(57)【要約】【課題】水素を含む燃料ガスを安定して燃焼させつつ、失火や爆燃の可能性を低くできるバーナーを提供する。【解決手段】バーナー１が、ノズルＮの軸心Ｘの周囲に環状に形成され、酸素を含む第１ガスが供給されると共に燃焼空間Ｓ２で発生した熱が伝達される第１チャンバー６と燃料ガスとしての水素を含む第２ガスが供給されると共に燃焼空間Ｓ２で発生した熱が伝達される第２チャンバー７とを備え、柱状体Ｐと筒体２との間に形成される筒状空間Ｓ１は、第１チャンバー６及び第２チャンバー７と接続され、第２チャンバー７は筒状空間Ｓ１への合流部７ａに向かって流路断面積が小さくなり、第１チャンバー６から筒状空間Ｓ１に流入した第１ガスに、第２チャンバー７から第２ガスが吸引されながら混合され、その混合ガスが筒状空間Ｓ１を燃焼空間Ｓ２に向けて流れる。【選択図】図１
2014044029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状体、及び、当該柱状体の外周面を取り囲む筒体を有し、前記柱状体と前記筒体との間に形成される筒状空間を通して筒状の燃焼空間に少なくとも燃料ガスを噴出させるガス噴出口を有するノズルと、
前記燃焼空間に露出する前記ノズルの先端側に設けられて高電圧が印加される高電圧電極部と、当該高電圧電極部に近接して設けられる対向電極部との間で火花を発生して前記ガス噴出口から噴出される前記燃料ガスに点火する点火手段とを備えるバーナーであって、
前記ノズルの軸心の周囲に環状に形成され、酸素を含む第１ガスが供給されると共に前記燃焼空間で発生した熱が伝達されるように構成される第１チャンバーと、
前記ノズルの軸心の周囲に環状に形成され、前記燃料ガスとしての水素を含む第２ガスが供給されると共に前記燃焼空間で発生した熱が伝達されるように構成される第２チャンバーとを備え、
前記柱状体と前記筒体との間に形成される前記筒状空間は、前記第１チャンバー及び前記第２チャンバーと接続され、
前記第２チャンバーは、前記筒状空間への合流部に向かって流路断面積が小さくなるように形成され、
前記第１チャンバーから前記筒状空間に流入した前記第１ガスに、前記第２チャンバーから前記第２ガスが吸引されながら混合され、前記第１ガスと前記第２ガスとの混合ガスが前記筒状空間を前記燃焼空間に向けて流れるバーナー。
【請求項２】
前記第１ガスは、前記第１チャンバーにおいて前記ノズルの軸心周りを旋回するように前記第１チャンバーへ供給され、
前記第２ガスは、前記第２チャンバーにおいて前記ノズルの軸心周りを旋回するように前記第２チャンバーへ供給される請求項１に記載のバーナー。
【請求項３】
前記第１チャンバーにおける前記第１ガスの旋回方向と前記第２チャンバーにおける前記第２ガスの旋回方向とは逆方向である請求項２に記載のバーナー。
【請求項４】
前記柱状体と前記筒体との間の距離を一定に保つためのスペーサを備える請求項１〜３の何れか一項に記載のバーナー。
【請求項５】
前記スペーサは、前記筒状空間を流れるガスを前記ノズルの軸心周りの一方の方向へ旋回させるように構成されている請求項４に記載のバーナー。
【請求項６】
前記スペーサを複数個備え、
少なくとも一つの前記スペーサは、前記筒状空間を流れるガスを前記ノズルの軸心周りの一方の方向へ旋回させ、
他の少なくとも一つの前記スペーサは、前記筒状空間を流れるガスを前記ノズルの軸心周りの他方の方向へ旋回させる請求項４に記載のバーナー。
【請求項７】
前記ノズルの前記ガス噴出口から前記燃焼空間へ噴出する前記第１ガスと前記第２ガスとの混合ガスの少なくとも一部が衝突する被衝突体を前記ガス噴出口の近傍下流側に備え、前記被衝突体は通気性を有するように構成されている請求項１〜６の何れか一項に記載のバーナー。
【請求項８】
前記被衝突体及び前記筒体は導電性材料を用いて構成され、前記被衝突体は前記筒体と電気的に接続されると共に前記対向電極部として用いられる請求項７に記載のバーナー。
【請求項９】
前記第２チャンバーとの合流部における前記筒状空間の圧力が、前記第２チャンバーにおける圧力よりも低くなるように、前記筒状空間の前記合流部を流れる前記第１ガスの流速が調整されている請求項１〜８の何れか一項に記載のバーナー。
【請求項１０】
前記燃焼空間は、原燃料ガスの改質処理により燃料電池に供給される水素含有ガスを生成するための改質処理部に隣接して配置され、
前記燃焼空間で発生する燃焼熱が前記改質処理部の加熱用途に利用される請求項１〜９の何れか一項に記載のバーナー。
【請求項１１】
前記点火手段は、中心電極と接地電極とを有する点火プラグを有し、
前記点火プラグの前記中心電極は、前記燃焼空間に露出する前記高電圧電極部として機能する導体棒と電気的に接続され、
前記点火プラグの前記接地電極は、前記対向電極部と電気的に接続される請求項１〜１０の何れか一項に記載のバーナー。
【請求項１２】
