(57)【要約】【課題】  排気の低ＨＣ化を可能とした燃焼器を提供する。【解決手段】  燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼室２と、前記燃焼室に燃料を供給する燃料供給部３と、前記燃焼室に空気を供給する空気供給部４、７と、前記燃焼室内の燃料と空気との混合気を着火する点火手段５と、を備える燃焼器において、前記燃焼室の内壁面近傍を流れるガスを取り込み、この取り込んだガスを前記空気供給部を介して前記燃焼室上流に還流するガス還流部９とを備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室に燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃焼室に空気を供給する空気供給部と、
前記燃焼室内の燃料と空気との混合気を着火する点火手段と、
を備える燃焼器において、
前記燃焼室の内壁面近傍を流れるガスを取り込み、この取り込んだガスを前記空気供給部を介して前記燃焼室上流に還流するガス還流部と、
を備えたことを特徴とする燃焼器。
【請求項２】
前記燃焼室は円筒形に形成され、
前記空気供給部は前記燃焼室内に旋回流を生成するスワラと、このスワラに空気を供給するブロアを備え、
前記ガス還流部は、前記燃焼室の下流側からガスを取り込むことを特徴とする請求項１に記載の燃焼器。
【請求項３】
前記ガス還流部は前記燃焼室内壁面に沿って設けられ、上流側に向けて開くテーパー状のリングプレートを備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼器。
【請求項４】
前記燃焼室は、ガスが燃焼する内筒と、この内筒の外側に内筒と同軸的に、かつ所定の間隙をもって配置される外筒とから構成され、
前記ガス還流部の取り込んだガスを前記空気供給部へ還流するガス還流流路を、前記内筒と外筒との間により形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の燃焼器。
【請求項５】
前記燃焼室は、ガスが燃焼する内筒と、この内筒の外側に内筒と同軸的に、かつ所定の間隙をもって配置される第１外筒と、この第１外筒の外側に第１外筒と同軸的に、かつ所定の間隙をもって配置される第２外筒とから構成され、
前記ガス還流部の取り込んだガスを前記空気供給部へ還流するガス還流流路を、前記内筒と第１外筒との間により形成し、
前記空気供給部へ送り込まれる空気を供給する空気供給流路を、前記第１外筒と第２外筒との間により形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の燃焼器。
【請求項６】
前記ガス還流部は取り込まれたガスを前記空気供給部に送るブロアを備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の燃焼器。
【請求項７】
前記ガス還流流路を前記空気供給流路にエゼクタを介して連通し、還流ガスを空気供給流路に吸引導入したことを特徴とする請求項５に記載の燃焼器。
【請求項８】
前記内筒の肉厚を外筒の肉厚より薄く設定したことを特徴とする請求項４に記載の燃焼器。
【請求項９】
前記ガス還流部は還流ガスの還流量を制御するガス還流量制御手段を備えたことを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の燃焼器。
【請求項１０】
前記燃焼室には燃焼触媒を備えたことを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の燃焼器。
【請求項１１】
前記ガス還流部は、前記燃焼触媒下流より還流ガスを取り込むことを特徴とする請求項１０に記載の燃焼器。
【請求項１２】
前記燃焼室下流側にガス希釈用の空気を供給する第２空気供給部と、
この供給空気流量を制御する空気流量制御手段とを設けたことを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の燃焼器。
【請求項１３】
前記燃焼室は、前記内筒の内側に内筒と同軸的に、かつ所定の間隙をもって配置され、前記触媒触媒を保持する触媒保持筒を備え、
