(57)【要約】【課題】燃焼装置により、都市ガスと燃料電池からのオフガスの両方に対して、良好な燃焼を行うこと。【解決手段】燃料ガス８を周囲方向に噴出するディストリビュータ９と、このディストリビュータ９を囲むように周囲から中央方向に空気１１を噴出する空気噴出部１０と、前記ディストリビュータ９と前記空気噴出部１０で囲まれる燃焼室１５と、前記空気噴出部１０の上流側に設ける複数個の独立した空気室１８と、この空気室１８に空気１１を分配する空気素制御器２４を備えたものである。これによって、燃焼装置５は、少ない空気量（低酸素過剰率）で燃焼を行ない、水素生成器１の放熱損失を防止して改質反応を向上するようにしている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を周囲方向に噴出するディストリビュータと、このディストリビュータを囲むように周囲から中央方向に空気を噴出する空気噴出部と、前記ディストリビュータと前記空気噴出部で囲まれる燃焼室と、前記空気噴出部の上流側に設ける複数個の独立した空気室と、この空気室に空気を分配する空気制御器を設ける燃焼装置。
【請求項２】
ディストリビュータは、炭化水素系の燃料ガスと燃料電池から排出されるオフガスを切り替えて同一のノズルから噴出する請求項１記載の燃焼装置。
【請求項３】
空気制御器は、炭化水素系の燃料ガスを燃焼させる時に、複数個の空気室に空気を導入する請求項１〜２のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項４】
空気制御器は、燃料電池から排出されるオフガスを燃焼させる時に、空気噴出部上流の一部の空気室に空気を導入する請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項５】
空気制御器は、炭化水素系の燃料ガスの燃焼量を小さく燃焼させる時に、空気噴出部上流の一部の空気室に空気を導入する請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項６】
空気制御器は、空気噴出部上流の一部の空気室以外の空気室に逆流防止のための少量の空気を導入する請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項７】
空気制御器は、燃焼装置の始動時に炭化水素系の燃料ガスの燃焼量を小さく燃焼させる時に、空気噴出部上流の一部の空気室に空気を導入する請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項８】
空気制御器は、燃焼装置の停止時に、複数個の空気室に空気を導入する請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項９】
ディストリビュータは、空気噴出部の内壁の一部に開口して設ける開口部から燃焼室内に挿入し、着脱可能の構成とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項１０】
ディストリビュータは、略中央に挿入通路を設け、その挿入通路から着火用の電極を挿入し、一体化させる請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項１１】
常時、空気を導入する空気室を介して、燃焼室にディストリビュータを臨ませる請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項１２】
常時、空気を導入する空気室を介して、燃焼室に炎検知部を臨ませる請求項１〜１１のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項１３】
空気噴出部は、火炎放出方向に徐々に拡大するようにカップ形状とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項１４】
炭化水素系原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成する水素生成器に搭載する請求項１〜１３のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野分野】
本発明は、炭化水素系の原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成して発電を行なう燃料電池の水素生成器に用いる燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池用の水素生成器に用いる燃焼装置に関する第１の従来技術としては、高カロリーガスとオフガスとを二重管を使用して燃焼装置の炎孔板へ供給し、その中心部に燃料ガス吐出部を形成し、すり鉢状に広がる炎孔板の傾斜面に燃焼空気の噴出孔を備えて、高カロリーガスとの炎孔部を共通にして、バーナ構造の簡素化と低コスト化を可能としているものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、燃焼装置の第２の従来技術としては、バーナの中央位置から系方向外側に向かって順に、高カロリー燃料通路、第１の酸化剤通路、低カロリー燃料通路、第２の酸化剤通路を設け、天然ガス等の高カロリー燃料を用いる場合にはこれを高カロリー燃料通路に通し、燃料電池オフガス等の低カロリー燃料用いる場合にはこれを低カロリー燃料通路に通し、高カロリー燃料、低カロリー燃料のいずれの燃料を用いる場合にも不都合なく良好な燃焼を実現しているものがある（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２０１０１９号公報
