JP2002276909A

JP2002276909A - バーナ

Info

Publication number: JP2002276909A
Application number: JP2001084400A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Ibe; 聰伊部; Yukio Yasuda; 征雄安田; Norihisa Kamiya; 規寿神家
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2002-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】燃焼性に優れたバーナを提供する。【解決手段】複数の燃焼用のノズル管Ｎを並設し、各
ノズル管Ｎの炎孔ａからのガス噴出方向を、各ノズル管
Ｎの炎孔ａからの噴出ガスが互いに衝突するように設定
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、燃料電池
から排出された排燃料ガスを燃焼させて燃料電池用の改
質装置における原燃料を改質処理するための燃焼熱を発
生させるためのバーナなど、各種工業分野で利用される
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、中央の噴出口
から燃焼用空気又は燃料ガスを噴出し、周囲の噴出口か
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、旋回流として噴出させるために旋回流
としない場合に比較して両ガスの混合性を高めることが
できるものの、実質的には両ガスが接触するだけである
から、混合性が悪く、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、実施例で示したよう
な、偏平状の燃焼空間においては、構造上旋回流を実現
するのは困難である問題もあった。

【０００４】本発明の目的は、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】請求項１に係る本発明に
よるバーナの特徴・作用・効果は次の通りである。

【０００６】〔特徴〕複数の燃焼用のノズル管を並設
し、各ノズル管の炎孔からのガス噴出方向を、各ノズル
管の炎孔からの噴出ガスが互いに衝突するように設定し
てある点にある。

【０００７】〔作用〕複数のノズル管を並設したことを
有効利用して各ノズル管の炎孔からの噴出ガスが互いに
衝突するようにしてあるから、その衝突により噴出ガス
を良好に混合させることができる。

【０００８】〔効果〕従って、炎孔を工夫配置するとい
った簡単な構造改良で燃焼性を改善できるようになっ
た。

【０００９】請求項２に係る本発明によるバーナの特徴
・作用・効果は次の通りである。

【００１０】〔特徴〕上記請求項１に係る本発明による
バーナにおいて、前記ノズル管の少なくとも一つに燃料
ガスを供給し、他のノズル管に燃焼用空気を供給するよ
うに構成してある点にある。

【００１１】〔作用〕あるノズル管から噴出させた燃料
ガスと他のノズル管から噴出させた燃焼用空気とを衝突
させて両者を良好に混合できるようにしてあるから、燃
焼性を良好なものにできる。

【００１２】〔効果〕従って、燃料ガスと燃焼用空気と
を先混合させて燃焼させるバーナとして有用なバーナを
提供できるようになった。又、燃料ガスが水素など燃焼
速度の大きなガスでも、先混合させる為、逆火を完全に
防止できる。

【００１３】請求項３に係る本発明によるバーナの特徴
・作用・効果は次の通りである。

【００１４】〔特徴〕上記請求項１に係る本発明による
バーナにおいて、前記各ノズル管に、燃料ガスと燃焼用
空気との混合ガスを供給するように構成してある点にあ
る。

【００１５】〔作用〕各ノズル管から噴出される混合ガ
スを衝突させて混合ガス同士を良好に混合できるように
してあるから、燃焼性を良好なものにできる。

【００１６】〔効果〕従って、混合ガスを燃焼させるバ
ーナとして有用なバーナを提供できるようになった。

【００１７】請求項４に係る本発明によるバーナの特徴
・作用・効果は次の通りである。

【００１８】〔特徴〕上記請求項１に係る本発明による
バーナにおいて、前記ノズル管の少なくとも一つに燃料
ガスと燃焼用空気との混合ガスを供給し、他のノズル管
に燃料電池から排出された排燃料ガスを供給するように
構成してある点にある。

【００１９】〔作用〕あるノズル管から噴出された混合
ガスと他のノズル管から噴出された排燃料ガスとを衝突
させて両者を良好に混合できるようにしてあるから、燃
焼性を良好なものにできる。