前記内筒と触媒保持筒との間隙は前記触媒の上流側で燃焼室に開口し、前記ガス還流部は前記内筒と前記触媒保持筒との間隙からガスを取り込むことを特徴とする請求項１０に記載の燃焼器。
【請求項１４】
前記ガス還流部の上流側に設けられ、前記燃焼室内壁面近傍を流れるガス流を攪拌するガス攪拌部材を備えたことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一つに記載の燃焼器。
【請求項１５】
前記燃焼室から排出されたガスの温度を検出する温度検出手段と、
検出された温度が所定温度となるように前記燃焼室に供給される燃料量または空気量の少なくとも一方を制御する供給量制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一つに記載の燃焼器。
【請求項１６】
前記燃焼器の下流側に燃焼器から排出されるガスを改質ガスに改質する改質装置を備え、
前記改質装置下流の内壁面近傍を流れる改質ガスを取り込み、この取り込んだ改質ガスを前記改質装置上流に還流する改質ガス還流部を備えたことを特徴とする請求項１から１４のいずれか一つに記載の燃焼器。
【請求項１７】
前記改質装置は、
前記燃焼器から排出されたガスを改質反応により改質する改質器と、
改質器から排出された改質ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素変成器と一酸化炭素部分酸化器とからなり、
前記改質ガス還流部は、
前記改質器下流に設置され、前記改質器下流の内壁面近傍を流れる改質ガスを取り込み、この取り込んだ改質ガスを前記改質器上流に還流する第１改質ガス還流部と、
前記一酸化炭素変成器下流に設置され、前記一酸化炭素変成器下流の内壁面近傍を流れる改質ガスを取り込み、この取り込んだ改質ガスを前記一酸化炭素変成器上流に還流する第２改質ガス還流部と、
前記一酸化炭素部分酸化器下流に設置され、前記一酸化炭素部分酸化器下流の内壁面近傍を流れる改質ガスを取り込み、この取り込んだ改質ガスを前記一酸化炭素部分酸化器上流に還流する第３改質ガス還流部と、からなることを特徴とする請求項１５に記載の燃焼器。
【請求項１８】
燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室に燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃焼室に空気を供給する空気供給部と、
前記燃焼室内の燃料と空気との混合気を着火する点火手段と、
を備える燃焼器において、
前記燃焼室の内壁面近傍を流れるガスを取り込み、この取り込んだガスを前記空気供給部を介して前記燃焼室上流に還流するガス還流部を備え、
前記燃焼室は、ガスが燃焼する内筒と、この内筒の外側に内筒と同軸的に、かつ所定の間隙をもって配置される外筒とから構成され、
前記ガス還流部の取り込んだガスを前記空気供給部へ還流するガス還流流路を、前記内筒と外筒との間により形成したことを特徴とする燃焼器。
【請求項１９】
前記燃焼室は、前記内筒と、前記外筒と、この外筒の外側に外筒と同軸的に、かつ所定の間隙をもって配置される第２外筒とから構成され、
前記ガス還流部の取り込んだガスを前記空気供給部へ還流するガス還流流路を、前記内筒と外筒との間により形成し、
前記空気供給部へ送り込まれる空気を供給する空気供給流路を、前記外筒と第２外筒との間により形成したことを特徴とする請求項１８に記載の燃焼器。
【請求項２０】
前記外筒と前記第２外筒との間隙を狭めてエゼクタを形成し、このエゼクタにより前記ガス還流流路内のガスを吸い込み、前記空気供給部へ還流することを特徴とする請求項１９に記載の燃焼器。
【請求項２１】
燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室に燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃焼室に空気を供給する空気供給部と、
前記燃焼室内の燃料と空気との混合気を着火する点火手段と、
を備える燃焼器において、
前記燃焼室の内壁面近傍を流れるガスを取り込み、この取り込んだガスを前記空気供給部を介して前記燃焼室上流に還流するガス還流部と、
前記ガス還流部の下流に設置され、触媒燃焼を行う燃焼触媒と、
