(57)【要約】【課題】構造がシンプル且つ小型で、良好な燃焼を行い得るようにした燃焼装置を提供する。【解決手段】改質管の外周側に燃焼ガス３２を送給して改質管内を流れる原料ガスを改質し得るようにした燃料改質装置の燃焼装置１０であって、炉筒１１の下端に接続された空気２５を送給し得るようにしたベース内筒１６の上端に、複数の空気吹出し孔２４ｂを有するバーナコーン２４を配置すると共に、バーナコーン２４内に中子２７を収納して、バーナコーン２４と中子２７との間に保炎スペース３１を形成し、バーナコーン２４の下部に、燃料ガス２８を保炎スペース３１に送給し得るようにした燃料ガス供給管１９と、燃料ガス供給管１９内に同心状に配置されて燃焼用燃料２９を燃料ガス供給管１９内の上部空間から保炎スペース３１に送給し得るようにした燃焼用燃料供給管２０を設ける。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器の内筒内に配置した炉筒と内筒との間の流路に収納した改質管の外周側に燃焼ガスを送給して前記改質管内を流れる原料ガスを改質し得るようにした燃料改質装置の燃焼装置であって、前記炉筒の下端に接続されて空気を送給し得るようにした筒体内の上端に、周壁部に複数の空気吹出し孔を有する中空筒状のバーナコーンを収納すると共に、該バーナコーン内に所定形状の中子を収納して、前記バーナコーンと中子との間に保炎スペースを形成し、前記バーナコーンの下部に、燃料ガスを前記保炎スペースに送給し得るようにした燃料ガス供給管と、少なくとも上端部が燃料ガス供給管内に配置されて燃焼用燃料を前記燃料ガス供給管内の上部空間から保炎スペースに送給し得るようにした燃焼用燃料供給管を設け、前記燃料ガス及び燃焼用燃料を前記中子の下面を通して前記保炎スペースへ送給し得るよう構成したことを特徴とする燃料改質装置の燃焼装置。
【請求項２】
容器は真空断熱容器である請求項１に記載の燃料改質装置の燃焼装置。
【請求項３】
空気吹出し孔はバーナコーンの周方向へ所定の間隔で設けられると共に軸線方向へ複数段設けられている請求項１又は２に記載の燃料改質装置の燃焼装置。
【請求項４】
空気吹出し孔は正列配置されている請求項３に記載の燃料改質装置の燃焼装置。
【請求項５】
燃焼用燃料供給管の少なくとも上端部は燃料ガス供給管内に同心状に配置されている請求項１、２、３又は４に記載の燃料改質装置の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料改質装置の燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は、水の電気分解とは逆に水素と酸素を結合させて、その時に発生する電気と熱を取り出すものであり、その発電効率の高さや環境への適合性から、家庭用燃料電池コージェネレーションシステムや燃料電池自動車としての開発が盛んに行われているが、そうした燃料電池の燃料となる水素は、ナフサ、灯油等の石油系燃料や都市ガス等を改質器で改質して製造される。 
【０００３】
図６は改質器が設けられる設備の一例として、定置式の固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）の全体系統を表わすものであって、１は改質器、２は改質器１から排出される排ガスの熱により水を蒸発させて水蒸気を発生させる水蒸発器、３は前記排ガスの熱によりナフサ等の原燃料を気化させる原燃料気化器、４は改質器１へ供給する原料ガスの脱硫を行う脱硫器、５は改質器１で改質した改質ガスを冷却水で所要温度（およそ２００〜２５０℃前後）に温度降下させＣＯとＨ2ＯをＣＯ2とＨ2に変換する低温シフトコンバータ、６は低温シフトコンバータ５を通過した改質ガスを冷却水で冷却し酸化反応によってＣＯを除去する選択酸化ＣＯ除去器、７は選択酸化ＣＯ除去器６を通過した改質ガスを加湿する加湿器、８はカソード８ａとアノード８ｂを有する固体高分子型燃料電池である。
【０００４】
図６に示される設備においては、水が水蒸発器２で水蒸気とされ、且つナフサ等の原燃料が原燃料気化器３で気化されて原料ガスとされ、前記水蒸気を混合した原料ガスが脱硫器４へ導かれ、該脱硫器４で脱硫された原料ガスが改質器１へ導かれ、該改質器１で改質された改質ガスが低温シフトコンバータ５と選択酸化ＣＯ除去器６と加湿器７とを介して固体高分子型燃料電池８のアノード８ｂへ導かれると共に、空気が加湿器７を介して固体高分子型燃料電池８のカソード８ａへ導かれ、発電が行われるようになっており、又、前記アノード８ｂから排出されるアノードオフガスは、改質器１における燃料ガスとして再利用される一方、前記カソード８ａから排出される水は、固体高分子型燃料電池８と選択酸化ＣＯ除去器６と低温シフトコンバータ５それぞれの冷却水、並びに原料ガスに混合される水蒸気の一部として用いられるようになっている。