前記点火プラグの前記中心電極と前記導体棒とが導電性弾性体を間に挟んで電気的に接続されている請求項１１に記載のバーナー。
【請求項１３】
前記点火プラグの前記中心電極と前記導体棒とが溶接により電気的に且つ構造的に接続されている請求項１１に記載のバーナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼空間に少なくとも燃料ガスを噴出させるガス噴出口を有するノズルと、ガス噴出口から噴出される燃料ガスに点火する点火手段とを備えるバーナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃焼空間に燃料ガスを噴出させるガス噴出口を有するノズルと、ガス噴出口から噴出される燃料ガスに点火する点火手段とを備えるバーナーが記載されている。このバーナーによって燃料ガスの燃焼が行われる燃焼空間は、原燃料ガスの改質処理により燃料電池に供給される水素含有ガスを生成するための改質処理部に隣接している。そして、燃焼空間で発生する燃焼熱が改質処理部の加熱用途に利用される。
【０００３】
また、特許文献１に記載のバーナーでは、燃焼空間に酸素を含む空気と水素を含む燃料とが各別に燃焼空間へ噴出され、燃焼空間において空気と燃料との混合が行われる。具体的には、燃焼空間への空気の第１噴出口と、燃料の噴出口と、空気の第２噴出口とを、燃焼空間の径方向の内側から外側に向かって順に配置することで、即ち、燃焼空間に噴出される燃料を、内径側と外径側とから空気で囲うことで、空気と燃料とを良好に混合させようとしている。そして、分布にむらのない火炎もしくは燃焼ガスを生成させようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１８２４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のバーナーでは、燃料としての水素が燃焼空気との混合が殆ど無いまま、高い濃度で燃焼空間に供給されている。そのため、不完全燃焼が発生し易い一方、保炎の信頼性も低く、失火し易くなるとともに、一旦失火した火炎が、燃焼空間の温度で可燃性ガスに再着火する爆発的燃焼（一般に爆燃と称される）が引き起こされる可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、水素を含む燃料ガスを安定して燃焼させつつ、失火や爆燃の可能性を低くできるバーナーを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係るバーナーの特徴構成は、柱状体、及び、当該柱状体の外周面を取り囲む筒体を有し、前記柱状体と前記筒体との間に形成される筒状空間を通して筒状の燃焼空間に少なくとも燃料ガスを噴出させるガス噴出口を有するノズルと、
前記燃焼空間に露出する前記ノズルの先端側に設けられて高電圧が印加される高電圧電極部と、当該高電圧電極部に近接して設けられる対向電極部との間で火花を発生して前記ガス噴出口から噴出される前記燃料ガスに点火する点火手段とを備えるバーナーであって、
前記ノズルの軸心の周囲に環状に形成され、酸素を含む第１ガスが供給される第１チャンバーと、
前記ノズルの軸心の周囲に環状に形成され、前記燃料ガスとしての水素を含む第２ガスが供給される第２チャンバーとを備え、
前記柱状体と前記筒体との間に形成される前記筒状空間は、前記第１チャンバー及び前記第２チャンバーと接続され、
前記第２チャンバーは、前記筒状空間への合流部に向かって流路断面積が小さくなるように形成され、
前記第１チャンバーから前記筒状空間に流入した前記第１ガスに、前記第２チャンバーから前記第２ガスが吸引されながら混合され、前記第１ガスと前記第２ガスとの混合ガスが前記筒状空間を前記燃焼空間に向けて流れる点にある。
【０００８】
上記特徴構成によれば、第２チャンバーは、筒状空間への合流部に向かって流路断面積が小さくなるように形成され、加えて、第１チャンバーから筒状空間に流入した第１ガスに対して第２チャンバーから第２ガスが吸引されながら混合された後で、第１ガスと第２ガスとの混合ガスが筒状空間を燃焼空間に向けて流れる。つまり、第１ガスと第２ガスとの予混合容積が小さくなるように構成されている。その結果、第２ガスに含まれる燃焼速度の高い水素を燃焼させるにおいて逆火の可能性を低減できる。また、万が一、爆燃が発生したとしても、予混合容積を小さくしている為、爆燃の規模を小さくすることができるので、爆燃によってバーナーの構成部品が変形や損傷することを回避できる。加えて、第１チャンバーから筒状空間に流入した第１ガスに、第２チャンバーから第２ガスが吸引されながら混合されるので、筒状空間を流れる第１ガスの流量変動にある程度合わせて第２ガスが筒状空間に供給される。つまり、水素を含む燃料ガスと酸素との比が大きく変動しないようになる。その結果、燃焼が安定して未燃の可燃性ガスや、不完全燃焼に伴う一酸化炭素などが発生しないようにできる。