前記ガス還流部の取り込んだガスを前記燃焼触媒の外周部に沿って流通させた後、空気供給部へ還流するガス還流流路とを備えたことを特徴とする燃焼器。
【請求項２２】
前記燃焼室下流側にガス希釈用の空気を供給する第２空気供給部と、
この供給空気流量を制御する空気流量制御手段とを設けたことを特徴とする請求項２１に記載の燃焼器。
【請求項２３】
前記燃焼室から排出されたガスの温度を検出する温度検出手段と、
検出された温度が所定温度となるように前記燃焼室に供給される燃料量または空気量の少なくとも一方を制御する供給量制御手段とを備えたことを特徴とする請求項２２に記載の燃焼器。
【請求項２４】
燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室に燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃焼室に空気を供給する空気供給部と、
前記燃焼室内の燃料と空気との混合気を着火する点火手段と、
を備え、
前記空気供給部に前記燃焼室内に旋回流を生成し、空気と燃料との攪拌を促進するスワラを設けた燃焼器において、
前記燃焼室下流側に設置され、触媒燃焼を行う燃焼触媒と、
前記燃焼触媒上流に設置され、前記燃焼室内壁面近傍を流れるガス流と前記燃焼室中央部を流れるガス流とを攪拌するガス攪拌部材とを備え、
前記燃焼触媒の外周側に攪拌されたガスを供給したことを特徴とする燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料と空気を混合燃焼するための燃焼器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼器から排出される排気を浄化する技術として、燃料と空気を混合する混合筒と、その下流側に設置された触媒燃焼器と、混合筒を外包する外筒とからなる燃焼器において、起動時には、混合筒内で燃料と空気を混合して燃焼させ下流の触媒燃焼器を加熱し、また定常運転時は、混合筒と外筒間に燃焼器から排出された排気ガスを還流させ、混合筒を内外より加熱して液体燃料の壁流を防止する技術が公開されている（特許文献１参照。）。また圧縮空気を燃焼器内の予混合室と予燃焼室と触媒下流へ導入し、かつ触媒下流に追い炊き燃料を噴射することで低ＮＯｘ化を可能にした触媒燃焼方式の燃焼器がある（特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２７２００７号公報
【特許文献２】特開２００３−００３８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、燃焼触媒を設置した燃焼室温度を高くして燃料を気化させただけでは空気との混合が不十分なため完全燃焼できず燃焼室内壁近くを流れる燃焼ガス中のＨＣ濃度が高いという問題があった。
【０００４】
また特許文献２に記載の技術では、予燃焼室や触媒の外周を空気が流れる構造となっているので触媒外周部から空気に放熱されて触媒外周部の触媒活性が低くなり排気ガスに含まれるＣＯやＨＣを十分に酸化できない可能性があった。
【０００５】
本発明は上述した従来の課題を解決するためになされたもので、燃焼室と燃焼触媒の高温化と、壁面近くの不完全燃焼排気ガスの回収および再燃焼と、燃焼触媒外周部の空燃比改善により、排気中のＨＣの低減化を可能とした燃焼器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼室と、前記燃焼室に燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼室に空気を供給する空気供給部と、前記燃焼室内の燃料と空気との混合気を着火する点火手段とを備える燃焼器において、前記燃焼室の内壁面近傍を流れるガスを取り込み、この取り込んだガスを前記空気供給部を介して前記燃焼室上流に還流するガス還流部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