【０００５】
従来、前記改質器１と、その関連機器としての水蒸発器２、原燃料気化器３、脱硫器４、低温シフトコンバータ５、及び選択酸化ＣＯ除去器６は、燃料改質装置として一つのユニットにまとめられており、斯かる燃料改質装置としては、例えば特願２００２−１４０１４９号明細書で開示したバーナ燃焼タイプの装置が提案されている。
【０００６】
而して、斯かる燃料改質装置は図７、図８に示され、図中、図６に示すものと同一の符号を付した部分は同一のものを表わしている。図７、図８に示す燃料改質装置では、改質器１とその関連機器（水蒸発器２、原燃料気化器３、脱硫器４、低温シフトコンバータ５、及び選択酸化ＣＯ除去器６）とからなるユニットに対し、内筒９ａと外筒９ｂとの間に真空の断熱層９ｃが形成される真空断熱容器９を被せて覆うことにより、燃料改質装置を構成するようにしている。
【０００７】
本図示例の場合、前記真空断熱容器９の内筒９ａ自体を改質器１の一部として利用するようにし、該内筒９ａの内部における中心部に、燃焼装置１０から噴射される燃焼ガスが流通する炉筒１１を配置すると共に、該炉筒１１と前記内筒９ａとの間に燃焼ガスの流路１２を形成し、該流路１２内に、内部に改質触媒（図示せず）が装填され原料ガスを流通させてその改質を行うための複数（図８の例では六本）の改質管１３を並設し、改質器１を構成するようにしてある。なお、前記改質管１３は、内管１３ａと外管１３ｂとからなる二重管構造としてあり、原料ガスを内管１３ａと外管１３ｂとの間に形成される空間内を上昇させて前記燃焼ガスと熱交換させた後、その上端で折り返して内管１３ａ内の空間を下降させるようにしてある。
【０００８】
前記改質器１の炉筒１１は、ベースプレート１４から立設されたベース内筒１６の上端部に連結配置してあり、ベースプレート１４の外周端縁から立上がる長さの短いベース外筒１５の上端部に対し、前記真空断熱容器９の下端部を図示していないボルト・ナット等の締結手段により着脱自在となるよう気密に接続し、前記ベースプレート１４とベース内筒１６とベース外筒１５と真空断熱容器９の内筒９ａとで画成され且つ前記燃焼ガスの流路１２に連通する筒状の空間１７内に、前記改質器１の関連機器としての水蒸発器２、原燃料気化器３、脱硫器４、低温シフトコンバータ５、及び選択酸化ＣＯ除去器６を配設するようにしてある。
【０００９】
前記ベース内筒１６の内部には、前記燃焼装置１０へ空気を供給するための空気流路１８を形成すると共に、その軸心部に、前記燃焼装置１０へアノードオフガス等の燃料ガスを供給するための燃料ガス供給管１９を配設し、又、起動時或は定常の燃焼時には、燃焼用燃料供給管２０から前記燃焼装置１０へ燃焼用燃料を供給するようにしてある。
【００１０】
図７、図８の燃料改質装置においては、真空断熱容器９をユニットに被せるだけで断熱層９ｃの施工が行われるため、断熱層９ｃの施工の手間が大幅に軽減され、しかも、改質器１内の触媒交換や点検等のメンテナンスの際には、真空断熱容器９を開放するだけで済み、迅速に作業を行うことができる。
【００１１】
又、容器として内筒９ａと外筒９ｂとの間に真空の断熱層９ｃが形成される真空断熱容器９を採用しているため、断熱性能が極めて高くなり、断熱層９ｃの容積が低減され、装置を小型化することが可能となる一方、放散熱量が抑えられ、熱効率の向上にも役立つこととなる。
【００１２】
更に、真空断熱容器９の内筒９ａ内部を改質器１の燃焼ガスの流路１２としているため、装置全体の構造が単純となり、コストダウンにつながり、更に、前記改質器１を、燃焼装置１０から噴射される燃焼ガスが流通する炉筒１１と、該炉筒１１と真空断熱容器９の内筒９ａとの間に形成される燃焼ガスの流路１２に並設され且つ内部に改質触媒が装填され原料ガスを流通させてその改質を行うための複数の改質管１３とから構成してあるため、改質管１３の多管化と燃焼装置１０での高温燃焼による放射伝熱利用により改質器１の全長を短くすることが可能となり、これに伴って、水蒸発器２、原燃料気化器３、脱硫器４、低温シフトコンバータ５、選択酸化ＣＯ除去器６等の関連機器を改質器１の下側に配置でき、燃料改質装置の高さを低くすることができる。
【００１３】
なお、通常運転時には、改質器１には原燃料から生成した原料ガスが供給され、アノードオフガスである燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスは、改質器１と、水蒸発器２並びに原燃料気化器３において原料ガスと熱交換し、およそ２００℃程度に温度が下がり、低温シフトコンバータ５や選択酸化ＣＯ除去器６における反応の温度レベルになるため、前記燃焼ガスの流路となる筒状の空間１７内に低温シフトコンバータ５や選択酸化ＣＯ除去器６等の反応器を剥き出しで配置しても不要な熱交換が起こる心配はない。