更に、第１チャンバーと燃焼空間との間、及び、第２チャンバーと燃焼空間との間に、第１ガス及び第２ガスが流れる筒状空間を設けている。つまり、第１チャンバーにおける第１ガスの静圧、及び、第２チャンバーにおける第２ガスの静圧は、筒状空間において一旦、動圧に変換される。その結果、燃焼空間において圧力変動があったとしても、その圧力変動の影響が第１チャンバーでの圧力及び第２チャンバーでの圧力に及ぼされ難くできる。
【０００９】
また、燃焼空間で発生する燃焼熱は、第１チャンバー及び第２チャンバーに伝達される。つまり、第１ガスは、第１チャンバーを経由してから燃焼空間に供給されるので、燃焼空間に供給される前の第１チャンバーに滞留している間に第１ガスへの加熱が行われる。同様に、第２ガスは、第２チャンバーを経由してから燃焼空間に供給されるので、燃焼空間に供給される前の第２チャンバーに滞留している間に、即ち、内周側の合流部よりも流路断面積が大きい外周側で滞留している間に、第２ガスへの加熱が行われる。従って、第１ガスに水滴が含まれていたとしても、燃焼空間に供給される前の第１チャンバーにおいて滞留している間に、その水滴を蒸発によって減少させる或いは取り除くことができる。同様に、第２ガスに水分が含まれていたとしても、燃焼空間に供給される前の第２チャンバーに滞留している間に、その水滴を蒸発によって減少させる或いは取り除くことができる。このように、第１ガス又は第２ガスに含まれている水滴が、高温の燃焼空間に至る前段階で除去されるので、水滴が燃焼空間で瞬時に蒸発して膨張することによる火炎の吹き消えするなどの問題の発生を回避でき、火炎を安定燃焼させることができる。
【００１０】
本発明に係るバーナーの更に別の特徴構成は、前記第１ガスは、前記第１チャンバーにおいて前記ノズルの軸心周りを旋回するように前記第１チャンバーへ供給され、
前記第２ガスは、前記第２チャンバーにおいて前記ノズルの軸心周りを旋回するように前記第２チャンバーへ供給される点にある。
【００１１】
上記特徴構成によれば、旋回させることで、第１チャンバーにおける第１ガスの行路長を、ショートパスを抑止することで実質的に長くでき、第２チャンバーにおける第２ガスの行路長も同様に長くできる。その結果、第１ガスが第１チャンバーの内部で熱の伝達を受ける時間を実質的に長くすることができ、第２ガスが第２チャンバーの内部で熱の伝達を受ける時間も実質的に長くすることができる。特に、第１ガスが第１チャンバー内を旋回中に及び第２ガスが第２チャンバー内を旋回中に、燃焼空間の燃焼熱が伝達される第１チャンバー及び第２チャンバーの壁面に接触すると、第１チャンバー及び第２チャンバーの壁面から熱を直接受けて、第１ガスや第２ガスに含まれている水滴を蒸発によってさらに有効的に減少させる或いは取り除くことができる。
【００１２】
本発明に係るバーナーの更に別の特徴構成は、前記第１チャンバーにおける前記第１ガスの旋回方向と前記第２チャンバーにおける前記第２ガスの旋回方向とは逆方向である点にある。
【００１３】
上記特徴構成によれば、第１チャンバーから旋回しながら筒状空間に流入した第１ガスの旋回方向と、第２チャンバーから旋回しながら筒状空間に流入した第２ガスの旋回方向とが逆方向になる。その結果、筒状空間において第１ガスと第２ガスとが衝突して両者の混合が促進されると共に、ガスの軸方向周りの旋回においてその旋回方向が一方向に偏るのを防止してノズルの軸方向に線対称に近い良好な火炎を形成できる。
【００１４】
本発明に係るバーナーの更に別の特徴構成は、前記柱状体と前記筒体との間の距離を一定に保つためのスペーサを備える点にある。
【００１５】
上記特徴構成によれば、筒状空間において、スペーサによって筒状空間の幅を良好に維持できると共に、第１ガス及び第２ガスの流れを制御できる。加えて、筒状空間を流れる第１ガス及び第２ガスがスペーサに衝突してガスの流れが乱れ、結果として第１ガス及び第２ガスの混合が更に促進されるという利点がある。
【００１６】
本発明に係るバーナーの更に別の特徴構成は、前記スペーサは、前記筒状空間を流れるガスを前記ノズルの軸心周りの一方の方向へ旋回させるように構成されている点にある。
【００１７】
上記特徴構成によれば、第１ガス及び第２ガスをスペーサによって旋回させながら筒状空間に流すことができる。つまり、第１ガス及び第２ガスが旋回せずに直線的に筒状空間を通過する場合に比べて、筒状空間の内部での第１ガス及び第２ガスの混合を促進することができる。
【００１８】
本発明に係るバーナーの更に別の特徴構成は、前記スペーサを複数個備え、
少なくとも一つの前記スペーサは、前記筒状空間を流れるガスを前記ノズルの軸心周りの一方の方向へ旋回させ、
他の少なくとも一つの前記スペーサは、前記筒状空間を流れるガスを前記ノズルの軸心周りの他方の方向へ旋回させる点にある。
