(57)【要約】【課題】空気流に対する水素噴出部分の配置方向に工夫を凝らすことにより、水素噴出孔の構成を簡単にし、かつ、水素ガスの供給圧力の低下を可能とする水素燃焼器の水素供給パイプを提供する。【解決手段】水素供給パイプ４０の先端部４０ａに設けた水素噴出部分４１を、空気流の供給通路３０の略中心部で空気流の流れ方向に沿って配置するとともに、この水素噴出部分４１に設ける水素噴出孔４２を空気流に対して略直角方向となる放射状に形成することにより、水素噴出部分４１では複数の水素噴出孔４２を周方向に略等間隔をもって単に放射状に形成すればよく、水素噴出孔４２の構成を簡単にするとともに、空気流に対して略直角となった水素噴出孔４２に空気流の動圧が作用しないため、水素ガスの供給圧力を低減することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気流の供給通路（３０）に水素供給パイプ（４０）を配置して、この水素供給パイプ（４０）から噴出する水素ガスを空気流中に混入して混合ガスを生成し、この混合ガスを混合器（１０）で更に攪拌した後に、下流側に配置した燃焼触媒で酸化反応させて発熱させるようにした水素燃焼器において、
前記水素供給パイプ（４０）の先端部（４０ａ）に設けた水素噴出部分（４１）を、前記供給通路（３０）の略中心部で空気流の流れ方向に沿って配置するとともに、この水素噴出部分（４１）に設ける水素噴出孔（４２）を空気流に対して略直角方向となる放射状に形成したことを特徴とする水素燃焼器の水素供給パイプ。
【請求項２】
水素噴出部分（４１）を、空気流の上流方向に指向させて配置し、その先端部にテーパ部分（４３）を形成したことを特徴とする請求項１に記載の水素燃焼器の水素供給パイプ。
【請求項３】
水素噴出部分（４１）を混合器（１０）の上流側に配置した状態で、水素供給パイプ（４０）を混合器（１０）の内部に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の水素燃焼器の水素供給パイプ。
【請求項４】
水素噴出孔（４２）の孔径は水素供給パイプ（４０）を流れる水素ガス流れに対し、流れ方向に設けられた水素噴出孔（４２）の径より流れに対抗する方向に設けられた噴出孔（４２）の径が大きいことを特徴とする請求項１ないし３に記載の水素燃焼器の水素供給パイプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素ガスの触媒による酸化反応熱を発生させる水素燃焼器の水素供給パイプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水素燃焼器としては、水素ガスと空気の混合ガスを触媒に触れさせて酸化発熱させ、この熱を熱源として取り出すようになっており、水素ガスは空気流の供給通路に配置した水素供給パイプから噴出させて混合ガスを生成するようになったものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この場合、水素供給パイプは空気流の供給通路の断面内を略直径方向に横切って配置され、その横切った部分に水素ガスを噴出させる水素噴出孔を形成してある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１２２３１１号公報（第７頁、図１３，図１６）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の水素燃焼器の水素供給パイプは、水素噴出孔から噴出した水素ガスが空気流と効率良く混ざり合うように、空気流の流速や流量等を考慮して水素噴出孔の数や形成位置が調整される。
【０００６】
このため、水素噴出孔の数や位置を含めた構造が複雑となり、そのシミュレーションや実験を繰り返し行って決定する必要があり、水素供給パイプの水素噴出部分の形成コストが嵩むことになる。
【０００７】
また、水素ガスを空気流中に効率良く混合するために、水素噴出孔を空気流に対向させる方向に形成してあり、これによって空気流の動圧に抗して水素ガスを噴出させる必要があるため、水素ガスの供給圧力を高めることになり、ひいては水素ガスの供給経路の気密構造の精度を高める必要が生ずる。
【０００８】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて、空気流に対する水素噴出部分の配置方向に工夫を凝らすことにより、水素噴出孔の構成を簡単にし、かつ、水素ガスの供給圧力の低下を可能とする水素燃焼器の水素供給パイプを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明の水素燃焼器の水素供給パイプにあっては、空気流の供給通路に水素供給パイプを配置して、この水素供給パイプから噴出する水素ガスを空気流中に混入して混合ガスを生成し、この混合ガスを混合器で更に攪拌した後に、下流側に配置した燃焼触媒で酸化反応させて発熱させるようにした水素燃焼器において、前記水素供給パイプの先端部に設けた水素噴出部分を、前記供給通路の略中心部で空気流の流れ方向に沿って配置するとともに、この水素噴出部分に設ける水素噴出孔を空気流に対して略直角方向となる放射状に形成したことを特徴としている。