【００２０】〔効果〕従って、排燃料ガスを燃焼させる
燃料電池用のバーナとして有用なバーナを提供できるよ
うになった。

【００２１】請求項５に係る本発明によるバーナの特徴
・作用・効果は次の通りである。

【００２２】〔特徴〕上記請求項１に係る本発明による
バーナにおいて、燃料電池用の改質装置における原燃料
を改質処理するための燃焼熱を発生させるためのもので
ある点にある。

【００２３】〔作用〕燃焼性が良好であるから、少ない
燃料で燃焼熱を効率良く発生させることができる。

【００２４】〔効果〕従って、燃料電池用の改質装置に
おける改質処理用燃焼熱発生用のバーナとして有用なバ
ーナを提供できるようになった。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態を説明する。尚、以下の実施形態において
は、本発明による改質装置Ａを備えた水素含有ガス生成
装置Ｐについて説明するが、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を備えて構成し、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とを備
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してあ
る。

【００２６】図１に示すように、水素含有ガス生成装置
Ｐは、天然ガス等の炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理
する脱硫処理部１と、改質処理用の水蒸気を生成する水
蒸気生成部Ｓと、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改質部Ｒと、その
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変成
処理部５と、その変成処理部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
選択酸化処理部６とを備えて構成してある。

【００２７】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してある。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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
とを設けてある。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１
７を設けてある。

【００３１】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。

【００３２】本発明においては、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を備えて構成してある。

【００３３】図２に示すように、水素含有ガス生成装置
Ｐは、矩形板状の偏平な容器Ｂの複数を板状形状の厚さ
方向に並べて設けて、各容器Ｂを用いて、各処理部、各
通流部、燃焼部４等を夫々構成してある。

【００３４】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にて構成し、残
りは、区画された二つの室を備えるように形成した双室
具備容器Ｂｄにて構成してある。

【００３５】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、二つの偏平な室を区画形成してあ
る。改質部Ｒは、１個の双室具備容器Ｂｄを用いて構成
し、水蒸気生成部Ｓも、１個の双室具備容器Ｂｄを用い
て構成してある。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、二つの室を区画形成し
てある。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、二つの室を区画形成してある。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、二つの偏平な室を区
画形成してある。

【００３６】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。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。

【００３７】図２ないし図４に示すように、改質部Ｒを
構成する双室具備容器Ｂｄを、２段状の皿形容器形成部
材４１の深さが深い部分が下方側に位置するように立設
して、２段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燃焼部４
を構成し、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改質
処理部３を構成してある。

【００３８】２段状の皿形容器形成部材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
状の室を燃焼室４ｒとし、その燃焼室４ｒの下端に、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を下縁に沿わせて配置
して、有炎燃焼部４Ｆを構成し、燃焼室４ｒの上方の奥
行きが狭い部分に、燃焼触媒４ｃを配置して、触媒燃焼
部４Ｃを構成してある。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。

【００３９】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し、そ
の偏平状の燃焼室４ｒを縦向きに配置すると共に、その
燃焼室４ｒの下方側に、有炎燃焼部４Ｆを、火炎形成方
向が上向きになるように配置し、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、触媒燃焼部４Ｃを
配置してある。燃焼触媒４ｃは、白金、パラジウム等か
ら成る。

【００４０】バーナ４ｂは、図７、図８に示すように、
二つのノズル管Ｎを水平方向に近接する状態で並設し、
各ノズル管Ｎの炎孔ａからのガス噴出方向を、各ノズル
管Ｎの炎孔ａからの噴出ガスが互いに衝突するように設
定して構成してある。具体的には、炎孔ａは、互いに向
かい合う方向で斜め上方に向かってガスを噴出するよう
に形成してあり、噴出方向の水平面と成す角度θは、０
〜４５度、好ましくは、３０〜４５度程度である。そし
て、一方のノズル管Ｎに排燃料ガス路２４を介して排燃
料ガスが供給され、他方のノズル管Ｎに燃焼用空気路２
９を介して燃焼用空気が供給されて、炎孔ａから噴出し
た排燃料ガスと燃焼用空気とが衝突することで混合して
有炎燃焼部４Ｆに供給されるように構成してある。