【００１９】
上記特徴構成によれば、筒状空間に設けられたスペーサによってガスが強制的に旋回させられることで、筒状空間においても、一方の方向へ旋回するガスと他方の方向へ旋回するガスとの衝突が起こり、それにより両者の混合が促進される。加えて、混合ガスの軸方向周りの旋回においてその旋回方向が一方向に偏るのを防止してノズルの軸方向に線対称に近い良好な火炎を形成できる。
【００２０】
本発明に係るバーナーの更に別の特徴構成は、前記ノズルの前記ガス噴出口から前記燃焼空間へ噴出する前記第１ガスと前記第２ガスとの混合ガスの少なくとも一部が衝突する被衝突体を前記ガス噴出口の近傍下流側に備え、前記被衝突体は通気性を有するように構成されている点にある。
【００２１】
上記特徴構成によれば、ガス噴出口から噴出した混合ガスが被衝突体に衝突して被衝突体を通過するとき、混合ガスの流速が低下するので、その混合ガスの流速が低下した領域での保炎性を高めることができる。更に、火炎の輻射によって被衝突体が赤熱することでも保炎性が高まり、失火を抑制できる。また、この被衝突体は通気性を有するため、被衝突体を通過した混合ガスも火炎形成に寄与し、保炎性が高まる。また、筒状空間を旋回してきたガスが被衝突体に衝突すると、少なくともその旋回は弱められる。その結果、筒状空間におけるガスの旋回方向が一方向に偏っていたとしても、強く偏った旋回方向のままで燃焼空間に噴出されることを矯正することができる。そのため、例えば、筒状空間に設けたスペーサが、ガスを一方向にのみ旋回させるものであったとしても、被衝突体によってガスの旋回を弱めた上で燃焼空間に噴出させることができる。
【００２２】
本発明に係るバーナーの更に別の特徴構成は、前記被衝突体及び前記筒体は導電性材料を用いて構成され、前記被衝突体は前記筒体と電気的に接続されると共に前記対向電極部として用いられる点にある。
【００２３】
上記特徴構成によれば、ガス噴出口から噴出した混合ガスが被衝突体に衝突して、混合ガスの流速が低下した領域で、高電圧電極部と対向電極部との間での火花点火を行うことができる。
【００２４】
本発明に係るバーナーの更に別の特徴構成は、前記第２チャンバーとの合流部における前記筒状空間の圧力が、前記第２チャンバーにおける圧力よりも低くなるように、前記筒状空間の前記合流部を流れる前記第１ガスの流速が調整されている点にある。
【００２５】
上記特徴構成によれば、ベンチュリ効果によって第２ガスを筒状空間へと効果的に引き込むことができる。
【００２６】
本発明に係るバーナーの更に別の特徴構成は、前記燃焼空間は、原燃料ガスの改質処理により燃料電池に供給される水素含有ガスを生成するための改質処理部に隣接して配置され、
前記燃焼空間で発生する燃焼熱が前記改質処理部の加熱用途に利用される点にある。
【００２７】
上記特徴構成によれば、燃焼空間で発生した燃焼熱を、燃焼空間に隣接する改質処理部に対して伝達して、改質処理部が加熱されるようにできる。その結果、吸熱反応である改質処理部での改質反応をその燃焼熱を用いて促進させることができる。
【００２８】
本発明に係るバーナーの更に別の特徴構成は、前記点火手段は、中心電極と接地電極とを有する点火プラグを有し、
前記点火プラグの前記中心電極は、前記燃焼空間に露出する前記高電圧電極部として機能する導体棒と電気的に接続され、
前記点火プラグの前記接地電極は、前記対向電極部と電気的に接続される点にある。
【００２９】
上記特徴構成によれば、点火プラグの中心電極が、高電圧電極部として機能する導体棒を用いて延長される。つまり、点火プラグの中心電極がノズルの先端側に露出していなくても、導体棒を用いてその中心電極を延長して、導体棒をノズルの先端側に露出させることができる。
【００３０】
本発明に係るバーナーの更に別の特徴構成は、前記点火プラグの前記中心電極と前記導体棒とが導電性弾性体を間に挟んで電気的に接続されている点にある。
【００３１】
上記特徴構成によれば、導電性弾性体が点火プラグの中心電極と導体棒とに圧着するので、点火プラグの中心電極と導体棒との電気的な接続を導電性弾性体を介して確実に行うことができる。加えて、導体棒と導電性弾性体を残して点火プラグのみを取り外すことを自在に行えるので、例えば、点火プラグが故障した場合などに点火プラグのみを交換することを容易に行える。
【００３２】
本発明に係るバーナーの更に別の特徴構成は、前記点火プラグの前記中心電極と前記導体棒とが溶接により電気的に且つ構造的に接続されている点にある。
【００３３】
上記特徴構成によれば、溶接により、点火プラグの中心電極と導体棒との電気的且つ構造的な接続を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】バーナーの断面構造を示す図である。
【図２】バーナーの斜視図である。
【図３】スペーサの構造を説明する図である。
