第１仕切壁（３）やメインバーナ面の大板
（２１１）には大きな熱応力が発生し、座屈などにより
変形を生じ、装置の安全性、寿命に対する信頼性が低い
ものとなっている。

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
ものであり、信頼性の高い改質装置用燃焼装置を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る改質装置用燃焼装置は、空気室と改質炉
とを仕切る第１仕切壁にバーナ燃焼時に発生する熱膨張
を吸収する熱膨張吸収手段を設けたものである。

［作用］ この発明における改質装置用燃焼装置は、第１仕切壁に
設けた熱膨張吸収手段により、バーナ燃焼時に発生する
熱膨張を吸収する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を第１図及び第２図に基づい
て説明する。これら各図において、（１）　〜（５）　
、（４１）　、　（４０１）　〜（４０５）　、（１０
１）　、（１１０）　。

（１０２）　、　（２０１）　、　（２１１）　、（２
２０）　、　（八）　、　（＋１）　、　（Ｃ）は」二
連した従来装置の構成と同様である。（６）は空気室（
８）と改質炉（Ｃ）とを仕切る第１仕切壁（３）にメイ
ンバーナを囲繞するように、即ち、メインバーナ面を成
す突板（２１１）を囲繞するように形成された環状の熱
膨張吸収手段であり、例えばジャバラ状住つ環状に形成
されている。（７）は燃料室（Ａ）と空気室（ｔｌ）と
を仕切る第２仕切壁（５）に燃料管（１１０）を囲繞す
るように、即ち、熱膨張吸収手段（６）と相対する位置
に配設された環状の熱膨張吸収手段であり、例えばジャ
バラ状且つ環状に形成されている。

次に動作について説明する。パイロットバ〜す（４１）
によりメインハ・−すが着火されると燃焼火炎（＋０２
）が形成され改質炉（Ｃ）を加熱する。燃焼装置が作動
すると、バーナ火炎、燃焼ガス、及び改質炉（Ｃ）の輻
射熱により第１仕切壁（３）　　メインバーナ面である
大板（２１１）は加熱され熱膨張する。この熱膨張によ
る熱伸びにより熱膨張吸収手段（６）が変形しその熱伸
びを吸収し、メインバーナ面である大板（２１１）の変
形や熱応力の発生が防止でき、座屈などによる変形も防
止できる。また、第２仕切壁（５）　も第１仕切壁（３
）の熱膨張の影響を受けて熱膨張する。その熱膨張は熱
膨張吸収手段（７）により吸収されて熱応力の発生を防
止している。熱膨張の大きい第１仕切壁（３）に熱膨張
吸収手段（６）を設けておけば所期の目的は達成できる
。

［発明の効果］ この発明は以ト説明した通り、空気室と改質炉とを仕切
る第１仕切壁にバーナ燃焼時に発生する熱膨張を吸収す
る熱膨張吸収手段を設けたことにより、バーナ燃焼時の
熱膨張を熱膨張吸収手段により吸収することができ、熱
応力の発生を防１トでき、装置の安全性、寿命に対する
信頼性が高い改質装置用燃焼装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による改質装置用燃焼装置
を示す断面図、第２図はこの発明に係る熱膨張吸収手段
を示す拡大断面図、第３図４１−数的な燃料電池システ
ムを示す系統図、第４図（ａ）及び（ｂ）は従来の改質
装置用燃焼装置を示す断面図及び改質炉側から見た平面
図で、ちる。 図に↓５いて、（３）は第１仕切壁、（６）は熱Ｉ！張
吸収手段、（Ｂ）は空気室、（Ｇ）は改質炉である。 尚、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　　大　　岩　　増　　雄 第１図 第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 改質反応管が収納される改質炉に第１仕切壁を介して設
   けられ燃焼用空気が供給される空気室と、この空気室に
   第２仕切壁を介して設けられ燃料ガスが供給される燃料
   室と、一端側が上記第１仕切壁に支持され他端側が上記
   第２仕切壁に支持されたバーナとを有する改質装置用燃
   料装置において、上記第１仕切壁に上記バーナ燃焼時に
   発生する熱膨張を吸収する熱膨張吸収手段を備えたこと
   を特徴とする改質装置用燃焼装置。