燃焼室内に供給された燃料の一部が、燃焼室の内壁に付着し冷却するため、内壁面近傍ではガス温度が低下し完全燃焼し難くＨＣ濃度が濃いガスとなる。本発明では、内壁面近傍を流れるＨＣ濃度の濃いガスを捕集し、空気供給部に還流させ再燃焼させるようにしたので、ガス中のＨＣの排出量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明の燃焼器１の構成図である。
【０００９】
燃焼器１は、燃料と空気との混合気を燃焼する円筒状の燃焼室２を備える。燃焼室２は、その一端面に燃焼室内に所定の燃料を噴射するインジェクタ３を備え、さらにこのインジェクタ３と同軸的に、かつその外周にスワラ４を設置する。スワラ４は、供給された所定の空気を旋回流にして燃焼室２内に送り込み、インジェクタ３により噴射される燃料との混合を促進する。燃焼室２内上流側には燃料と空気との混合気を燃焼するための点火プラグ５が設置される。
【００１０】
スワラ４の周りには第１空気室６が形成され、第１空気室６には、空気供給用ブロア７から空気流路８を経由して所定量の空気が供給され、第１空気室６の空気がスワラ４を介して燃焼室２内に送られる。
【００１１】
燃焼室２内で燃料と空気の混合気が燃焼してガスが生成される。燃焼室２内を流通する燃焼ガスのＨＣ濃度は、部分的に変化しており、具体的には、燃焼室２内壁面近傍を流通する燃焼ガスは燃料と空気の混合が不充分となり、完全燃焼し難く、このためＨＣ濃度が高い。本発明では、このＨＣ濃度の高い燃焼ガス上流側の第１空気室６に還流させ、再燃焼させるために燃焼ガス還流部９を備える。
【００１２】
燃焼ガス還流部９は、燃焼室２の下流側の内壁付近に形成され、燃焼室内壁面に沿って取り付けられ、燃焼ガスを捕集するガス捕集リング部材１２と、燃焼室２を貫通する流通孔９ａと、この流通孔９ａに接続して第１空気室６に燃焼ガスを還流させるガス還流流路１０と、このガス還流流路１０の途中に設置されたガス還流用ブロア１１とを備え、取り込んだ燃焼ガスを第１空気室６に圧送する。流通孔９ａ近傍の燃焼室２内壁に取り付けられるガス捕集リング部材１２は、図２に示すように、上流側に向かって開かれるテーパー面１２ａを備えるリングプレートで構成される。このガス捕集リング部材１２を燃焼室２の内壁面に沿って全周的に設置することで、燃焼室内壁近傍を流通するＨＣ濃度の高い燃焼ガスを効率よく第１空気室６に還流することが可能となる。
【００１３】
燃焼ガス還流部９の下流には、燃焼室２内に空気を供給するための第２空気室１３が形成される。第２空気室１３の空気供給口１３ａから燃焼室２内に供給された空気は、燃焼ガスを希釈するために用いられる。第２空気室１３には、前記空気供給用ブロア７からの空気を第１空気室６に送るための空気流路８から分岐して第２空気室１３に接続する分岐流路１４から空気が供給される。空気供給口１３ａから燃焼室２内に供給される空気流量は空気供給用ブロア７の回転速度を制御することで制御される。
【００１４】
以下、作用を説明する。空気供給用ブロア７で第１空気室６に圧送された空気は、スワラ４で旋回流となり、燃焼室２内に導入される。スワラ４の中心に設置された燃料噴射用のインジェクタ３から燃料、例えばガソリンが噴射され、スワラ４により旋回流となった空気と噴射された燃料とが攪拌されて混合気となる。
【００１５】
この混合気は、点火プラグ５により着火、燃焼し、燃焼室２内で高温の燃焼ガスとなる。燃焼時にインジェクタ３から噴射された燃料の一部が、燃焼室２の内壁に付着したり、空気との混合が不充分となったりして、内壁近傍では燃焼ガス温度が低下し、完全燃焼し難くなり、燃焼ガス中のＨＣ濃度が相対的に高くなる。燃焼室２の下流側の内壁面付近には燃焼ガス還流部９が設けられ、図３に示すように内壁近傍を流れるＨＣ濃度の高い燃焼ガスを取り込み、取り込んだ燃焼ガスをガス還流流路１０よりガス還流用ブロア１１で第１空気室６に圧送する。そして、空気供給用ブロア７からの空気と混合させながら燃焼ガスの熱で加熱した空気とともに、スワラ４から燃焼室２内に圧送して再燃焼される。
【００１６】
このようにインジェクタ３の噴射燃料の一部が、燃焼室２の内壁に付着し、内壁面近傍を流れる燃焼ガスは、燃焼ガス温度が低下し、完全燃焼し難くＨＣ濃度が高い燃焼ガスとなるが、本実施形態では、主として燃焼室２の内壁近傍を流れるＨＣ濃度の濃い燃焼ガスを燃焼室２の内壁に設けた燃焼ガス還流部９で取り込み、燃焼室２に還流して再燃焼するようにしたので、排出される燃焼ガス中のＨＣの排出量を低減することができる。