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の水素燃焼器の水素供給パイプにおいて、水素噴出部分を、空気流の上流方向に指向させて配置し、その先端部にテーパ部分を形成したことを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の水素燃焼器の水素供給パイプにおいて、水素噴出部分を混合器の上流側に配置した状態で、水素供給パイプを混合器の内部に配置したことを特徴としている。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１ないし３に記載の水素供給パイプにおいて、水素噴出孔の孔径は水素供給パイプを流れる水素ガス流れに対し、流れ方向に設けられた水素噴出孔の径より流れに対抗する方向に設けられた噴出孔の径が大きいことを特徴としている。
【００１３】
【発明の効果】
このように構成した請求項１に記載の発明によれば、水素供給パイプの先端部に設けた水素噴出部分を、空気流の供給通路の略中心部で空気流の流れ方向に沿って配置したことにより、この水素噴出部分に設ける水素噴出孔を空気流に対して直角方向となる放射状に形成できるようになり、放射状の水素噴出孔から噴出した水素ガスを空気流と効率良く混合させることができる。
【００１４】
従って、水素噴出部分では複数の水素噴出孔を周方向に略等間隔をもって単に放射状に形成すればよく、水素噴出孔の構成を簡単にして水素噴出部分の形成コストを低廉化できるとともに、水素噴出孔は空気流に対して略直角となるため、この水素噴出孔に空気流の動圧が作用することがないため、水素ガスの供給圧力を低減して供給経路の構造を簡素化することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、空気流の上流方向に指向させて配置した水素噴出部分の先端部にテーパ部分を形成したので、空気流はこのテーパ部分に沿って水素噴出部分を滑らかに流れるため、水素噴出孔の上流側で渦流発生を抑制でき、水素噴出孔から噴出した水素ガスと空気流とを効率良く混合させることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１，２の発明の効果に加えて、水素噴出部分を混合器の上流側に配置した状態で、水素供給パイプを混合器の内部に配置したことにより、水素供給パイプと混合器との間に設けられる間隔を無くすことができるため、水素燃焼器の全体長を短縮して装置全体を小型化することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１ないし３の発明に加えて、水素噴出孔の孔径は水素供給パイプを流れる水素ガス流れに対し、流れ方向に設けられた水素噴出孔の径より流れに対抗する方向に設けられた噴出孔の径を大きくしたことにより、水素流れの慣性力の働く方向の流出抵抗を大きくし、慣性力の働かない側の流出抵抗を小さくしたので水素噴出孔から水素ガスを均等に噴出できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１〜図５は本発明の第１実施形態を示す水素燃焼器の水素供給パイプで、図１は水素燃焼器の水素供給パイプから電気加熱触媒に至る要部を示す断面図、図２は混合器および電気加熱触媒を透視図法で示す斜視図、図３は電気加熱触媒の斜視図、図４は水素供給パイプの水素供給部分を示す断面図、図５は図４中Ａ−Ａ線に沿った断面図である。
【００２０】
水素燃焼器は、水素ガスを燃料として燃焼熱を発生させる装置であり、水素供給源（圧縮水素タンク）から供給される水素ガスと送風機からの空気とを、図１，図２に示すように混合器１０で均一な混合ガスとし、これを電気加熱触媒２０で加熱燃焼した際に発生する燃焼ガスを、この電気加熱触媒２０の下流側に配置した図外の燃焼触媒に送って、この燃焼触媒を触媒反応に十分な温度に加熱するようになっている。
【００２１】
そして、十分に加熱された燃焼触媒で更に混合ガスを酸化反応させて高熱の燃焼ガスを発生し、この燃焼ガスを図外の熱交換器に通して熱交換媒体（純水）と熱交換し、この熱交換媒体によって燃焼媒体で発生する燃焼熱を取り出すようになっている。（特開２００２−１２２３１１号公報参照）
前記混合器１０は、図１，図２に示すように水素ガスと空気の混合ガスが導入される空気流の供給通路としての円筒状のケーシング３０内に、複数（本実施形態では３枚）の第１，第２，第３混合板１１，１２，１３を、それぞれの面方向がケーシング１の中心軸と直角を成すように配置しつつ、各混合板１１，１２，１３間に適宜間隔を設けて取り付けることにより構成してある。
【００２２】