【特許文献２】
特開平５−３０３９７４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、第１の従来技術では、天然ガス等の炭化水素系の燃料である高カロリーガスと燃料電池から排出される水素を多量に含んだ低カロリーガス（オフガス）に対して、固定された炎孔板の噴出孔から燃焼空気を供給するので、燃焼空気の量の調節だけでは、同一の火炎が形成せず、高カロリーガスの燃焼では、多数の噴出孔に火炎が形成するが、低カロリー燃焼では、一部の噴出孔に火炎が形成し、燃焼に寄与しない空気が抜けてしまい、低酸素過剰率で燃焼できないという課題があった。
【０００６】
またバーナヘッドの底板に二重構造の燃料パイプが接続され、この二重構造の燃料供給パイプの内管には、低カロリーガスが供給され、外管には、高カロリーガスが供給されるので、高カロリーガス側の漏れ防止のために複雑な溶接構造となり、製造コストが高くなってしまうという課題があった。
【０００７】
第２の従来技術では、バーナの中央位置に高カロリー燃料通路を設け、その周囲に第１の酸化剤通路を設けて、拡散燃焼により天然ガス等の高カロリー燃料を燃焼させているが、低酸素過剰率では黄火燃焼になりすすが発生しやすいという課題があった。
【０００８】
また、黄火燃焼を防止するためには、第１酸化剤通路から噴出する酸化剤の流速を上げて部分的な予混合状態を形成する必要があり、この時は、酸化剤の噴射音を含む燃焼音の増大と第１酸化剤通路の圧力損失の増加による送風手段への負荷増大という課題があった。
【０００９】
また、燃料電池から排出される低カロリー燃料を燃焼させるときは、低カロリー通路を第１の酸化剤通路と第２の酸化剤通路で挟む状態で酸化剤を供給するので、気温の変化や送風手段のばらつきにより酸化剤が増加して酸素過剰率が高くなると、低カロリー燃料の火炎が酸化剤で冷却され、保炎が不安定になり、一酸化炭素が増加するという課題があった。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、空気噴出部の上流に複数個の独立した空気室を設け、空気制御器によりその空気室ごとに空気の流入と分配を行なうことで、天然ガス等の高カロリー燃料と燃料電池から排出される低カロリー燃料のそれぞれに適する火炎形成を行ない、少ない空気量（酸素過剰率）で、しかも空気量変動に対応できる燃焼を行なう燃焼装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃焼装置は、燃料を周囲方向に噴出するディストリビュータと、このディストリビュータを囲むように周囲から中央方向に空気を噴出する空気噴出部と、前記ディストリビュータと前記空気噴出部で囲まれる燃焼室と、前記空気噴出部の上流側に設ける複数個の独立した空気室と、この空気室に空気を分配する空気制御器を備えたものである。
【００１２】
これによって、天然ガス等の炭化水素系の燃料と燃料電池から排出されるオフガスのそれぞれの燃焼に適した火炎の形成を行うために、空気制御器により複数個の空気室に流入する空気の流入と流量を調節するので、少ない空気量（低酸素過剰率）で燃焼を行ない、この燃焼装置を搭載する水素生成器の放熱損失を防止して改質反応を向上するようにしている。
【００１３】
また、気温の変化や送風手段のばらつきによる空気量変動に対応できるようにして、燃焼装置の使い勝手を向上するようにしている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、燃料を周囲方向に噴出するディストリビュータと、このディストリビュータを囲むように周囲から中央方向に空気を噴出する空気噴出部と、前記ディストリビュータと前記空気噴出部で囲まれる燃焼室と、前記空気噴出部の上流側に設ける複数個の独立した空気室と、この空気室に空気を分配する空気制御器を設けることにより、天然ガス等の炭化水素系の燃料と燃料電池から排出されるオフガスのそれぞれの燃焼に適した火炎を形成するために、空気制御器で複数個の空気室に流入する空気の流入と流量を空気制御器で調節し、少ない空気量（低酸素過剰率）で燃焼を行ない、この燃焼装置を搭載する水素生成器の放熱損失を防止して改質反応を向上することができる。
【００１５】