【００４１】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を通気可能な状態で充
填してある。

【００４２】図２に示すように、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、蒸発処理室２を構成し、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、水蒸気生成用加熱通
流部１１を構成し、両室内にステンレスウール等からな
る伝熱促進材を通気可能な状態で充填してある。

【００４３】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Ｂ
ｍを、側面視において左端から３個目に単室具備容器Ｂ
ｍを位置させた状態で、横方向に厚さ方向に並べて設け
て、コンパクトに形成してある。８個の双室具備容器Ｂ
ｄ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。

【００４４】左端の双室具備容器Ｂｄ１にて水蒸気生成
部Ｓを構成し、左から２個目の双室具備容器Ｂｄ２にて
改質部Ｒを構成してある。単室具備容器Ｂｍを用いて、
保温用通流部７を構成してある。

【００４５】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を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、被改質
ガス通流部１３を構成してある。両室内には、ステンレ
スウール等からなる伝熱促進材を通気可能な状態で充填
してある。

【００４６】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を構成し、右
側の室を備えた部分を用いて、原燃料ガス通流部１６を
構成してある。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
の多数を通気可能な状態で充填してある。

【００４７】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を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、変成処
理部５を構成してある。左から６個目の双室具備容器Ｂ
ｄ６の左側の室を備えた部分を用いて、変成処理部５を
構成し、右側の室を備えた部分を用いて、変成部冷却用
通流部８を構成してある。左から７個目の双室具備容器
Ｂｄ７を用いて、変成処理部５を構成してある。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
を通気可能な状態で充填してある。

【００４８】左から８個目（右端）の双室具備容器Ｂｄ
８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を構成し、右側の室を備えた部分を用いて選択酸化
処理部６を構成してある。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を通気可能な状態で充填
してある。

【００４９】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を構成する左から２個目の双室
具備容器Ｂｄ２との間に断熱材１９を配置し、左から２
個目の双室具備容器Ｂｄ２と単室具備容器Ｂｍとを密接
配置し、単室具備容器Ｂｍと左から３個目の双室具備容
器Ｂｄ３との間に断熱材１９を配置し、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Ｂｄ
４との間に断熱材１９を配置し、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を互
いに密接配置してある。

【００５０】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を、並設方向の略中間部に配置し、そ
の改質部Ｒを構成する双室具備容器Ｂｄ２の一方側に断
熱材１９を、他方側に保温用通流部７を構成する単室具
備容器Ｂｍ及び断熱材１９を配置し、それらの並設方向
両側夫々に、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を並べ、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を配置することにより、水素含有ガ
ス生成装置Ｐをコンパクトに構成しながら、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
制御できるようにしてある。

【００５１】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、偏平形状の改質処理部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、横方向に厚さ方向に並べて密接配置し、燃焼部４の
他方側に、断熱材１９を介して偏平形状の水蒸気生成部
Ｓを横方向に厚さ方向に並べて配置して、改質装置Ａ
を、コンパクトに構成してある。又、このような配置構
成にすることにより、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することにより、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、加熱効率を効果的に向上させ
ている。

【００５２】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、加熱効率を効果
的に向上させている。

【００５３】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。

【００５４】

【化１】ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ₂

【００５５】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。

【００５６】

【化２】ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂

【００５７】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。

【００５８】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を設
けると共に、変成処理ガスから凝縮水を除去するドレン
トラップ３４を、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て、変成処理ガスと原料水とを熱交
換させて、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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】その選択酸化処理部６から排出された選択
酸化処理ガスを燃料ガスとして、燃料ガス路２３を通じ
て燃料電池Ｇに供給し、燃料電池Ｇから排出された排燃
料ガスを排燃料ガス路２４を通じて改質用バーナ４ｂの
一方のノズル管Ｎに供給する。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を
設けてある。