図２に示すように、混合ガスの導入方向に対して最上流側（図中左側）に配置した第１混合板１１は、中央部に大径Ｄ１の開口部１１ａを設けたドーナツ形状に形成するとともに、中間部に配置した第２混合板１２は周囲に４個の中径Ｄ２の開口部１２ａを設けて形成し、そして、最下流側（図中右側）に配置した第３混合板１３は小径Ｄ３の開口部１３ａを多数（本実施形態では１８個）設けて形成してある。例えば、ケーシング３０の内径５７．５ｍｍに対して、Ｄ１は３５ｍｍ、Ｄ２は１９ｍｍ、Ｄ３は９ｍｍとする。
【００２３】
そして、図中左方から流入した混合ガスは、第１混合板１１の開口部１１ａを通過した後、第２混合板１２の開口部１２ａで分流され、更に第３混合板１３の開口部１３ａによって細分流される間に、混合ガスは攪拌されて水素ガスと酸素とがむら無く混合されて電気加熱触媒２０に供給される。
【００２４】
電気加熱触媒２０は、図３に示すように白金（Ｐｔ）１％、残部アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる触媒を担持した平板２１と波板２２を重ねて巻回して、複数箇所をロー付けした後にケーシング３０に圧入して構成し、平板２１と波板２２との間に混合ガスを通過させる多数のセル２３を形成してある。
【００２５】
そして、電気加熱触媒２０の中心部に一方の電極２４を取り付けるとともに、外周部に他方の電極２５を取り付け、これら両電極２４，２５間に電流を印加することにより、電気加熱触媒２０を発熱させるようになっている。
【００２６】
一方の電極２４は、図２に示すように電気加熱触媒２０から混合ガスの導入方向（図中左方）に一旦延設した後に、その先端部を絶縁部材２６を介してケーシング３０の外方へと取り出してあり、また、他方の電極２５は、絶縁部材２７を介してケーシング３０の外方へと取り出してある。
【００２７】
ここで、この第１実施形態ではケーシング３０の混合器１０を経て電気加熱触媒２０に供給する混合ガスを生成するために、図１に示すように混合器１０の上流側に間隔Ｓを設けて、水素ガスをケーシング３０の空気流中に噴出する水素供給パイプ４０を配置するようになっている。
【００２８】
水素供給パイプ４０の先端部４０ａには、図４にも示すように先端を閉塞板４１ａによって閉止した円筒状の水素噴出部分４１を密接嵌合して固定してあり、この水素噴出部分４１に複数の水素噴出孔４２を形成することにより構成してある。
【００２９】
水素供給パイプ４０は、ケーシング３０の下方から内方へと径方向に挿入し、その挿入した先端部４０ａ近傍を空気流の上流側に湾曲させつつ略直角に折曲することにより、水素噴出部分４１をケーシング３０の略中心部に位置させるとともに、空気流の流れ方向（図中左右方向）に沿うように配置してある。
【００３０】
また、前記水素噴出孔４２は、図５に示すように円筒状の水素噴出部分４１の外周に等間隔をもって４箇所設けることにより、これら水素噴出孔４２が空気流に対して略直角方向となる放射状を成す。水素噴出孔４２は上方が小さく、下方が大きくなっている。
【００３１】
そして、図外の水素供給源から水素供給パイプ４０を介して水素噴出部分４１に供給された水素ガスは、水素噴出孔４２からケーシング３０の空気流中に噴出されて混合ガスとなり、この混合ガスを混合器１０によって更にむら無く混合した後に電気加熱触媒２０に供給するようになっている。
【００３２】
以上の構成によりこの第１実施形態の水素燃焼器にあっては、水素供給パイプ４０の先端部４０ａに設けた水素噴出部分４１を、ケーシング３０の略中心部で空気流の流れ方向に沿って配置するとともに、この水素噴出部分４１の外周に設けた水素噴出孔４２を空気流に対して直角方向となる放射状に形成したので、水素噴出孔４２から水素ガスを空気流中に放射状に噴出させることができるため、水素ガスと空気とを効率良く混合させることができる。
【００３３】
従って、水素噴出部分４１では複数の水素噴出孔４２を周方向に略等間隔をもって単に放射状に形成すればよく、水素噴出孔４２の構成を簡単にして水素噴出部分４１の形成コストを低廉化できる。
【００３４】
また、水素噴出孔４２は空気流に対して略直角となるため、この水素噴出孔４２に空気流の動圧が作用することがないため、水素ガスを低圧によっても空気流中に噴射できるため、水素ガスの供給圧力を低減して供給経路の構造を簡素化することができる。
【００３５】
また、水素噴出孔４２は、水素ガス流れ方向に相当する水素噴出部分４１の上方が小さく下方が大きくなっているため、水素供給パイプ４０を流れて水素噴出部分４１に流入した水素ガスは慣性力により上方の水素噴出孔４２に下方の水素噴出孔４２より多くの圧力がかかるが、下方の水素噴出孔４２の孔径が大きいので水素ガスが噴出しやすいため、水素噴出孔４２全体から水素ガスを均等に噴出できる。
【００３６】
（第２実施形態）
図６は本発明の第２実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。
【００３７】
図６は水素供給パイプの水素供給部分を示す断面図で、この第２実施形態の水素供給パイプ４０は、水素噴出部分４１を空気流の上流方向に指向させて配置し、その先端部にテーパ部分４３を形成するようになっている。
【００３８】