また、気温の変化や送風手段のばらつきによる空気量変動に対応できることにより、燃焼装置の使い勝手を向上することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、特に、請求項１に記載のディストリビュータは、炭化水素系の燃料ガスと燃料電池から排出されるオフガスを切り替えて同一のノズルから噴出することにより、ディストリビュータの構成が簡単になり、低コストの燃焼装置を提供することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、特に、請求項１又は２に記載の空気制御器は、炭化水素系の燃料ガスを燃焼させる時に、複数個の空気室に空気を導入することにより、炭化水素系の燃料ガスに複数個の空気室の下流に設ける多数の空気噴出孔から徐々に空気を供給し、燃料ガスを拡散燃焼させる場合に部分的な予混合化を行ない、黄火燃焼を抑制してすすの発生を防止し、低酸素過剰率で燃焼行なうことができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、特に、請求項１〜３に記載の空気制御器は、燃料電池から排出されるオフガスを燃焼させる時に、空気噴出部上流の一部の空気室に空気を導入することにより、オフガスの燃焼火炎を空気噴出部上流の一部の空気室に設ける空気噴出孔だけに形成させ、燃焼室内への余剰空気の流入を防止して、低酸素過剰率で燃焼を行なうことができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、特に、請求項１〜４に記載の空気制御器は、炭化水素系の燃料ガスの燃焼量を小さく燃焼させる時に、空気噴出部上流の一部の空気室に空気を導入することにより、燃料ガスの燃焼火炎を空気噴出部上流の一部の空気室に設ける空気噴出孔だけに形成させ、燃焼室内への余剰空気の流入を防止して、燃焼量が小さくなっても空気噴出孔からの空気流速の低下を防止して燃料ガスと空気の混合を促進して、低酸素過剰率で燃焼を行なうことができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、特に、請求項１〜５に記載の空気制御器は、空気噴出部上流の一部の空気室以外の空気室に逆流防止のための少量空気を導入することにより、燃焼火炎が形成されない空気噴出孔から高温の燃焼ガスが空気の導入されていない空気室に逆流することを防止し、燃焼不良や空気室の破損を防止することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、特に、請求項１〜６に記載の空気制御器は、燃焼装置の着火時に空気噴出部上流の一部の空気室に空気を導入し、燃料ガスの燃焼量を低下させ、空気噴出孔からの空気流速の低下を防止して燃料ガスと空気の混合を促進して、着火音を抑制しながら良好な燃焼を行なうことができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、特に、請求項１〜７に記載の空気制御器は、燃焼装置の停止時に、複数個の空気室に空気を導入することにより、空気室の送風抵抗を低下させ、送風手段の負担を軽減して多量の空気を空気室から燃焼室に流入させ、ポストパージを短時間で終わらせ、水素生成器の温度も安全な温度に速く低下させることができる。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、特に、請求項１〜８に記載のディストリビュータは、空気噴出部の内壁の一部に開口して設ける開口部から燃焼室内に挿入し、着脱可能の構成とすることにより、ディストリビュータを容易に装着でき、製造コストを低減し、またディストリビュータのメンテナンスを容易にして燃焼装置の耐用年数を向上することができる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明は、特に、請求項１〜９に記載のディストリビュータは、略中央に挿入通路を設け、その挿入通路から着火用の電極を挿入し、一体化させることにより、電極の装着を簡素化してコストを低減でき、火花放電の大きさや位置を精度よく設定でき、燃料の着火を確実に行なうことができる。
【００２５】
請求項１１に記載の発明は、特に、請求項１〜１０に記載の常時、空気を導入する空気室を介して、燃焼室にディストリビュータを臨ませることにより、ディストリビュータが空気室に常時流入する空気により冷却される部分を形成して、燃焼室内で過熱されるディストリビュータの温度を低下させて熱変形を防止し、燃焼装置の耐用年数を向上することができる。
【００２６】
請求項１２に記載の発明は、特に、請求項１〜１１に記載の常時、空気を導入する空気室を介して、燃焼室に炎検知部を臨ませることにより、炎検知部が空気室に常時流入する空気により冷却される部分を形成して、燃焼室内で過熱される炎検知部の温度を低下させて熱変形を防止し、燃焼装置の耐用年数を向上することができる。また、空気室から燃焼室に炎検知部を臨ませるときに炎検知部の周囲に空気室から燃焼室に抜ける空気流を供給し、炎検知部の先端が燃焼火炎の消火とともに急速に温度低下を起こすようにして感度を向上することができる。
【００２７】
請求項１３載の発明は、特に、請求項１〜１２に記載の空気噴出部は、火炎放出方向に徐々に拡大するようにカップ形状とすることにより、ガス流速を火炎放出方向に向かって連続的に遅くするので、燃焼速度の遅い都市ガスはガス流速の遅い空気噴出部内の下流側すなわちテーパ状の空気噴出部の開口近傍で燃焼し、燃焼量が変化しても安定に燃焼を継続することができる。
