(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼空間に燃料ガスを噴出させるガス噴出口を先端に形成してなるノズル本体と、
高電圧が印加される高電圧電極と前記ノズル本体に接地された接地電極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燃料ガスを点火する点火手段とを備えたバーナであって、
前記ノズル本体が、前記ガス噴出口を外囲する状態で先端に形成された環状の二次空気口を有すると共に、当該二次空気口から前記燃焼空間に二次空気を噴出させるように構成され、
前記点火手段が、前記高電圧電極を前記ガス噴出口の内側に配置すると共に、前記接地電極を前記ガス噴出口からの放射方向に板面を沿わせて配置された板状体で構成してなるバーナ。
【請求項２】
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する空間が、前記燃焼空間とされ、
前記改質処理部の加熱用として設けられた請求項１に記載のバーナ。
【請求項３】
前記燃焼空間の基端側が閉塞され、
前記ノズル本体が、前記燃焼空間の基端側に固定されて、前記ガス噴出口から前記燃焼空間の先端側に向けて燃料ガスを噴出させる状態で配置されている請求項１又は２に記載のバーナ。
【請求項４】
前記接地電極として構成された板状体が、基端側が前記ノズル本体の外側面に固定され、且つ、先端側が前記高電圧電極に近接するように形成されている請求項１〜３の何れか１項に記載のバーナ。
【請求項５】
前記高電圧電極が、前記ガス噴出口における燃料ガスの噴出方向に延出する棒状体で構成されている請求項１〜４の何れか１項に記載のバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼空間に燃料ガスを噴出させるガス噴出口を先端に形成してなるノズル本体と、
高電圧が印加される高電圧電極と前記ノズル本体に接地された接地電極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燃料ガスを点火する点火手段とを備えたバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のバーナとして、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の加熱用に設けられるバーナがある。当該バーナは、ノズル本体の先端に形成されたガス噴出口から燃焼空間に燃料ガスを噴出させて燃焼させることで、燃焼空間に隣接する改質処理部を加熱するように構成されている（例えば特許文献１及び特許文献２参照。）。
かかる改質処理部の加熱用のバーナでは、燃焼空間は基端側が閉塞された空間として形成されており、その燃焼空間においてノズル本体は燃焼空間の基端側に固定されてガス噴出口から燃焼空間の先端側に向けて燃料ガスを噴出させる状態で配置されている。また、このようなバーナには、ガス噴出口から噴出される燃料ガスを火花点火するために点火手段が設けられており、かかる点火手段は、高電圧が印加される高電圧電極とノズル本体に接地された接地電極との間で火花を発生させるように構成されている。
通常のバーナでは、特許文献２において「高電圧電極８」及び「接地電極７」で示されているように、点火手段の高電圧電極及び接地電極は共に、ガス噴出口に臨むように配置された棒状体で構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０００／０６３１１４号公報
【特許文献２】特開２００６−１０５４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように従来のバーナでは、点火手段は、高電圧電極及び接地電極が共にガス噴出口の下流側に形成される火炎に晒されるなどして非常に高温になり熱劣化が進行するという理由で、寿命が短くなるという問題があった。
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、点火手段の長寿命化を図ることができるバーナ装置を実現する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的を達成するための本発明に係るバーナは、
燃焼空間に燃料ガスを噴出させるガス噴出口を先端に形成してなるノズル本体と、
高電圧が印加される高電圧電極と前記ノズル本体に接地された接地電極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燃料ガスを点火する点火手段とを備えたバーナであって、
その第１特徴構成は、
前記ノズル本体が、前記ガス噴出口を外囲する状態で先端に形成された環状の二次空気口を有すると共に、当該二次空気口から前記燃焼空間に二次空気を噴出させるように構成され、
前記点火手段が、前記高電圧電極を前記ガス噴出口の内側に配置すると共に、前記接地電極を前記ガス噴出口からの放射方向に板面を沿わせて配置された板状体で構成してなる点にある。