【図４】別実施形態のバーナーの断面構造を示す図である。
【図５】別実施形態のスペーサの構造を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に、図面を参照して本発明に係るバーナー１の構成について説明する。
図１は、バーナー１の断面構造を示す図である。図２は、バーナー１の斜視図である。図示するように、バーナー１が有する燃焼空間Ｓ２には、燃焼空間Ｓ２へ向けて燃料ガスを噴出させ、その噴出された燃料ガスへ点火するためのノズルＮが突出している。本実施形態では、バーナー１の燃焼空間Ｓ２は、原燃料ガスの改質処理により燃料電池（図示せず）に供給される水素含有ガスを生成するための改質処理部３０に隣接して配置され、燃焼空間Ｓ２で発生する燃焼熱が改質処理部３０の加熱用途に利用される。そして、改質処理部３０によって生成された水素を主成分とする水素含有ガスは、燃料電池の燃料極に供給される。
【００３６】
燃料ガスを燃焼させる燃焼空間Ｓ２は、上下方向に軸心Ｘを有する円筒状の側壁１６の内側の空間として形成される。燃焼空間Ｓ２の上方側は、後述するノズルＮ、第１チャンバー６、第２チャンバー７により閉塞されている。そして、バーナー１は、ガス噴出口３が形成されたノズルＮの先端が下向きになるように構成されている。その結果、燃焼空間Ｓ２では、上方に設けられたバーナー１のガス噴出口３から下向きに燃料ガスが噴出されて下向きの火炎が形成されることになる。
【００３７】
バーナー１の燃焼空間Ｓ２を囲う円筒状の側壁１６よりも更に外側には、その側壁１６と同心状に配置された円筒状の外壁１９が設けられている。そして、側壁１６と外壁１９との間に形成された燃焼排ガス通路２０が、燃焼空間Ｓ２に対して、側壁１６の下方端に設けられた折返部２１により連通されている。その結果、燃焼空間Ｓ２において生成された燃焼排ガスは、その燃焼空間Ｓ２において下向きに通流した後に折返部２１を通じて燃焼排ガス通路２０に流入し、その燃焼排ガス通路２０を上向きに通流した後に外部に排出される。改質処理部３０は、この外壁１９を取り囲む円筒状の部位として燃焼空間Ｓ２に隣接配置されており、燃焼排ガス通路２０を通流する燃焼排ガスの熱が外壁１９を通じて伝達されることで加熱されるように構成されている。
【００３８】
ノズルＮは、柱状体Ｐ、及び、柱状体Ｐの外周面を取り囲む筒体２を有する。そして、柱状体Ｐと筒体２との間に形成される筒状空間Ｓ１を通して筒状の燃焼空間Ｓ２に少なくとも燃料ガスを噴出させるガス噴出口３が、燃焼空間Ｓ２に露出するノズルＮの先端側に設けられている。燃焼空間Ｓ２に露出するノズルＮの先端側には、高電圧が印加される高電圧電極部４と、高電圧電極部４に近接して設けられる対向電極部５とが設けられる。高電圧電極部４と対向電極部５とは、火花を発生してガス噴出口３から噴出される燃料ガスに点火する点火手段Ｆとして機能する。
【００３９】
柱状体Ｐは、例えば金属等の導電性の内筒１３の内側に、点火手段Ｆを構成する点火プラグ１２を有する。点火プラグ１２は、中心電極１２ａと接地電極１２ｂとを、その間に絶縁体１２ｃを挟んで有する。点火プラグ１２の中心電極１２ａは、燃焼空間Ｓ２に露出する高電圧電極部４として機能する導体棒２２と電気的に接続される。導体棒２２と内筒１３の間が、セラミック製の絶縁性耐火材１４で埋められることで、導体棒２２が内筒１３に対して固定されている。本実施形態では、点火プラグ１２の中心電極１２ａと導体棒２２とが導電性弾性体２３を間に挟んで電気的に接続されている。導電性弾性体２３としては、例えば、導電性スプリングなどを用いることができる。このように、導電性弾性体２３が点火プラグ１２の中心電極１２ａと導体棒２２とに圧着するので、点火プラグ１２の中心電極１２ａと導体棒２２との電気的な接続を、導電性弾性体２３を介して確実に行うことができる。加えて、導体棒２２と導電性弾性体２３を残して点火プラグ１２のみを取り外すことを自在に行えるので、例えば、点火プラグ１２が故障した場合などに点火プラグ１２のみを交換することを容易に行える。
【００４０】
更に、本実施形態のように、燃焼空間で発生する燃焼熱がバーナー１の構成部材に伝達されるとしても、点火プラグ１２が内側に設けられる内筒１３の外周面には第１ガス及び第２ガスが接触して、内筒１３の冷却が行われる。従って、点火プラグ１２に要求される耐熱性能を低くできる。
【００４１】
本実施形態では、バーナー１の内部は、筒体２、内筒１３、天板１５、側壁１６、第１隔壁１７、および、第２隔壁１８によって区画されている。また、これら筒体２、内筒１３、天板１５、側壁１６、及び、第２隔壁１８は、耐熱性の高い金属等の導電性の材料を用いて構成される。
【００４２】