【００２８】
請求項１４記載の発明は、特に、請求項１〜１３に記載の燃焼装置は、炭化水素系原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成する水素生成器に搭載することにより、天然ガス等の都市ガス（またはプロパン）と電池から排出されるオフガスのそれぞれに適する火炎形成を行ない、少ない空気量（酸素過剰率）で、しかも空気量変動に対応できる燃焼を実現することができる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００３０】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例における燃料電池装置に用いられる水素生成器の全体構成図である。図２は、本発明の第１の実施例における燃焼装置の部分断面図である。図３は、本発明の第１の実施例における燃焼装置を下流側から見た構造図である。図４（ａ）（ｂ）は、本発明の第１の実施例における燃焼装置の動作状態を示す断面図である。
【００３１】
図１、図２において、１は、都市ガス（またはＬＰＧ）を原料として燃料電池発電装置に供給する水素を生成する水素生成器であり、２は、脱硫装置（図示なし）で処理を行った後の都市ガスと水蒸気とからなる原料ガス、３は、ニッケルもしくはルテニウムを主成分とする触媒を充填した触媒層で、この触媒層３で原料ガス２を反応させることにより、水素と二酸化炭素および一酸化炭素からなる生成ガス４を生成する。この生成反応は７００℃程度の高温で生じる吸熱反応であるため、燃焼装置５により高温の燃焼ガスを供給して原料ガス２と触媒層３を加熱している。
【００３２】
５は、燃焼装置で都市ガス６（天然ガス）（またはＬＰＧ）や燃料電池から排出されるオフガス７（未反応水素ガス）、または都市ガス６とオフガス７を混合して、燃料ガス８としてディストリビュータ９から噴出し、空気噴出部１０の周囲から燃焼用の空気１１を供給することにより、火炎１２を形成し燃焼を行なう。円管状のディストリビュータ９の先端には、燃料ガス８を噴出する複数個のノズル１３がディストリビュータ９の半径方向に設けられ、燃料ガス８を放射状に噴出する構成としている。空気噴出部１０は、複数個の空気噴出孔１４を空気噴出部１０の側面に略直角に設けている。空気噴出部１０は、ディストリビュータ９を中心として、火炎１２の出口方向に徐々に拡大するようにカップ状に燃焼室１５を形成し、燃焼用の空気１１を燃焼室１５内に供給する構成としている。空気噴出孔１４は、上下方向の配列を千鳥状に設けている。ディストリビュータ９のノズル１３は、空気噴出部１０の空気噴出孔１４の最下段に設ける空気噴出孔１６とほぼ対向する位置になるように配置している。また、空気噴出部１０の底部には複数個の下部空気噴出孔１７を設け、ディストリビュータ９の軸方向と平行方向に空気１１の一部を噴出する構成としている。
【００３３】
１８は、空気１１を供給する空気室で、空気室１８は、隔壁１９により下部空気室２０と上部空気室２１とに独立した区画として複数個に分割されている。下部空気室２０と上部空気室２１は、空気噴出部１０の上流側に設けられ、複数個の空気噴出孔１４は、下部空気室２０と上部空気室２１のそれぞれに分配配置される。下部空気室２０には、管状の下部送風通路２２が、上部空気室２１には、管状の上部送風通路２３が連通している。下部送風通路２２と上部送風通路２３の端部には、空気制御器２４が連結され、制御器２５のコントロールにより下部送風通路２２と上部送風通路２３に導入する空気１１の調節をおこなっている。
【００３４】
空気制御器２４は、開閉によって上部送風通路２３の送風の入り切りをおこなうダンパ２６とこのダンパ２６を駆動する駆動装置２７とで構成されている。ダンパ２６は、板面を回転させて上部送風通路２３を開閉するか、あるいは板面を上部送風通路２３の入り口に押し当てる構成で設けられている。駆動装置２７はステッピングモータやソレノイドやモータと歯車、カム等を用いて、ダンパ２６の動作を行うように構成されている。空気制御器２４の上流には、送風手段２８が設けられている。送風手段２８は、空気１１を供給する送風機で構成され、羽根車には高圧を出せるターボファンやラジアルファン等を用い、それをモータで回転させるようにしている。
【００３５】
２９は、燃焼装置５によって生じる火炎１２が触媒容器３０に直接触れることを避け、さらに燃焼ガス３１の流路を規定するための燃焼筒である。燃焼ガス３１は、触媒容器３０の周囲に沿って流れ、水素生成器１の外部に排出される。
【００３６】
３２は、着火用の電極で、耐熱性のカンタル線やエスイット線で構成している。電極３２の周囲は、絶縁用の絶縁碍子３３で被覆されている。絶縁碍子３３は、耐熱性のアルミナ、シリカ等のセラミック材で形成し、その表面は、ガラス成分からなる釉薬が塗布されている。電極３２の先端は、燃焼室１５に臨み、曲率をもって屈曲し、ディストリビュータ９のノズル１３上方の近傍に火花放電が飛ぶように、位置決めをおこなっている。電極３２の装着は、空気噴出部１０の上部に設ける燃焼筒２９の下部の一部を拡管して設ける空間３４から電極３２の先端を延長して、ディストリビュータ９のノズル１３上方の近傍に臨ませている。