尚、本願においてガス噴出口からの放射方向とは、ガス噴出口における燃料ガスの噴出方向に対し、当該噴出方向に略直交する方向に沿って、外側に離間する方向を示す。
【０００６】
上記第１特徴構成によれば、点火手段の長寿命化を図ることができるバーナ装置を実現することができる。
即ち、点火手段の高電圧電極については、ガス噴出口の内側、好ましくはガス噴出口の中心部分に配置されているから、常に燃焼前で比較的低温の燃料ガスが表面を通流することで常に冷却された状態となって、高温化が抑制されることになる。
一方、二次空気口から燃焼空間に噴出される二次空気は、内側で発生する燃料ガスの燃焼圧を受けてガス噴出口からの放射方向に通流することになる。よって、同放射方向に板面を沿わせて配置された板状体で構成された点火手段の接地電極については、この板面に沿って通流する比較的低温の二次空気との熱交換により、その板面が常時冷却された状態となって、高温化が抑制されることになる。また、かかる接地電極は、ガス噴射口の下流側に形成される火炎の輻射を、比較的厚みが小さい板状体の側面のみで受ける状態で配置されることになるので、火炎からの輻射による高温化が抑制されることになる。
更に、板状体で構成された接地電極は、その火炎に面する部分の面積を同等とした棒状体で構成した場合と比較して、先端側から基端側へ向かう伝熱経路の横断面積を大きく取ることができるので、その先端側が火炎に晒されて局所的に高温になった場合でも、その熱を積極的に基端側を通じて熱容量の大きいノズル本体側に伝達させることができるので、接地電極全体の高温化を回避することができる。
従って、本発明により、高電圧電極及び接地電極の高温化を抑制することができるので、点火手段の長寿命化を図ることができる。
【０００７】
本発明に係るバーナの第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
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する空間が、前記燃焼空間とされ、
前記改質処理部の加熱用として設けられた点にある。
【０００８】
上記第２特徴構成によれば、改質処理部の加熱用として設けられたバーナでは、燃料電池の燃料極から排出され水素を含むオフガスを燃料ガスとして利用することで、燃焼空間での火炎の温度が比較的高くなる場合があるが、このような場合においても高電圧電極及び接地電極の高温化を抑制されるため、点火手段の長寿命化を図ることができる。
【０００９】
本発明に係るバーナの第３特徴構成は、上記第１乃至第２特徴構成の何れかに加えて、
前記燃焼空間の基端側が閉塞され、
前記ノズル本体が、前記燃焼空間の基端側に固定されて、前記ガス噴出口から前記燃焼空間の先端側に向けて燃料ガスを噴出させる状態で配置されている点にある。
【００１０】
上記第３特徴構成によれば、閉塞された燃焼空間の基端側に固定されたノズル本体の先端に形成されたガス噴出口から燃焼空間の先端側に向けて燃料ガスが噴出されるので、燃焼空間で生成された燃焼排ガスはその噴出方向と同じく先端側に向けて通流することになる。
よって、ガス噴出口を外囲する環状の二次空気口から同じく燃焼空間の先端側に向けて噴出された二次空気は、積極的にガス噴出口からの放射方向に向けて通流することになり、接地電極の板面を積極的に冷却することになる。また、ノズル本体の外側の空間は、基端側が閉塞されていることから、常に放射方向に向けて通流した二次空気で満たされる状態となる。よって、二次空気は、ノズル本体の外表面についても冷却することになる。
従って、火炎から接地電極が受けた熱は、その板面を介して直接的にまたはノズル本体に伝達した後にその外表面を介して間接的に、二次空気に対して良好に放出されることになるので、接地電極の高温化を一層抑制することができる。
【００１１】
本発明に係るバーナの第４特徴構成は、上記第１乃至第３特徴構成の何れかに加えて、
前記接地電極として構成された板状体が、基端側が前記ノズル本体の外側面に固定され、且つ、先端側が前記高電圧電極に近接するように形成されている点にある。
【００１２】
上記第４特徴構成によれば、接地電極として構成された板状体の基端側をノズル本体の外側面に固定して、ノズル本体の外表面に対する接地電極の接触面積を稼ぎ、接地電極が受けた熱を積極的にノズル本体へ伝達させて、当該接地電極の高温化を図ることができる。
また、このように接地電極の基端側をノズル本体の外表面に固定した場合には、電極ギャップでの放電を確実なものとするために、その接地電極の先端側を、ガス噴出口の内側に配置された高電圧電極に近接するように形成することが望ましい。また、このように形成された接地電極の先端側は、ノズル本体の先端の最も外側に配置された二次空気口に臨む状態で配置されることになるので、二次空気口から噴出された比較的低温の二次空気により良好に冷却されることになる。
【００１３】
本発明に係るバーナの第５特徴構成は、上記第１乃至第４特徴構成の何れかに加えて、
前記高電圧電極が、前記ガス噴出口における燃料ガスの噴出方向に延出する棒状体で構成されている点にある。
【００１４】