従って、この第２実施形態にあっては、空気流はテーパ部分４３に沿って水素噴出部分４１を滑らかに流れるため、水素噴出孔４２の上流側で渦流発生を抑制でき、水素噴出孔４２から噴出した水素ガスと空気流とを効率良く混合させることができる。
【００３９】
（第３実施形態）
図７は本発明の第３実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。
【００４０】
図７は水素供給パイプの水素供給部分を示す断面図で、第３実施形態の水素供給パイプ４０は、水素噴出部４１を水素供給パイプ４０と同径として、それぞれを直角に接合したもので、この場合にあっても前記第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。
【００４１】
勿論、この第３実施形態にあっても、水素噴出部４１の外周に等間隔をもって水素噴出孔４２を４箇所設け、これら水素噴出孔４２が空気流に対して略直角方向となる放射状を成している。
【００４２】
（第４実施形態）
図８は本発明の第４実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。
【００４３】
図８は水素燃焼器の水素供給パイプから電気加熱触媒に至る要部を示す断面図であり、この第４実施形態では水素噴出部分４１を混合器１０の上流側に配置した状態で、水素供給パイプ４０を混合器１０の内部に配置するようになっている。
【００４４】
即ち、この第４実施形態では水素供給パイプ４０を、第１混合板１１と第２混合板１２との間に配置し、水素噴出部分４１を第１混合板１１の開口部１１ａ（図２参照）を通して空気流の上流側に配置するようになっている。
【００４５】
従って、この第４実施形態にあっては、水素供給パイプ４０を混合器１０の内部に配置したことにより、水素供給パイプ４０と混合器１０との間に設けられる間隔Ｓ（図１参照）を無くすことができるため、水素燃焼器の全体長を短縮して装置全体を小型化することができる。
【００４６】
勿論、この第４実施形態では水素供給パイプ４０を混合器１０の内部に配置した場合にも、水素噴出部分４１を混合器１０の上流側に配置してあるので、混合器１０の上流側で混合ガスを生成できるため、混合器１０による混合ガスの攪拌機能を十分に享受することができる。
【００４７】
（第５実施形態）
図９は本発明の第５実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。
【００４８】
図９は水素燃焼器の水素供給パイプから電気加熱触媒に至る要部を示す断面図であり、この第５実施形態では水素供給パイプ４０の先端部４０ａに設けた水素噴出部４１を空気流の下流側に折曲したもので、この第５実施形態にあっても第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。
【００４９】
勿論、この第５実施形態にあっても水素噴出部分４１を、ケーシング３０の略中心部に位置させるとともに、空気流の流れ方向に沿うように配置してある。
【００５０】
ところで、本発明の水素燃焼器の水素供給パイプは第１〜第５実施形態に例をとって説明したが、これら実施形態に限ることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他の実施形態を各種採ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における水素燃焼器の水素供給パイプから電気加熱触媒に至る要部を示す断面図。
【図２】本発明の第１実施形態における混合器および電気加熱触媒を透視図法で示す斜視図。
【図３】本発明の第１実施形態における電気加熱触媒の斜視図。
【図４】本発明の第１実施形態における水素供給パイプの水素供給部分を示す断面図。
【図５】図４中Ａ−Ａ線に沿った断面図。
【図６】本発明の第２実施形態における水素供給パイプの水素供給部分を示す断面図。
【図７】本発明の第３実施形態における水素供給パイプの水素供給部分を示す断面図。
【図８】本発明の第４実施形態における水素燃焼器の水素供給パイプから電気加熱触媒に至る要部を示す断面図。
【図９】本発明の第５実施形態における水素燃焼器の水素供給パイプから電気加熱触媒に至る要部を示す断面図。
【符号の説明】
１０  混合器
１１  第１混合板
１２  第２混合板
１３  第３混合板
２０  電気加熱媒体
３０  ケーシング（空気流の供給通路）
４０  水素供給パイプ
４１  水素噴出部分
４２  水素噴出孔
４３  テーパ部分
【図１】
2004205097.tif 000003
【図２】
2004205097.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004205097.tif 000007
【図６】
2004205097.tif 000008
【図７】
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【図８】
2004205097.tif 000010
【図９】
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