【００３７】
図３において、ディストリビュータ９のノズル１３の位置をわかりやすくするために、ノズル１３の位置の断面を図示している。図中、中心部から周囲方向への放射状の矢印Ａはノズル１３から噴出される燃料ガス８の噴出方向を表わし、また逆に中心方向への矢印Ｂは空気噴出孔１４のうち破線Ｃで示した最下段の空気噴出孔１６から噴出される空気１１の噴出方向を表わしている。このように、本発明では燃料ガス８の噴出方向と空気１１の噴出方向が直線上に位置するように構成している。更に、本発明では下部空気噴出孔１７から噴出される空気１１が上記燃料ガス８の噴出方向の矢印Ａに交差する位置に下部空気噴出孔１７を配置している。
【００３８】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３９】
図４（ａ）において、都市ガス６（天然ガス）（またはプロパン）を成分とする燃料ガス８が供給された時は、送風手段２８により供給され空気１１は、制御器２５の指示を受けた空気制御器２４の駆動装置２７がダンパ２６を作動して上部送風通路２３を開放するので、そこから上部空気室２１に流入して空気噴出孔１４から燃焼室１５に噴出される。また、常時開放されている下部送風通路２２を介して空気１１の一部が下部空気室２０に流入して空気噴出孔１４から燃焼室１５に噴出される。
【００４０】
この時、ディストリビュータ９から放射状に噴出された燃料ガス８と略対向する最下段の空気噴出孔１７から供給された空気１１とが衝突し混合する。この時、燃焼筒２９の下部の空間３４から燃焼室１５に臨ませた電極３２により、火花放電が行なわれ、燃料ガス８に着火が行なわれる。燃料ガス８は空気噴出部１０の開口部方向へ流れて行くが、空気噴出部１０の形状を図示したようにカップ状としているため燃料ガス８の流路断面積が連続的に拡大し、それによって燃料ガス８の流速が減少し、その流速が都市ガス６の燃焼速度と同等またはそれ以下となった場所で、部分的な予混合火炎１２を生じて燃焼する。この燃焼により水素生成器１の触媒層３を加熱していく。
【００４１】
図４（ｂ）において、燃料電池から排出されるオフガス７（未反応水素ガス）を燃焼する時は、送風手段２８により供給され空気１１は、制御器２５の指示を受けた空気制御器２４の駆動装置２７がダンパ２６を作動して上部送風通路２３を閉止するので、上部空気室２１の下流に設ける空気噴出孔１４から燃焼室１５に噴出される空気１１を停止する。また、常時開放されている下部送風通路２２を介して空気１１が下部空気室２０に流入して空気噴出孔１４から燃焼室１５に噴出される。
【００４２】
この時、ディストリビュータ９から放射状に噴出されたオフガス７と略対向する最下段の空気噴出孔１６や下部空気室２０の下流に設けられた空気噴出孔１４から供給される加速された空気１１とが衝突するので、オフガス７中の燃焼速度の速い水素がこの部分で燃焼可能となり火炎１２を生じて燃焼する。この燃焼により水素生成器１の触媒層３を加熱していく。
【００４３】
以上のように、本実施例においては、空気制御器２４により複数個の空気室１８に流入する空気１１の流入と流量を調節するので、都市ガス６等の炭化水素系の燃料と燃料電池から排出されるオフガス７のそれぞれの燃焼速度に適した火炎１２を形成するために、少ない空気量（低酸素過剰率）で燃焼を行ない、水素生成器１の放熱損失を防止して改質反応を向上することができる。
【００４４】
また、都市ガス６（またはプロパン）やオフガス７のそれぞれに適した火炎１２を形成し、空気量の変化に対して燃焼不良を起こさない領域を拡大しているので、気温の変化や送風手段２８のばらつきによる空気量変動に対応できるようにして、燃焼装置５の使い勝手を向上するようにしている。
【００４５】
また、燃料ガス８と空気１１が混合を促進するためにノズル１３と最下段の空気噴出孔１６を略対向して配置しているため、この部分では燃焼速度が速く燃焼しやすい水素が空気と十分に混合し、火炎１２は常に安定した保炎を得ることができる。
【００４６】
また、下部空気噴出孔１７を介して空気１１をノズル１３から噴出する燃料ガス８に対して下方から交差する位置から噴出するので、燃料ガス８と空気１１の混合をより良好にすることができる。この空気１１は、単にガスの混合を良くするのみではなく、燃料ガス８の流量に対して空気１１の流量が相対的に過剰に供給した場合でも火炎１２を保つ作用が認められ、燃焼の安定化に大きな効果を有している。
【００４７】
また、空気噴出部１０は、火炎１２放出方向に徐々に拡大するように構成して、ガス流速を火炎１２の放出方向に向かって連続的に遅くするので、燃焼速度の遅い都市ガス６を燃焼させる時に、ガス流速の遅い空気噴出部１０内の下流側すなわちテーパ状の空気噴出部１０の開口近傍で燃焼するようにしている。
【００４８】
以上のように、本実施例においては、都市ガス６の燃焼量が変化してもテーパ状の空気噴出部１０が構成する燃焼室１５内に火炎１２を収納させて、安定に燃焼を継続することができる。
【００４９】