【００１７】
燃焼器２を円筒状に形成するとともに、スワラ４を用いて燃焼室２内に旋回流として空気を供給するため、内壁面に沿って旋回する燃焼ガスの流れが維持されやすく、内壁面近傍の燃焼ガスを効率よく取り込むことができる。
【００１８】
図４は、本発明の第２の実施形態を示す。この実施形態は第１の実施形態に対して、燃焼室２の内部に、燃焼ガス還流部９の上流側に燃焼触媒を設置するとともに、燃焼室２を２重壁構造としたもので、図１の第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００１９】
本実施形態の燃焼室２は、内筒２ａと、この内筒２ａの外側に同軸的に所定の間隙２ｃを持って配置される外筒２ｂからなる２重壁構造からなる。この内筒２ａと外筒２ｂとの環状の間隙２ｃを燃焼ガス還流部９から取り込んだＨＣを多く含む燃焼ガスを送り込むガス還流流路１０の一部とし、ブロア１１を介して第１空気室６に連通しており、還流した燃焼ガスが燃焼室２で再燃焼される。
【００２０】
燃焼室２には、混合気の燃焼を促進する燃焼触媒１５が前記燃焼ガス還流部９の直ぐ上流側に設けられる。燃焼触媒１５は、その外周部ほど温度が低いため、活性が低くなる傾向にあり、内筒２ａの内壁近傍を流れる燃焼ガスほど転化率が低くなる。しかし本実施形態では、燃焼触媒１５の下流で内壁近傍の燃焼ガスを燃焼ガス還流部９に取り込み、この燃焼ガスを燃焼室２の外周に沿って上流側へと流通させた後に第１空気室６に還流するので、燃焼室２と燃焼触媒１５の外周部が燃焼ガスの熱により加熱でき、燃焼触媒１５の外周温度の上昇を促進できるとともに、内筒２ａの内壁に付着した燃料を素早く気化させることができる。したがって、燃焼触媒１５の活性化が促進され、特に燃焼器１の起動時に排出される燃焼ガス中のＨＣおよびＣＯの量を大幅に低減できる。
【００２１】
更に燃焼ガスによる圧力は外筒２ｂが受け持つので、内筒２ａを薄肉化して熱容量を低減できるため、前記起動後、定常運転状態への移行を素早くできる。
【００２２】
なお、燃焼ガスの還流量は、ガス還流量制御手段、具体的には空気供給用のブロアの回転速度または内筒と外筒との間隙２ｃに流量制御弁を設置して制御することができる。ガス還流量を制御できることにより、起動時の運転条件等で、温度が高ければ、ガス還流量のブロワによる吸い込み量／もしくは流量制御弁によるガス還流流路面積／絞りによってガス還流路を保温層のように用いたり、温度が低ければ、ガス還流量を増加することで未燃焼分を減らすことができる。
【００２３】
図５は、燃焼ガスを用いて燃焼触媒１５を外周側から加熱した時としない時の温度変化を示したものである。本実施形態によれば、最外周での温度低下も抑制され、燃焼ガスによる加熱の効果が明らかであることが示される。
【００２４】
図６は、第３の実施形態の燃焼器１の構成図である。この実施形態は第２の実施形態に対して、燃焼触媒１５を設置するための触媒保持筒２ｄを内筒２ａの内側に設置し、これらの間で燃焼ガス還流部を構成することを特徴とする。
【００２５】
内筒２ａの内側に同軸的に設置された触媒保持筒２ｄは、燃焼触媒１５の上流側で内筒２ａとの間に開口が設けられ、燃焼触媒１５に導入される前の燃焼ガスがその開口部２ｅから触媒保持筒２ｄと内筒２ａとの環状の間隙２ｆに流入し、燃焼触媒１５を外周側から加熱する。この場合、触媒保持筒２ｄの入口側は内側に向けて全周が傾斜し、前記ガス捕集リング部材１２の役割を果たす。さらに間隙２ｆと、内筒２ａと外筒２ｂとの間隙２ｃとが燃焼触媒１５の下流側で連通し、燃焼ガスが間隙２ｃを流通して燃焼器１を加熱する。その後、燃焼ガスは第１空気室６に送られて再燃焼される。
【００２６】
燃焼器１の起動直後では、図７に示すように燃焼ガスの熱が燃焼触媒１５の加熱に消費され、燃焼触媒の温度上昇に時間がかかり、燃焼器１の温度上昇に比較すると遅れが生じることになる。しかし、本実施形態では燃焼触媒１５へ導入する前の高温の燃焼ガスを燃焼触媒１５および燃焼室２の加熱に用いるため、第２の実施形態の効果をより効率よく起動時に発揮することができる。
【００２７】
図８は、第４の実施形態の燃焼器１の構成図である。この実施形態は第１の実施形態に対して、燃焼室２内に燃焼触媒１５を設置するとともに、燃焼室内壁近傍の燃焼ガスの流れを乱すガス攪拌部材１６を燃焼触媒１５の上流に設置した。
