JP2012101969A

JP2012101969A - 改質装置および燃料電池発電システム

Info

Publication number: JP2012101969A
Application number: JP2010250926A
Authority: JP
Inventors: Etsuro Sakata; 悦朗坂田; Masatoshi Tanaka; 正俊田中; Hiromi Sasaki; 広美佐々木; Koichi Kawamoto; 浩一川本
Original assignee: Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp
Current assignee: Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2012-05-31

Abstract

【課題】低コストで安定した点火性を実現する改質装置および該改質装置を備えた燃料電池発電システムを提供すること。
【解決手段】改質装置１は、器内に触媒を充填した改質管を収容し、燃料ガスと空気の混合気を点火プラグで点火するバーナ２を備える。バーナ２は、中央に点火プラグ１４を備えるとともに、この点火プラグ１４と同心的に配置され、その外側に設けた第１区画壁１１との間に空気を流す第１空気通路１１ａと、第１区画壁１１と同心的に配置され、その外側に設けた第２区画壁１２との間に燃料ガスを流す燃料通路１２ａと、第２区画壁１２と同心的に配置され、その外側に設けた第３区画壁１３との間に空気を流す第２空気通路１３ａとを備え、第１区画壁１１、第２区画壁１２、第３区画壁１３のいずれかの端部に放電棒１５が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、改質装置および燃料電池発電システムに関する。

燃料電池発電システム等に設けられている改質装置は、器内の頭部側にバーナを備え、起動運転時、起動燃料供給ラインを介して供給される原燃料に、例えば、ブロアから予混合気供給ラインを介して供給される空気を加えて予混合し、その予混合気を当該改質装置のバーナに供給するとともに、ブロアから燃焼用空気供給ラインを介して同バーナに燃焼用空気を供給し、点火プラグにてスパークを飛ばして火炎を形成する。

特許第４２０２７３４号公報特開２０００−１４３２０７号公報

点火プラグにてスパークを飛ばす場合、点火プラグの先端にある点火プラグ導体部から、燃料の流通路付近までスパークを飛ばす必要がある。しかし、その間に空気の流通路が存在すると、燃料の流通路付近まで飛ばすべきスパークの到達が妨げられ、点火し難い。その解決策の１つとして、スパーク距離が長くなるよう、点火プラグ用の点火トランスとして出力の高いものを適用することが考えられるが、そのようにすると製造コストが増大したり、蔵置が大型化したりする。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、低コストで安定した点火性を実現する改質装置および該改質装置を備えた燃料電池発電システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る改質装置は、器内に触媒を充填した改質管を収容し、燃料ガスと空気の混合気を点火プラグで点火するバーナを備えた改質装置において、前記バーナは、中央に点火プラグを備えるとともに、この点火プラグと同心的に配置され、その外側に設けた第１区画壁との間に空気を流す第１空気通路と、前記第１区画壁と同心的に配置され、その外側に設けた第２区画壁との間に燃料ガスを流す燃料通路と、前記第２区画壁と同心的に配置され、その外側に設けた第３区画壁との間に空気を流す第２空気通路とを備え、前記第１区画壁、前記第２区画壁、前記第３区画壁のいずれかの端部に放電棒が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、低コストで安定した点火性を実現する改質装置および該改質装置を備えた燃料電池発電システムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る改質装置の主要部の構造を示す縦断面図。放電棒と点火プラグ導体部との距離の関係を説明するための概念図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る改質装置の主要部の構造を示す縦断面図である。

図１に示す改質装置１は、例えば燃料電池発電システム（図示せず）に設けられる。この改質装置１が設けられる燃料電池発電システムは、当該改質装置１により改質された燃料改質ガスと酸化剤とを反応させることにより電力を発生させる。なお、改質装置１が適用可能な燃料電池発電システムそのものの基本的な構成や動作は、例えば特許文献１等に示されているため、その説明を省略する。

改質装置１は、器内に触媒を充填した改質管を収容し、器内の頭部側に燃料ガスと空気の混合気を点火プラグ１４で点火するバーナ２を備えている。起動運転時、起動燃料供給ラインを介して供給される原燃料に、例えば、ブロアから予混合気供給ラインを介して供給される空気を加えて予混合し、その予混合気をバーナ２に供給するとともに、ブロアから燃焼用空気供給ラインを介して同バーナ２に燃焼用空気を供給し、点火プラグ１４にてスパークを飛ばして火炎を形成する。

バーナ２は、円筒状の筒体の中央に点火プラグ１４を備えるとともに、この点火プラグ１４と同心的に配置され、その外側に設けた第１区画壁１１との間に空気を流す第１空気通路１１ａと、第１区画壁１１と同心的に配置され、その外側に設けた第２区画壁１２との間に燃料ガスを流す燃料通路１２ａと、第２区画壁１２と同心的に配置され、その外側に設けた第３区画壁１３との間に空気を流す第２空気通路１３ａとを備える。

点火プラグ１４は、絶縁体で覆われている点火プラグ絶縁体部１４ａと、この点火プラグ絶縁体部１４ａに設置された導体の点火プラグ導体部１４ｂとから構成される。点火プラグ導体部１４ｂは、点火プラグの軸方向に延びる棒状の高圧端子（電極）であり、他の導電体へ向けてスパークを飛ばす。点火プラグ絶縁体部１４ａの材料としては、例えば碍子が使用される。