また、水素生成器１には、ディストリビュータ９の装着を容易にして、燃焼装置５に組み込む手間を省くようにしている。
【００５０】
また、ディストリビュータ９の着脱を容易にして燃焼装置５や水素生成器１を大きく分解しなくても燃焼部分のメンテナンスができるようにしている。以上のように、本実施例においては、燃焼装置５を炭化水素系原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成する水素生成器１に搭載することにより、ディストリビュータ９を容易に装着できるので、製造コストを低減することができる。
【００５１】
また、ディストリビュータ９の着脱を容易にして、燃焼部分のメンテナンスを確実に行えるようにして、燃焼装置５の耐用年数を向上することができる。
【００５２】
また、本発明の燃焼装置５を用いた水素生成器１は、発電負荷が変動した際にも安定して水素を生成でき燃料電池発電装置の安定した運転を可能とすることができる。
【００５３】
（実施例２）
実施例１と異なるところは、ディストリビュータ９は、炭化水素系の都市ガス６と燃料電池から排出されるオフガス７を切り替えて同一のノズル１３から噴出する点である。
【００５４】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００５５】
ディストリビュータ９のノズル１３から燃焼速度や流量の異なる都市ガス６やオフガス７の燃料ガス８を噴出するときに、燃焼速度の速いオフガス７の場合は、ディストリビュータ９近傍の空気噴出部１０の空気噴出孔１４から空気１１を集中的に供給し、燃焼速度の遅い都市ガス（またはプロパン）の場合は、空気噴出孔１４の全体から空気１１を供給して、常に安定した火炎１２が形成するようにしている。
【００５６】
以上のように、本実施例においては、同一のディストリビュータ９から都市ガス６とオフガスを７供給しても良好な燃焼を維持できるので、ディストリビュータ９の構成が簡単になり、低コストの燃焼装置５を提供することができる。
【００５７】
（実施例３）
図５は、本発明の第３の実施例の燃焼装置を示す断面図である。実施例１と異なるところは、炭化水素系の燃料ガス８の燃焼量を小さく燃焼させる時に、空気噴出部１０の下段に設ける下部空気室２０に空気１１を導入する点である。
【００５８】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００５９】
燃料ガス８の燃焼量を小さく燃焼させる時に、空気噴出部１０の空気噴出孔１４の全体から空気１１を供給すると、燃焼量に適正な空気１１の流量も減少し、そのままでは、空気１１の流速も低下し、燃料ガス８と空気１１の混合が促進されず、また燃焼室１５内へ余剰の空気１１が流入して、安定燃焼の領域が狭くなるので、空気制御器２４により、空気１１を空気噴出部１０の下部に配置する下部空気室２０だけに導入し、下部空気室２０の下流に設ける空気噴出孔１４に火炎１２を形成させ、燃焼量が小さくなっても空気噴出孔１４の数を減少させることで、空気噴出孔１４からの空気流速の低下を防止し、燃焼室１５内への余剰の空気１１の流入を防止するようにしている。
【００６０】
以上のように、本実施例においては、燃料ガス８の燃焼量を小さく燃焼させる時に、燃料ガス８と空気１１の混合を促進し、また余剰の空気１１の流入による火炎１２の冷却を防止して安定燃焼の領域の拡大を行なうことができる。
【００６１】
（実施例４）
図６は、本発明の第４の実施例の燃焼装置を示す断面図である。実施例１と異なるところは、空気噴出部１０の下段に設ける下部空気室２０以外の空気室１８に逆流防止のために、少量の空気１１を導入する点である。
【００６２】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００６３】
オフガス７等を燃焼させる時に、空気制御器２４により、空気噴出部１０の下方に設ける空気噴出孔１４の上流に配置する下部空気室２０に空気１１を供給するが、このとき火炎１２を形成させない空気噴出孔１４の上流に配置する上部空気室２１にも空気１１の一部を少量（この場合の少量とは、火炎１２も形成しないし、冷却による燃焼不良も起こさない量）流入させ、火炎１２が形成されない空気噴出孔１４から高温の燃焼ガス３１が空気１１の導入されていない上部空気室２１に逆流することを防止している。少量の空気１１の供給方法としては、制御器２５の指示を受けた空気制御器２４の駆動装置２７がダンパ２６を作動して上部送風通路２３を閉止する時に、ダンパ２６で完全に閉止しないで間隙を形成して、空気１１が流入できるようにしている。
【００６４】
また、ダンパ２６により、上部送風通路２３を閉止しても、ダンパ２６の一部に透孔を設けて空気１１を流入できるようにしても良い。
【００６５】
以上のように、本実施例においては、燃焼時に火炎１２が形成されない空気噴出孔１４の上流に設ける上部空気室２１に高温の燃焼ガス３１を逆流させないようにして、燃焼不良や空気室１８の破損を防止することができる。
【００６６】
（実施例５）
図５は、本発明の第５の実施例の燃焼装置を示す断面図である。実施例１と異なるところは、燃焼装置５の着火時に空気噴出部１０の下段に設ける下部空気室２０に空気１１を導入し、燃料ガス８の燃焼量を低下させる点である。