【００２８】
ガス攪拌部材１６は、燃焼室２の内壁面に取り付けられ、下流側に傾斜して挟口するリング状の板材で構成され、燃焼室２の内壁近傍のＨＣ濃度の高い燃焼ガスをＨＣ濃度の低い燃焼ガスの流れる中央側へと導いて混流させ、燃焼ガスのＨＣ濃度を部分的に偏りがない略均一的な混合状態で燃焼触媒１５に流入させることができる。
【００２９】
したがって、本実施形態では、燃料噴射インジェクタ３より噴射された燃料の一部が燃焼室２の内壁に付着し、燃料ガスと空気が十分に混合し難くなったとしても燃焼室２の内壁面に沿って流れる燃焼ガスを燃焼室２の内壁に設けたガス攪拌部材１６で攪拌して均一化した状態で、燃焼触媒１５に導入するので、燃焼触媒１５での酸化反応が促進されＨＣおよびＣＯの排出量を低減することができる。
【００３０】
図９は、第５の実施形態の燃焼器１の構成図である。この実施形態は第３の実施形態に対して、燃焼室２の第１外筒２ｂの外側に沿って空気供給用ブロア７からの空気を流通させる空気供給流路１７を形成するための外筒２ｂの外側に所定の間隙を持って第２外筒２ｇを形成した点が異なる。
【００３１】
したがって、内筒２ａと外筒２ｂとの間隙２ｃを流通する燃焼ガスの熱が，外筒２ｂに隣接する空気供給流路１７を流れる空気に伝達され、空気を加熱できる。このため、空気が昇温されるので、燃料ガスと混流されスワラ４から燃焼器１内に送られる混合気の温度が上昇し、噴射燃料の気化を促進させて燃焼を安定させＨＣおよびＣＯおよびＮＯｘの低減が可能となる。また、外筒２ｂと第２外筒２ｇの間に空気を流通させることで、燃焼ガスの熱が外部に逃げることを抑制することができる。
【００３２】
図１０は、第６の実施形態の燃焼器１の構成図である。この実施形態は第５の実施形態に対して、燃焼器１の外筒２ｂの内側に断熱材１８を設置したことを特徴とする。したがって、燃焼ガスを還流させる空気供給流路１７の外筒２ｂの内側に断熱材１８を設け、燃焼器１の断熱効果を向上したので、燃焼器１をより高温に加熱でき、燃焼器１の内筒２ａ内壁近傍の燃焼ガス温度が上昇し、燃焼が促進されＨＣおよびＣＯの排出量を低減できる。
【００３３】
図１１は、第７の実施形態の燃焼器１の構成図である。この実施形態は第６の実施形態に対して、内筒２ａと外筒２ｂとの間隙２ｃを還流する燃焼ガスが、空気供給用ブロア７からの空気が流通する外筒２ｂと第２外筒２ｇ間の空気供給流路１７に流入する開口部１９ａを設け、この開口部１９ａにエゼクタ１９を形成したことを特徴とする。開口部１９ａは、空気供給流路１７の通路断面積を絞り込んだ狭小部１７ａに、開口部１９を開口接続して空気流速の高い部分に発達する負圧を利用して燃焼ガスを吸い出すように構成する。
【００３４】
したがって、エゼクタ１９を形成して燃焼ガスを空気に吸引、混流するようにしたので、高価なガス還流用ブロア１１を備える必要がなく、安価で燃焼ガスの還流と空気と燃焼ガスの混合を行うことができる。
【００３５】
図１２は、第８の実施形態の燃焼器１の構成図である。この実施形態は第７の実施形態に対して、燃焼触媒１５下流に空気を供給する第２空気室１３に、第２空気室１３から供給される空気の流量を制御する空気流量制御手段２０を設けた点が異なる。
【００３６】
空気流量制御手段２０は、円周方向の所定間隔に貫通孔２１ａを形成した円筒部材２１で構成し、この円筒部材２１は第２空気室１３において燃焼室２の外周で回転可能に配置され、その回動位置によって空気供給口１３ａを塞ぐように設置する。空気供給口１３ａと円筒材２１の貫通孔２１ａが重なることで空気が燃焼器１内に供給される。円筒部材２１の回転量により燃焼器１内に供給される空気流量を制御することができ、例えば、円筒部材２１の外周に歯車（リングギア）２２を形成し、このリングギア２２に噛合するウォームギア２３を設置して、ウォームギア２３の回転を制御することにより円筒部材２１を燃焼室２の中心軸回りに回転させる。
【００３７】
したがって、本実施形態によれば、燃焼触媒１５の下流の燃焼ガスを希釈する空気を供給する空気供給口１３ａからの空気流量を制御する空気流量制御手段２０を備えたので、燃焼器１を最適な温度条件に保ちながら燃焼器出口の温度を可変にすることができる。
【００３８】