上記第５特徴構成によれば、高電圧電極を上記棒状体で構成することで、その高電圧電極が内部に配置されたガス噴出口の下流側に形成される火炎からの輻射を受ける面積をできるだけ小さくして、高電圧電極の当該輻射による高温化を抑制することができる。また、この高電圧電極を構成する棒状体がガスの噴出方向に延出するものであるため、その棒状体をガス噴出口のできるだけ中心に近い位置に配置して、周囲において均等に比較的低温の燃料ガスが通流するようにして、燃料ガスによる高電圧電極の冷却を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態におけるバーナ及びそれを備えた改質器の即断面図
【図２】図１に示すバーナの先端部付近の状態を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係るバーナの実施形態について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るバーナ１は、燃焼空間Ｓ１に燃料ガスＧ１を噴出させるガス噴出口７を先端に形成してなるノズル本体Ｎと、高電圧が印加される高電圧電極１１とノズル本体Ｎに接地された接地電極１２との間で火花を発生してガス噴出口７から噴出される燃料ガスＧ１を点火する点火手段Ｘとを備える。また、このバーナ１は、改質処理部３０に隣接する空間を上記燃焼空間Ｓ１として改質処理部３０を加熱するものとして、原燃料ガスＧ０から水素を多く含む水素含有ガスＧＨを生成する改質器２０に設けられている。
【００１７】
この改質器２０は、公知の改質器を採用するため詳細な説明は割愛するが、改質処理部３０として、天然ガス等の炭化水素系の原燃料ガスＧ０を脱硫処理する脱硫処理部、脱硫処理部で処理されたガスを改質処理して水素を生成する改質部、改質処理用の水蒸気を生成する水蒸気生成部、改質部から排出された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、変成処理部から排出された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部等を備え、この選択酸化部を通過した後のガスが上記水素含有ガスＧＨとして燃料電池の燃料極等に供給される。
【００１８】
バーナ１により燃料ガスＧ１を燃焼させる燃焼空間Ｓ１は、上下方向に軸心を有する円筒状の内燃焼筒２２の内側の空間として形成され、その内燃焼筒２２の上端部がバーナ取付部２４により閉塞されることで、燃焼空間Ｓ１の上方側が閉塞された空間として形成されている。
そして、バーナ１は、ノズル本体Ｎのガス噴出口７が形成された先端が下向きになるように当該ノズル本体Ｎをバーナ取付部２４に固定する形態で、改質器２０に配置されている。
即ち、この燃焼空間Ｓ１では、上方に設けられたバーナ１のガス噴出口７から下向きに燃料ガスＧ１が噴出されて下向きの火炎Ｆが形成されることになる。
【００１９】
内燃焼筒２２を外囲すると共に当該内燃焼筒２２と同心状に配置された円筒状の外燃焼筒２３が設けられており、内燃焼筒２２と外燃焼筒２３との間に形成された燃焼排ガス通路Ｓ３が、上記燃焼空間Ｓ１に対して、内燃焼筒２２の下方端に設けられた折返し部Ｓ２により連通されている。
即ち、燃焼空間Ｓ１において生成された燃焼排ガスＥは、その燃焼空間Ｓ１において下向きに通流した後に、折返し部Ｓ２を通じて燃焼排ガス通路Ｓ３に流入し、その燃焼排ガス通路Ｓ３を上向きに通流した後に、外部に排出されることになる。
そして、上述した改質処理部３０は、この外燃焼筒２３を外囲する円筒状の部位として設けられる形態で燃焼空間Ｓ１に隣接配置されており、燃焼排ガス通路Ｓ３を通流する燃焼排ガスＥの熱が外燃焼筒２３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。
【００２０】
以下、バーナ１の詳細構成について説明する。
バーナ１のノズル本体Ｎは、図１及び図２に示すように、円筒状の電極保持筒２と、その電極保持筒２を外囲する円筒状の内ノズル筒３と、その内ノズル筒３を外囲する円筒状の外ノズル筒４とを、夫々が上下方向に軸心を有する状態で同心状となるように配置している。
電極保持筒２と内ノズル筒３との間に形成された空間には、上端側から燃料ガスＧ１が供給され、その下端部に形成された環状の開口が、燃料ガスＧ１を燃焼空間Ｓ１に噴出するガス噴出口７とされている。
また、内ノズル筒３と外ノズル筒４との間に形成された空間には、上端側から二次空気Ａが供給され、その下端部に形成された環状の開口が、二次空気Ａを燃焼空間Ｓ１に噴出する二次空気口８とされている。そして、この二次空気口８から燃焼空間Ｓ１に噴出される二次空気Ａは、図１の実線矢印で示すように、内側で発生する燃料ガスＧ１の燃焼による圧力上昇を内側から受けることで、ガス噴出口７からの放射方向、即ち燃焼空間Ｓ１の側方に向かう方向に通流することになる。
更に、ノズル本体Ｎの外側（言い換えれば外ノズル筒４の外側）の空間は、上端側が閉塞されていることから、常に上記放射方向に向けて通流した二次空気Ａで満たされる状態となり、その二次空気Ａにより、ノズル本体の外表面（言い換えれば外ノズル筒４の外表面）についても冷却されて低温状態に保たれている。
【００２１】