点火プラグ１２の接地電極１２ｂは、内筒１３と接触して互いに電気的に導通している。内筒１３、天板１５、側壁１６、第２隔壁１８、筒体２、及び、被衝突体１１は、何れも導電性材料を用いて構成される。その結果、点火プラグ１２の接地電極１２ｂと接触する内筒１３は、バーナー１の天板１５及び側壁１６及び筒体２を介して被衝突体１１と電気的に接続されている。そして、被衝突体１１は、点火手段Ｆの対向電極部５として用いられる。つまり、点火プラグ１２の接地電極１２ｂは、点火手段Ｆの対向電極部５と電気的に接続される。
【００４３】
バーナー１は、ノズルＮのガス噴出口３から燃焼空間Ｓ２へ噴出する第１ガスと第２ガスとの混合ガスの少なくとも一部が衝突する被衝突体１１をガス噴出口３の近傍下流側に備える。被衝突体１１は通気性を有するように構成されている。例えば、被衝突体１１は、焼結金属や発泡金属、あるいは金属製メッシュ等を環状に成形することで得られる。或いは、被衝突体１１は、金属板に通気孔を形成することで得られる。このような被衝突体１１を用いることで、ガス噴出口３から噴出した混合ガスの少なくとも一部は被衝突体１１に衝突し、被衝突体１１を通り抜ける。つまり、被衝突体１１に衝突して通り抜ける間に、ガス噴出口３から噴出する混合ガスの流速が低下するので、その混合ガスの流速が低下した領域での保炎性を高めることができる。更に、火炎の輻射によって被衝突体１１が赤熱することでも保炎性が高まり、失火を抑制できる。また、この被衝突体１１は通気性を有するため、被衝突体１１を通過した混合ガスも火炎形成に寄与し、保炎性が高まる。
【００４４】
加えて、バーナー１は、ノズルＮの軸心Ｘの周囲に環状に形成され、酸素を含む第１ガスが供給されると共に燃焼空間Ｓ２で発生した熱が伝達されるように構成される第１チャンバー６と、ノズルＮの軸心Ｘの周囲に環状に形成され、燃料ガスとしての水素を含む第２ガスが供給されると共に燃焼空間Ｓ２で発生した熱が伝達されるように構成される第２チャンバー７とを備える。柱状体Ｐと筒体２との間に形成される筒状空間Ｓ１は、第１チャンバー６及び第２チャンバー７と接続される。
【００４５】
第１チャンバー６は、内筒１３、天板１５、側壁１６、第１隔壁１７によって区画された領域である。第１チャンバー６は閉鎖された空間ではなく、第１ガス供給管８及び筒状空間Ｓ１が第１チャンバー６に接続されている。そして、第１ガス供給管８を通って第１ガスが第１チャンバー６へと流入可能であり、筒状空間Ｓ１を通って第１ガスが第１チャンバー６から流出可能である。
【００４６】
第１ガスは、第１チャンバー６においてノズルＮの軸心Ｘ周りを旋回するように第１チャンバー６へ供給される。具体的には、図２の斜視図に示すように、第１ガス供給管８が、第１チャンバー６の接線方向に沿って第１チャンバー６に対して接続される。その結果、第１ガス供給管８から第１チャンバー６に流入した第１ガスは、第１チャンバー６の内部を旋回するように流れる。
【００４７】
第２チャンバー７は、側壁１６、第１隔壁１７、第２隔壁１８によって区画された領域である。第２チャンバー７は閉鎖された空間ではなく、第２ガス供給管９及び筒状空間Ｓ１が第２チャンバー７に接続されている。そして、第２ガス供給管９を通って第２ガスが第２チャンバー７へと流入可能であり、筒状空間Ｓ１を通って第２ガスが第２チャンバー７から流出可能である。
【００４８】
第２ガスは、第２チャンバー７においてノズルＮの軸心Ｘ周りを旋回するように第２チャンバー７へ供給される。具体的には、図２の斜視図に示すように、第２ガス供給管９が、第２チャンバー７の接線方向に沿って第２チャンバー７に対して接続される。その結果、第２ガス供給管９から第２チャンバー７に流入した第２ガスは、第２チャンバー７の内部を旋回するように流れる。
【００４９】
以上のように、第１ガスは、第１チャンバー６を経由してから燃焼空間Ｓ２に供給されるので、燃焼空間Ｓ２に供給される前の第１チャンバー６に滞留している間に第１ガスへの加熱が行われる。同様に、第２ガスは、第２チャンバー７を経由してから燃焼空間Ｓ２に供給されるので、燃焼空間Ｓ２に供給される前の第２チャンバー７に滞留している間に、即ち、内周側の合流部７ａよりも流路断面積が大きい外周側のガス貯留部７ｂで滞留している間に、第２ガスへの加熱が行われる。従って、第１ガスに水滴が含まれていたとしても、燃焼空間Ｓ２に供給される前の第１チャンバー６に滞留している間にその水滴を蒸発により減少させる或いは取り除くことができる。第２ガスに水滴が含まれていたとしても、同様に燃焼空間Ｓ２に供給される前の第２チャンバー７に滞留している間にその水滴を蒸発により減少させる或いは取り除くことができる。このように、第１ガス又は第２ガスに含まれている水滴が、高温の燃焼空間Ｓ２に至る前段階で除去されるので、水滴が燃焼空間Ｓ２で瞬時蒸発して火炎が吹き消えするなどの問題の発生を回避でき、火炎を安定させることができる。特に、燃料電池の燃料極から排出されるガス（即ち、発電反応で消費されなかった水素が残留しているガス）を第２ガスとして用いる場合はその第２ガスには水滴が含まれる可能性が高いため、バーナー上記構成の第２チャンバー７を用いることで、第２ガスに含まれる水滴を蒸発によって減少或いは除去させることを効果的に行うことで、失火等を防止することができる。