また、空気流量制御手段２０を、貫通孔２１ａを備えた円筒部材２１とリングギヤ２２とウオームギヤ２３で構成したので、簡単な構造で空気流量を制御することができる。
【００３９】
図１３は、第９の実施形態の燃焼器１の構成図である。この実施形態は第８の実施形態の空気流量制御手段２０を変更したものである。具体的には空気供給口１３ａを塞ぐ円筒部材２４と、この円筒部材２４に燃焼室２の中心軸と平行に備えられたラックギア２５と、このラックギア２５に噛合し、燃焼室２に回転自在に設置されるピニオンギア２６とから構成され、ピニオンギア２６を回転することで円筒部材２４を燃焼器１の中心軸と平行に摺動することができる。そしてピニオンギア２６を回転制御することで円筒部材２４の燃焼室２軸方向への移動量を制御できる。円筒部材２４の移動量に応じて空気供給口１３ａの開度が変化し、燃焼器１内への空気流量が制御される。このような構成により、簡単な構成で燃焼触媒１５下流の燃焼器１内に導入される燃焼ガスを希釈する空気流量を制御することができる。
【００４０】
図１４は、第１０の実施形態の燃焼器１と燃料改質装置３０の構成図である。この実施形態は、図１に示す第１の実施形態の構成を備えた燃焼器１の下流に燃料改質装置３０を設置したものである。
【００４１】
この燃料改質装置３０は、円筒状の本体３０ａ内に、炭化水素系の燃料を水素リッチなガスに改質するためのもので、燃料改質装置３０内部には、改質触媒を収装して改質ガスを生成する改質器３１と、改質ガス中の一酸化炭素（以下、ＣＯという。）を所定濃度まで除去するＣＯ変成器３２およびＣＯ部分酸化器３３とが設置される。さらに改質器３１の下流に設置され、改質器３１から排出された、本体３０ａの内壁近傍を流れる改質ガスを取り込み、改質器３１の直上流に還流する第１改質ガス還流部３４と、ＣＯ変成器３２の下流に設置され、ＣＯ変成器３２から排出された、本体３０ａの内壁近傍を流れる改質ガスを取り込み、この改質ガスをＣＯ変成器３２の直上流に還流する第２改質ガス還流部３５と、ＣＯ部分酸化器３３の下流に設置され、ＣＯ部分酸化器３３から排出された、本体３０ａの内壁近傍を流れる改質ガスを取り込み、改質ガスをＣＯ部分酸化器３３の直上流に還流する第３改質ガス還流部３６とが設置される。改質ガス還流部３４〜３６には、それぞれ取り込んだ改質ガスを改質器３１、ＣＯ変成器３２またはＣＯ部分酸化器３３の上流側に還流する流路３４ａ、３５ａ、３６ａと、この流路途中に改質ガスを上流側に圧送するブロア３４ｂ、３５ｂ、３６ｂがそれぞれ設置される。また改質ガス還流部３４〜３６は、本体３０ａの内壁に取り付けられた改質ガス捕集リング部材３７〜３９をそれぞれ備える。
【００４２】
なお、第１から第３改質ガス還流部３４〜３６の改質ガスの取り込み部の形状は、第１の実施形態のガス捕集リング部材１２と同様であり、上流側に向かって開かれるテーパー面を備えるリングプレートで構成される。このガス捕集リング部材３７〜３９を改質装置本体３０ａの内壁面に沿って全周的に設置することで、改質装置３０内壁面近傍を流通する転化率の低い改質ガスを効率よく上流側に還流することが可能となる。
【００４３】
燃料改質装置３０は、燃焼器１から排出された燃焼ガスを改質器３１で水素リッチな改質ガスに改質して、ＣＯ変成器３２またはＣＯ部分酸化器３３でＣＯ濃度を制御して図示しない燃料電池に供給する。改質器３１、ＣＯ変成器３２およびＣＯ部分酸化器３３に収装された触媒は、触媒が収装される改質装置３０の本体３０ａの内壁面に接する外周部ほど冷却されやすく、活性が低くなる傾向にあり、したがって、前述の燃焼器１と同様に内壁面近傍を流れる改質ガスほど転化率が低くなる。
【００４４】
本発明では、改質装置３０を構成する改質器３１、ＣＯ変成器３２およびＣＯ部分酸化器３３の下流にそれぞれ設置した第１から第３改質ガス還流部３４〜３６を用いて、内壁面近傍を流れる転化率の低い改質ガスを取り込んで各触媒の上流側に還流して再改質することで各触媒の転化率を向上することができる。
【００４５】
図１５は、第１１の実施形態の構成図である。この実施形態の構成は、第９の実施形態の燃焼器と第１０の実施形態の燃料改質装置３０とを組み合わせた構成である。さらに燃焼触媒１５の上流、燃焼触媒１５内、または燃焼触媒１５直下流に温度センサ４１、４２、４３を設置し、各部位での燃焼ガスを温度を検出する。ただし、温度センサは１箇所に設け、燃焼ガス温度を代表して検出するようにしてもよい。