バーナ１の点火手段Ｘは、高電圧電極１１と接地電極１２との間の点火ギャップＢｇをガス噴出口７の下方近傍に配置し、運転開始時等において点火回路１０で発生させた高電圧を高電圧電極１１に印加することでその点火ギャップＢｇに火花を発生させ、ガス噴出口７から下方に向けて噴出された燃料ガスＧ１を点火する。
【００２２】
高電圧電極１１は、ガス噴出口７の内側に配置されており、ガス噴出口７における燃料ガスＧ１の噴出方向即ち下向きに延出する円柱の棒状体で構成されている。
詳しくは、ノズル本体Ｎの最も中心に配置された電極保持筒２の内部にセラミックス等からなる絶縁材料製の碍子５が保持され、その碍子５の中心部を貫通する状態で耐熱性金属の円柱の棒状体として構成された高電圧電極１１が設けられている。
このように構成された高電圧電極１１は、燃焼前で比較的低温の燃料ガスＧ１が表面を通流するので、当該燃料ガスＧ１との熱交換により常に冷却された状態となって、高温化が抑制されている。
また、この高電圧電極１１は、そのガス噴出口７の中心において下方に延出する棒状体で構成されているため、その周囲のガス噴出口７の下方側に形成される火炎Ｆからの輻射を受ける面積が極力小さくなって当該輻射による高温化が抑制され、更に、その周囲において均等に比較的低温の燃料ガスＧ１が通流するので、燃料ガスＧ１による冷却が一層促進されている。
【００２３】
接地電極１２は、ガス噴出口７からの放射方向に板面を沿わせて配置された板状体で構成されている。詳しくは、その板状体からなる接地電極１２の基端側（即ち上端側）は、ノズル本体Ｎの外側面、即ち外ノズル筒４の外表面に固定されており、同接地電極１２の先端側（即ち下端側）は、高電圧電極１１に向けて突出する突出部１２ａを設けて、高電圧電極１１に近接するように形成されている。即ち、この接地電極１２は、高電圧が印加された高電圧電極１１からの放電を突出部１２ａで受け、その電流を上端側及びノズル本体Ｎを通じて接地部１５に放電する。
このように構成された接地電極１２は、二次空気口８から放射方向に噴出される比較的低温の二次空気Ａにより、その板面が常時冷却された状態となって、高温化が抑制されている。更に、この接地電極１２は、ガス噴射口の下流側に形成される火炎Ｆに対して比較的厚みが小さい側面のみが対向する状態で配置されていることから、火炎Ｆからの輻射による高温化も抑制された状態となる。
【００２４】
上記接地電極１２の下端部にある突出部１２ａの内側は、火炎Ｆに晒されて局所的に高温になる場合がある。しかし、この接地電極１２は、板状体で構成することで、下端側から上端側へ向かう伝熱経路の横断面積が比較的大きく取られているので、突出部１２ａの熱をその伝熱経路を通じて積極的に低温に保たれているノズル本体Ｎの外ノズル筒４側へ伝達させることができ、全体的な高温化が回避されている。
【００２５】
〔別実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。なお、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
（１）上記実施形態では、バーナ１を改質処理部３０の加熱用として設けた例を説明したが、本発明のバーナを適宜別の用途で設けても構わない。
【００２６】
（２）上記実施形態では、燃焼空間Ｓ１の基端側（即ち上端側）が閉塞し、その閉塞した部位にバーナ１のノズル本体Ｎを固定した例を説明したが、燃焼空間Ｓ１の構造及びバーナ１の配置等については適宜変更しても構わない。
【００２７】
（３）上記実施形態では、板状体で構成された接地電極１２の基端側（即ち上端側）をノズル本体Ｎの外側面に固定したが、例えば、接地電極１２の基端側を二次空気口８の内部に配置するなど、その接地電極１２の固定方法や設置箇所等について適宜改変しても構わない。
【００２８】
（４）上記実施形態では、高電圧電極１１をガス噴出口７の中心に配置すると共にそのガス噴出口７における燃料ガスＧ１の噴出方向（即ち下向き）に延出する棒状体で構成したが、例えば、その棒状体の先端部を外向きに屈曲させるなど、その高電圧電極１１の形状や設置箇所等について適宜改変しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、燃焼空間に燃料ガスを噴出させるガス噴出口を先端に形成してなるノズル本体と、高電圧電極と接地電極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燃料ガスを点火する点火手段とを備えたバーナとして好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１        ：バーナ
７        ：ガス噴出口
８        ：二次空気口
１１      ：高電圧電極
１２      ：接地電極
３０      ：改質処理部
Ａ        ：二次空気
Ｇ１      ：燃料ガス
Ｎ        ：ノズル本体
Ｓ１      ：燃焼空間
Ｘ        ：点火手段
【図１】
0005826072.tif 000002
【図２】
0005826072.tif 000003