【００５０】
更に、本実施形態では、図２に示したように、第１チャンバー６における第１ガスの旋回方向と第２チャンバー７における第２ガスの旋回方向とは逆方向である。つまり、第１チャンバー６から旋回しながら筒状空間Ｓ１に流入した第１ガスの旋回方向と、第２チャンバー７から旋回しながら筒状空間Ｓ１に流入した第２ガスの旋回方向とは逆方向になる。その結果、筒状空間Ｓ１において第１ガスと第２ガスとが衝突して両者の混合が促進されると共に、ガスの軸心Ｘの周りの旋回においてその旋回方向が一方向に偏るのを防止してノズルＮの軸心Ｘの方向に線対称に近い良好な火炎を形成できる。
【００５１】
筒状空間Ｓ１では、第１チャンバー６から流入してきた第１ガスに、第２チャンバー７から第２ガスが吸引されながら混合され、第１ガスと第２ガスとの混合ガスがノズルＮの軸心Ｘ方向に沿って筒状空間Ｓ１を燃焼空間Ｓ２に向けて流れる。具体的には、第２チャンバー７との合流部７ａにおける筒状空間Ｓ１の圧力が、第２チャンバー７における圧力よりも低くなるように、筒状空間Ｓ１の合流部７ａを流れる第１ガスの流速が調整されている。その結果、ベンチュリ効果によって第２ガスを筒状空間Ｓ１へと効果的に引き込むことができる。
【００５２】
第２チャンバー７は、筒状空間Ｓ１への合流部７ａに向かって流路断面積が小さくなるように形成されている。言い換えると、環状の第２チャンバー７の外周側から内周側に向かって流路断面積が小さくなるように形成されている。そして、第２チャンバー７の外周側に、内周側より流路断面積が大きなガス貯留部７ｂが形成されている。このような構成により、第１ガスと第２ガスとの予混合容積が小さくなる。その結果、第２ガスに含まれる燃焼速度の高い水素を燃焼させるにおいて逆火の可能性を低減できる。また、爆燃が発生したとしても、その規模を小さくすることができるので、爆燃によってバーナー１の構成部品が変形や損傷することを回避できる。加えて、第１チャンバー６から筒状空間Ｓ１に流入した第１ガスに、第２チャンバー７から第２ガスが吸引されながら混合されるので、筒状空間Ｓ１を流れる第１ガスの流量変動にある程度合わせて第２ガスが筒状空間Ｓ１に供給される。つまり、燃料ガスとしての水素等の可燃性ガスと酸素との比が大きく変動しないようになる。その結果、燃焼が安定して未燃成分や一酸化炭素が発生しないようにできる。
【００５３】
更に、上記構成により、第１チャンバー６における第１ガスの静圧、及び、第２チャンバー７における第２ガスの静圧は、筒状空間Ｓ１において一旦動圧に変換される。その結果、燃焼空間Ｓ２において圧力変動があったとしても、その圧力変動の影響が第１チャンバー６での圧力及び第２チャンバー７での圧力に及ぼされ難くできる。
【００５４】
図３は、スペーサ１０の構造を説明する図である。バーナー１は、柱状体Ｐと筒体２との間の距離を一定に保つためのスペーサ１０を備える。スペーサ１０によって筒状空間Ｓ１の幅を良好に維持できると共に、第１ガス及び第２ガスの流れを制御できる。加えて、筒状空間Ｓ１を流れる第１ガス及び第２ガスがスペーサ１０に衝突してガスの流れが乱れ、結果として第１ガス及び第２ガスの混合が促進される。
【００５５】
加えて、本実施形態では、バーナー１は、スペーサ１０を複数個備え、少なくとも一つのスペーサ１０ａ（１０）は、筒状空間Ｓ１を流れるガスをノズルＮの軸心Ｘ周りの一方の方向へ旋回させ、他の少なくとも一つのスペーサ１０ｂ（１０）は、筒状空間Ｓ１を流れるガスをノズルＮの軸心Ｘ周りの他方の方向へ旋回させるように構成されている。具体的には、内筒１３と筒体２との間に設けられる板状のスペーサ１０ａ、１０ｂのそれぞれは、ノズルＮの先端方向に向かって傾斜するように設けられている。その結果、筒状空間Ｓ１を流れるガスは、スペーサ１０の傾斜方向に導かれながらノズルＮの軸心Ｘ周りを旋回することとなる。更に、スペーサ１０ａを含む平面と、スペーサ１０ｂを含む平面とは互いに交差するように配置されている。このように、筒状空間Ｓ１に設けられたスペーサ１０ａ、１０ｂによってガスが強制的に旋回させられることで、筒状空間Ｓ１においても、一方の方向へ旋回するガスと他方の方向へ旋回するガスとの衝突が起こり、それにより両者の混合が促進される。加えて、混合ガスの軸心Ｘの周りの旋回においてその旋回方向が一方向に偏るのを防止してノズルＮの軸心Ｘの方向に線対称に近い良好な火炎を形成できる。
【００５６】
＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態において、バーナーの内部の構造を適宜変更してもよい。例えば、図４は、別実施形態のバーナーの断面構造を示す図である。図４に示す例では、筒状空間Ｓ１の形状が上記実施形態で説明したバーナーと異なっている。具体的には、第１隔壁１７の内周側の端部が内筒１３に沿ってノズルＮの先端方向に向かって屈曲している。その結果、第１ガスは、内筒１３と第１隔壁１７とで形成される空間をノズルＮの先端方向に向かって流れることとなる。また、第２隔壁１８の内周側の端部は、ノズルＮの先端方向に向かって屈曲している第１隔壁１７に対面する。つまり、第２チャンバー７と筒状空間Ｓ１との合流部７ａは、第１隔壁１７よりも外周側に位置し、ノズルＮの先端方向に向かって開口している。このような構成を採用することで、ベンチュリ効果が更に高まる。
【００５７】
＜２＞
上記実施形態において、スペーサの数、形状、設置形態などは適宜変更可能である。図５に示す例では、スペーサ１０ｃ、１０ｄ（１０）は、ノズルＮの先端方向に向かって傾斜しておらず、ノズルＮの先端（ガス噴出口３）へ向かう方向に対して垂直に設置されている。そのため、筒状空間Ｓ１を流れるガスは、スペーサ１０ｃ、１０ｄによって所定の方向に旋回させられることはないが、スペーサ１０ｃ、１０ｄに衝突して流れが乱され、結果として第１ガス及び第２ガスの混合が促進される。
また、図示は省略するが、図３に例示したスペーサ１０ａ、１０ｂが互いに平行になるように、即ち、筒状空間Ｓ１を流れるガスがスペーサ１０ａ、１０ｂによって同じ方向に旋回させられるように設けてもよい。他にも、スペーサ１０を３個以上設けるような変更や、１つだけ設けるような変更も可能である。
尚、１つのスペーサ１０によって、或いは、複数のスペーサ１０によって、筒状空間Ｓ１を流れるガスが一方向にのみ旋回させられたとしても、上記被衝突体１１を備えていれば、筒状空間Ｓ１を旋回してきたガスが被衝突体１１に衝突すると、少なくとのその旋回は弱められる。つまり、筒状空間Ｓ１におけるガスの旋回方向が一方向に偏っていたとしても、被衝突体１１によって、強く偏った旋回方向のままでガスが燃焼空間Ｓ２に噴出されることを矯正することができる。
【００５８】
＜３＞
上記実施形態において、点火プラグ１２の中心電極１２ａと導体棒２２との接続形態は適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、点火プラグ１２の中心電極１２ａと導体棒２２とが導電性弾性体２３を介して電気的に接続される例を説明したが、導電性弾性体２３を介さずに点火プラグ１２の中心電極１２ａと導体棒２２とが電気的に接続されるように変更してもよい。例えば、点火プラグ１２の中心電極１２ａと導体棒２２とを溶接して、その溶接により両者を電気的に且つ構造的に接続してもよい。
【００５９】
＜４＞
上記実施形態において、第１チャンバー６へ酸素を含む第１ガスを供給し、第２チャンバー７へ燃料ガスとしての水素を含む第２ガスを供給する態様を説明したが、このバーナー１を別の態様で使用してもよい。例えば、第１チャンバー６へ酸素を含む空気及び炭化水素ガス（例えば、メタン等を含む都市ガスなど）の混合ガスを第１ガスとして供給してもよい。つまり、第２ガスに含まれる水素などの可燃性ガス量が少なくても或いは可燃性ガスが含まれていなくても、第１ガスとして供給される炭化水素ガスを燃料として、燃焼空間Ｓ２で少なくともその炭化水素ガスの燃焼が行われるようにできる。
また、燃焼空間Ｓ２への酸素の供給経路として、第１チャンバー６を介した供給経路とは別の経路を用意してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、水素を含む燃料ガスを安定して燃焼させつつ、失火や爆燃の可能性を低くできるバーナーに利用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１  バーナー
２  筒体
３  ガス噴出口
４  高電圧電極部
５  対向電極部
６  第１チャンバー
７  第２チャンバー
７ａ  合流部
７ｂ  ガス貯留部
８  第１ガス供給管
９  第２ガス供給管
１０  スペーサ
１１  被衝突体（対向電極部  ５）
１２  点火プラグ
１２ａ  中心電極
１２ｂ  接地電極
１２ｃ  絶縁体
１３  内筒
１４  絶縁性耐火材
１５  天板
１６  側壁
１７  第１隔壁
１８  第２隔壁
１９  外壁
２０  燃焼排ガス通路
２１  折返部
２２  導体棒（高電圧電極部  ４）
２３  導電性スプリング
３０  改質処理部
Ｆ  点火手段
Ｎ  ノズル
Ｐ  柱状体
Ｓ１  筒状空間
Ｓ２  燃焼空間
Ｘ  軸心
【図１】
2014044029.tif 000003
【図２】
2014044029.tif 000004
【図３】
2014044029.tif 000005
【図４】
2014044029.tif 000006
【図５】
2014044029.tif 000007