一方、第１区画壁１１、第２区画壁１２、第３区画壁１３のいずれかの端部には、放電棒１５が設けられる。放電棒１５は、棒状の導電体であり、点火プラグ導体部１４ｂから飛んでくるスパークを捕える。なお、図１の例では、放電棒１５が第１区画壁１１の端部に設けられた場合を例示している。放電棒１５の材料としては、例えばインコネルが使用される。

ここで、放電棒１５には屈曲部が無く、放電棒１５と点火プラグ導体部１４ｂとは、それぞれの長手方向において平行となるように配置されることが望ましい。このようにすると、放電棒１５が炎で炙られることを防ぐことができる。また、図２の例に示されるように、放電棒１５の先端と点火プラグ導体部１４ｂの先端との距離Ａが、第１区画壁１１の端部と点火プラグ導体部１４ｂの先端との距離Ｂよりも短くなるようにすることが望ましい。更に、放電棒１５の先端と点火プラグ導体部１４ｂの先端とが、それぞれの長手方向において同じ高さを保つようにすることが望ましい。すなわち、放電棒１５の先端と点火プラグ導体部１４ｂの先端とを結ぶ線分が、当該点火プラグ導体部１４ｂの長手方向（もしくは放電棒１５の長手方向）に対して垂直となるようにすることが望ましい。このようにすると、スパークを放電棒１５まで確実に飛ばすことができる。なお、こうした寸法の制約は、放電棒１５を第１区画壁１１の端部に設けた場合だけに限らず、放電棒１５を第２区画壁１２の端部に設けた場合や、第３区画壁１３の端部に設けた場合にも適用される。

このような構成において、点火プラグ１４にてスパークを飛ばすと、点火プラグ導体部１４ｂから最も距離の近い導体部である放電棒１５にスパークが飛び、燃料通路１２ａから噴出する燃料ガスは、第１空気通路１１ａから流れる空気と放電棒１５先端付近で混合する。すなわち、スパーク部に燃料ガスが流れ、確実に点火する。また、点火して火炎が形成されている間、放電棒１５には第１空気通路１１ａから流れる空気が流通し、放電棒１５は前記空気により冷却される。

本実施形態によれば、バーナ用燃料ガスが流れる付近までスパークを確実に飛ばすことが可能となり、点火性能が向上すると共に、火炎が形成されている間も放電棒１５は空気によって冷却され、また放電棒１５が炎で炙られることがないため、放電棒１５の高温耐久性を維持することができる。

また、放電棒１５を、例えば第１区画壁１１の端部に点火プラグ１４と同軸上に設置することで、点火プラグ導体部１４ｂと放電棒１５との距離を精度よく一定にする製造工程の実現が容易となり、歩留まりを向上させることが可能となる。

また、点火プラグ用の点火トランスには、特別に出力の高いものを選定する必要がなく、一般汎用品の点火トランスを適用することができるため、装置が大型になることがなく、また、改質装置のコストダウンを図ることができる。

また、このような効果を奏する改質装置を搭載する燃料電池発電システムにおいても、信頼性や生産性の向上、コストダウン等を図ることが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…改質装置、２…バーナ、１１…第１区画壁、１２…第２区画壁、１３…第３区画壁、１１ａ…第１空気通路、１２ａ…燃料通路、１３ａ…第２空気通路、１４…点火プラグ、１４ａ…点火プラグ絶縁体部、１４ｂ…点火プラグ導体部、１５…放電棒。

Claims

器内に触媒を充填した改質管を収容し、燃料ガスと空気の混合気を点火プラグで点火するバーナを備えた改質装置において、
前記バーナは、
中央に点火プラグを備えるとともに、この点火プラグと同心的に配置され、その外側に設けた第１区画壁との間に空気を流す第１空気通路と、
前記第１区画壁と同心的に配置され、その外側に設けた第２区画壁との間に燃料ガスを流す燃料通路と、
前記第２区画壁と同心的に配置され、その外側に設けた第３区画壁との間に空気を流す第２空気通路とを備え、
前記第１区画壁、前記第２区画壁、前記第３区画壁のいずれかの端部に放電棒が設けられていることを特徴とする改質装置。
請求項１に記載の改質装置において、前記放電棒が、前記第１区画壁の端部に設けられていることを特徴とする改質装置。
請求項１又は２に記載の改質装置において、前記放電棒と前記点火プラグの導体部とが、それぞれの長手方向において平行となるように配置されていることを特徴とする改質装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の改質装置において、前記放電棒の先端と前記点火プラグの導体部の先端との距離が、前記第１区画壁の端部と前記点火プラグの導体部の先端との距離よりも短いことを特徴とする改質装置。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の改質装置において、前記放電棒の先端と前記点火プラグの導体部の先端とが、それぞれの長手方向において同じ高さを保つように配置されていることを特徴とする改質装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の改質装置により改質された燃料改質ガスと酸化剤とを反応させることにより電力を発生させることを特徴とする燃料電池発電システム。