【００６７】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００６８】
燃焼装置５の着火時に、着火音や振動を防止するには、都市ガス６（またはプロパン）で形成される燃料ガス８の燃焼量を低下させ、徐々に定格燃焼量に上昇させる方が、良好であるが、その時に空気噴出部１０の空気噴出孔１４の全体から空気１１を供給すると、燃焼量に適正な空気１１の流量も減少し、そのままでは、空気１１の流速も低下し、燃料ガス８と空気１１の混合が促進されない。また、燃焼室１５内へ余剰の空気１１が流入し、安定燃焼の領域が狭くなるので、火炎１２を空気噴出部１０の下部に配置する下部空気室２０に設ける空気噴出孔１４だけに形成させ、燃焼量が小さくなっても空気噴出孔１４からの空気流速の低下を防止し、燃焼室１５内への余剰の空気１１の流入を防止するようにしている。
【００６９】
以上のように、本実施例においては、燃焼装置５の着火時に、燃料ガス８と空気１１の混合を促進し、また余剰の空気１１の流入による火炎１２の冷却を防止して安定燃焼の領域の拡大を行ないながら、着火音や振動を抑制しながら良好な燃焼をおこなうことができる。
【００７０】
（実施例６）
図７は、本発明の第６の実施例の燃焼装置を示す断面図である。実施例１と異なるところは、空気制御器２４は、燃焼装置５の停止時に、複数個の空気室１８に空気１１を導入する点である。
【００７１】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００７２】
燃焼装置５の停止時に、空気制御器２４により、空気噴出部１０の空気噴出孔１４の全体から空気１１を燃焼室５に流入させために、すべての空気室１８に空気１１を導入している。
【００７３】
また送風手段２８により、空気１１の送風量も増加させ、燃焼装置５や水素生成器１の冷却を促進している。
【００７４】
以上のように、本実施例においては、燃焼室５に多量の空気１１を空気噴出孔１４の全体から流入させるので、燃焼装置の５ポストパージを短時間で終わらせ、水素生成器１の温度も安全な温度に速く低下させることができる。
【００７５】
（実施例７）
図８は、本発明の第７の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図８において、５は、燃焼装置、９は、ディストリビュータ、１０は、空気噴出部、１１は、空気、１３は、ノズル、１６は、最下段の空気噴出孔、１７は、下部空気噴出孔、１８は、空気室、３５は、空気噴出部１０の開口部、３６は、開口部３５の内周壁、３７は、小間隙、３８は、ディストリビュータ９に設けるフランジ状の固定部で、実施例１と異なるところは、ディストリビュータ９は、空気噴出部１０の内壁の一部に開口して設ける開口部３５から燃焼室１５内に挿入し、着脱可能の構成とする点である。
【００７６】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００７７】
空気噴出部１０の底部の中央に設ける開口部３５からディストリビュータ９を燃焼室１５に臨ませ、着脱可能に構成している。ディストリビュータ９は、着脱が可能であるが、開口部３５に、固定するときは、ディストリビュータ９の一部に設ける固定部３８を空気室１８の底部に装着している。
【００７８】
また、ディストリビュータ９の配置は、ノズル１３が空気噴出部１０の最下段の空気噴出孔１６とほぼ対向する位置になるように、下部空気噴出孔１７と空気噴出部１０の最下段の空気噴出孔１６とがほぼ対向する位置になるようにしている。
【００７９】
またディストリビュータ９と開口部３５の内周壁３６とで構成する小間隙３７により、空気１１が開口部３５より燃焼室１５に漏れ出さないようにしている。
【００８０】
以上のように、本実施例においては、ディストリビュータ９の着脱を容易にして、燃焼装置５の製造コストを低減し、またディストリビュータ９のメンテナンスを容易にして燃焼装置５の耐用年数を向上することができる。
【００８１】
（実施例８）
図９は、本発明の第８の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図９において、３９は挿入通路、４０は着火用の電極、４１は絶縁碍子で、実施例１と異なるところは、ディストリビュータは、略中央に挿入通路３９を設け、その挿入通路３９から着火用の電極４０を挿入し、一体化させる点である。
【００８２】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００８３】
ディストリビュータ９の略中央に設ける挿入通路３９に着火用の電極４０を装着して一体化させておき、組立の手間を省くようにしている。
【００８４】
また、電極４０をディストリビュータ８と一体化させることで、放電距離の管理を容易に行うようにしている。
【００８５】
また、電極４０の先端を絶縁碍子４１から略垂直に突出させ、ディストリビュータ９の天板部分に火花放電が飛ぶように構成している。
【００８６】