【００４６】
コントローラ４０は検出した温度と予め設定した所定温度（例えば９００℃〜１１００℃）との温度差を演算し、この温度差に基づいてインジェクタ３より噴射される燃料量をフィードバック制御することにより、スワラ４から供給される空気と燃焼ガスからなる混合ガス（または空気）の流量が変化しても燃焼器１の温度を適正に制御するようにする。なお、燃料噴射量を一定としてスワラ４から供給される混合気または空気の流量を制御するようにしてもよい。加えて、空気供給口１３ａから供給される空気流量を用いて制御するようにしてもよい。
【００４７】
また燃料改質装置３０に流入する燃焼ガス温度をセンサ４４により検出し、この検出温度と所定温度（例えば４００℃〜８００℃）との温度差をコントローラ４０により演算し、空気流量制御手段を用いて空気供給口１３ａの開度を制御することで燃焼ガスを希釈する空気流量をフィードバック制御し、燃料改質装置３０に供給する燃焼ガスの温度を最適にすることができる。
【００４８】
燃料噴射インジェクタ３より供給される燃料流量を燃焼器１の出口での燃焼ガス温度が所定温度となるようにフィードバック制御し、また必要に応じて第２空気室１３の空気供給口１３ａの開度を燃料改質装置に流入する燃料ガス温度が燃料改質装置の要求ガス温度となるようにフィードバック制御することで、燃焼器１を最適な温度条件に保ちながら運転すると共に、燃焼器出口の燃焼ガス温度を燃料改質装置３０が要求する適正な温度に制御できる。
【００４９】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明を適用した燃焼器は、低ＨＣ燃焼ガスを供給できるため燃料電池システムに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の燃焼器の構成図である。
【図２】ガス捕集リングの詳細形状を説明する図である。
【図３】燃焼触媒の周方向の温度分布を示す図である。
【図４】第２の実施形態の燃焼器の構成図である。
【図５】燃焼器出口の周方向のガス濃度を示す図である。
【図６】第３の実施形態の燃焼器の構成図である。
【図７】燃焼器温度および燃焼触媒出口温度の昇温特性図である。
【図８】第４の実施形態の燃焼器の構成図である。
【図９】第５の実施形態の燃焼器の構成図である。
【図１０】第６の実施形態の燃焼器の構成図である。
【図１１】第７の実施形態の燃焼器の構成図である。
【図１２】第８の実施形態の燃焼器の構成図である。
【図１３】第９の実施形態の燃焼器の構成図である。
【図１４】第１０の実施形態の燃焼器の構成図である。
【図１５】第１１の実施形態の燃焼器の構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  燃焼器
２  燃焼室
２ａ  内筒
２ｂ  外筒
２ｃ  間隙
２ｄ  触媒保持筒
２ｅ  開口部
２ｆ  間隙
２ｇ  空気流通壁
３  インジェクタ
４  スワラ
５  点火プラグ
６  第１空気室
７  空気供給用ブロア
８  空気流路
９  燃焼ガス還流部
９ａ  流通孔
１０  ガス還流流路
１１  ガス還流用ブロア
１２  ガス捕集リング部材
１２ａ  テーパー面
１３  第２空気室
１３ａ  空気供給口
１４  分岐流路
１５  燃焼触媒
１６  ガス攪拌部材
１７  空気供給流路
１８  断熱材
１９  エゼクタ
１９ａ  開口部
２０  空気流量制御手段
２１  円筒部材
２１ａ  貫通孔
２２  リングギア
２３  ウォームギア
２４  円筒部材
２５  ラックギア
２６  ピニオンギア
３０  燃料改質装置
３１  改質器
３２  ＣＯ変成器
３３  ＣＯ部分酸化器
３４〜３６  改質ガス還流部
３４ａ〜３６ａ  還流流路
３４ｂ〜３６ｂ  ブロア
３７〜３９  改質ガス捕集部材
４０  コントローラ
４１〜４４  温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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