【００６２】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。

【００６３】原料水供給路２５の途中に、原料水予熱用
熱交換器１７に設け、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、原料
水を蛇行状に流す蛇行状通流部１８を設け、その蛇行状
通流部１８を、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
設けて、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してある。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。

【００６４】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を燃焼ガス路２７
にて接続して、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。

【００６５】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の他方のノズル管Ｎに供給する
ように、燃焼用ブロア２８、変成部冷却用通流部９を燃
焼用空気路２９にて接続すると共に、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を接続し、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を、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
してある。

【００６６】改質用バーナ４ｂの他方のノズル管Ｎ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を設けてある。尚、通
常は、開閉弁３５，３６を、燃焼用空気が燃焼用空気バ
イパス路３０を通流する状態に切り換えるが、変成処理
部５の冷却能力が不足するとき、例えば、夏期の高気温
時には、開閉弁３５，３６を、燃焼用空気が変成部冷却
用通流部９を通流する状態に切り換えて、燃焼用空気に
て変成処理部５を冷却する。

【００６７】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、原燃料ガス供給量を調節する原燃料供給量調
節弁３７を設け、改質部Ｒに、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を設けるととも
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を設けてある。

【００６８】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を作動させると共に、起動
用ガス燃料供給路（図示せず）から１３Ａ等の起動用ガ
ス燃料を燃焼部４におけるバーナ４ｂの一方のノズル管
Ｎに供給し、イグナイタ４ｉを作動させて、バーナ４ｂ
を点火して燃焼させ、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。

【００６９】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
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の一方のノズ
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。

【００７０】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４
０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の他方のノズ
ル管Ｎ、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。

【００７１】燃焼部４を、上述のように、有炎燃焼部４
Ｆ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４
ｃ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４
Ｆが着火して、再び、有炎燃焼部４Ｆで排燃料ガスが燃
焼する。

【００７２】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４
Ｆ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。

【００７３】〔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あるノズル管Ｎ
に供給し、他のノズル管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く、また、図９に示すように、
各ノズル管Ｎに燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスを供
給するように構成しても良い。

【００７４】上記実施の形態では、２本のノズル管Ｎを
備えたバーナを示したが、３本以上のノズル管Ｎ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

【図９】別実施形態にかかるバーナの断面図

【符号の説明】

Ｎノズル管ａ炎孔Ｇ燃料電池Ａ改質装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｇ (72)発明者神家規寿大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内Ｆターム(参考） 3K017 AA01 AA05 AB01 AB07 AC03 AD01 AD03 AG07 CA03 CA05 CB01 CB09 CD04 CE05 3K019 AA01 AA05 BA01 BA04 BB04 BD01 CC07 5H027 AA06 BA01 BA09 BA16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の燃焼用のノズル管を並設し、各ノ
ズル管の炎孔からのガス噴出方向を、各ノズル管の炎孔
からの噴出ガスが互いに衝突するように設定してあるバ
ーナ。
【請求項２】前記ノズル管の少なくとも一つに燃料ガ
スを供給し、他のノズル管に燃焼用空気を供給するよう
に構成してある請求項１記載のバーナ。
【請求項３】前記各ノズル管に、燃料ガスと燃焼用空
気との混合ガスを供給するように構成してある請求項１
記載のバーナ。
【請求項４】前記ノズル管の少なくとも一つに燃料ガ
スと燃焼用空気との混合ガスを供給し、他のノズル管に
燃料電池から排出された排燃料ガスを供給するように構
成してある請求項１記載のバーナ。
【請求項５】燃料電池用の改質装置における原燃料を
改質処理するための燃焼熱を発生させるためのものであ
る請求項１記載のバーナ。