以上のように、本実施例においては、電極４０の装着を簡素化するので、製造コストを低減できる。
【００８７】
また、電極４０とディストリビュータ９を一体化させるので、火花放電の大きさや位置を精度よく設定でき、燃料ガス８への着火を確実に行なうことができる。
【００８８】
（実施例９）
図１０は、本発明の第９の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図１０において、実施例１と異なるところは、常時空気１１を導入する下部空気室２０を介して、燃焼室１５にディストリビュータ９を臨ませる点である。
【００８９】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００９０】
ディストリビュータ９が下部空気室２０に常時流入する空気１１により冷却されるように、ディストリビュータ９を下部空気室２０内を通過する構成に設けて、燃焼室１５内で加熱され、上昇するディストリビュータ９の温度を低下させている。
【００９１】
以上のように、本実施例においては、燃焼室１５内で加熱されるディストリビュータ９を冷却できるので、熱変形を防止し、燃焼装置５の耐用年数を向上することができる。
【００９２】
（実施例１０）
図１１は、本発明の第１０の実施例の燃焼装置を示す断面図である。図１１において、４２は熱電対で構成される炎検知部で、実施例１と異なるところは、常時空気１１を導入する下部空気室２０を介して、燃焼室１５に炎検知部４２を臨ませる点である。
【００９３】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００９４】
炎検知部４２が、下部空気室２０に常時流入する空気１１により冷却される部分を形成して、燃焼室１５内で加熱される炎検知部４２の温度を計測する部分以外の導線の部分の温度を低下させるようにしている。
【００９５】
また、下部空気室２０から燃焼室１５に炎検知部４２を臨ませるときに炎検知部４２の周囲に下部空気室２０から燃焼室１５に抜ける空気１１を供給するようにしている。例えば、燃焼室１５に炎検知部４２を臨ませる方法として下部空気室２０の下流側に設ける空気噴出孔１４の一部の穴径を拡大して、炎検知部４２の先端を臨ませている。
【００９６】
以上のように、本実施例においては、炎検知部４２の温度を計測する部分以外の導線の部分の温度を低下させるので、炎検知部４２の熱変形や破損を防止し、燃焼装置５の耐用年数を向上することができる。
【００９７】
また、炎検知部４２の先端が火炎１２の消火とともに急速に温度低下を起こすようにして感度を向上することができる。
【００９８】
また、炎検知部４２を下部下部空気室２０の下流側に設ける空気噴出孔１４を介して燃焼室１５に臨ませるので、異なる種類の燃料ガス８を供給しても常に火炎１２が存在する安定した位置で、温度計測を行うことができる。
【００９９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、天然ガス等の炭化水素系の燃料である都市ガス（またはプロパン）と燃料電池から排出される水素を多量に含んだオフガスに対して、少ない空気量（低酸素過剰率）で燃焼を行ない、水素生成器の放熱損失を防止して改質反応を向上するようにしている。
【０１００】
また、気温の変化や送風手段のばらつきによる空気量変動に対応できるようにして、燃焼装置の使い勝手を向上するようにしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１、２における燃焼装置の断面図
【図２】本発明の実施例１における燃焼装置の部分断面図
【図３】本発明の実施例１における燃焼装置の下流側から見た構造図
【図４】（ａ）本発明の実施例１における燃焼装置の動作状態を示す断面図
（ｂ）本発明の実施例１における燃焼装置の動作状態を示す断面図
【図５】本発明の実施例３、５における燃焼装置の断面図
【図６】本発明の実施例４における燃焼装置の断面図
【図７】本発明の実施例６における燃焼装置の断面図
【図８】本発明の実施例７における燃焼装置の断面図
【図９】本発明の実施例８における燃焼装置の断面図
【図１０】本発明の実施例９における燃焼装置の断面図
【図１１】本発明の実施例１０における燃焼装置の断面図
【符号の説明】
１  水素生成器
９  ディストリビュータ
１０  空気噴出部
１５  燃焼室
１８  空気室
２４  空気制御器
３５  開口部
３９  挿入通路
４０  電極
４２  炎検知部
【図１】
2004286336.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004286336.tif 000007
【図６】
2004286336.tif 000008
【図７】
2004286336.tif 000009
【図８】
2004286336.tif 000010
【図９】
2004286336.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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