【００１４】
こうして、装置の小型化並びに熱効率向上を図ることができ、更に、断熱層９ｃの施工の手間を大幅に低減し得、メンテナンスも容易に行うことができる。
【００１５】
なお、燃料改質装置の先行技術文献としては例えば、特許文献１があるが、本件とは直接関係はない。
【特許文献１】特開２００３−２０２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述のように、図７、図８に示すバーナ燃焼式の燃料改質装置は種々の優れた利点を有する。しかし、原料ガスの改質時には、改質器１の熱源を得るために燃焼装置１０では、アノードオフガスのような燃料ガス、及びナフサ、都市ガス等の燃焼用燃料のように、発熱量が極端に異なる二種の燃料を混合して燃焼させなければならない。而して、発熱量が極端に異なる二種の燃料を良好に燃焼させるためには、燃焼装置１０としては、一般的には燃料噴射ポートを複数設けた複雑な構造の燃焼装置を用いなければならない。又、固体高分子型燃料電池８による発電システムでは、運転負荷の幅が広く、燃焼装置１０は大きな負荷比（ターンダウン）での燃焼を行うことができなければならない。
【００１７】
しかしながら、複数の燃料噴射ポートを設けた燃焼装置では、構造が複雑で小型化が難しく、又、ターンダウンを大きくすることができない。更に、燃料噴射ポートの噴出し量を最適にするには、燃料噴射ポートに細径の噴射ノズルが必要で、燃料の噴射ノズルへの供給圧力を高圧にしなければならないうえ、アノードオフガス中のミストの影響により、噴射ノズルからの噴出し流量が不均一となり、良好な燃焼を行うことができない。
【００１８】
本発明は、上述の実情に鑑み、構造がシンプル且つ小型で、燃料の供給圧力を低圧にすることができ、しかもアノードオフガスの影響を受けず、噴出し流量が均一となって良好な燃焼を行い得るようにした燃料改質装置の燃焼装置を提供することを目的としてなしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１の発明は、容器の内筒内に配置した炉筒と内筒との間の流路に収納した改質管の外周側に燃焼ガスを送給して前記改質管内を流れる原料ガスを改質し得るようにした燃料改質装置の燃焼装置であって、前記炉筒の下端に接続されて空気を送給し得るようにした筒体内の上端に、周壁部に複数の空気吹出し孔を有する中空筒状のバーナコーンを収納すると共に、該バーナコーン内に所定形状の中子を収納して、前記バーナコーンと中子との間に保炎スペースを形成し、前記バーナコーンの下部に、燃料ガスを前記保炎スペースに送給し得るようにした燃料ガス供給管と、少なくとも上端部が燃料ガス供給管内に配置されて燃焼用燃料を前記燃料ガス供給管内の上部空間から保炎スペースに送給し得るようにした燃焼用燃料供給管を設け、前記燃料ガス及び燃焼用燃料を前記中子の下面を通して前記保炎スペースへ送給し得るよう構成したものである。
【００２０】
請求項２の発明においては、容器は真空断熱容器であり、請求項３の発明においては、空気吹出し孔はバーナコーンの周方向へ所定の間隔で設けられると共に軸線方向へ複数段設けられており、請求項４の発明においては、空気吹出し孔は正列配置されており、請求項５の発明においては、燃焼用燃料供給管の少なくとも上端部は燃料ガス供給管内に同心状に配置されている。
【００２１】
本発明においては、燃料ガスは燃料ガス供給管に送給され、燃焼用燃料は燃焼用燃料供給管から燃料ガス供給管に送給される。この場合、燃料ガスは燃料ガス供給管の内周側に分布し、燃焼用燃料は燃料ガスの軸心側に分布した状態となる。而して、燃料ガス及び燃焼用燃料は、燃料ガス供給管内の上部から、ごく低速で中子の下面を流れ、保炎スペース内に導入され、バーナコーン側へ流れる。このため、燃料ガス及び燃焼用燃料は強制的に拡散されて混合が促進される。保炎スペース内では、燃料ガス及び燃焼用燃料は空気吹出し孔から導入された空気と協働して燃焼する。その結果、空気吹出し孔の部分に炎が形成されて燃焼ガスが生成され、生成された燃焼ガスは原料ガスの改質に使用される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の請求項１〜５記載の燃料改質装置の燃焼装置によれば、幅広い負荷の範囲で安定した燃焼を行うことができ、しかも、未燃分が排出されることのない完全燃焼を行うことができ、又構造がシンプル且つ小型で、燃料の供給圧力を低圧にすることができ、しかも燃焼用燃料はその供給圧力に影響を受けず、噴出し流量が均一となって良好な燃焼を行うことができ、更に請求項４記載の燃料改質装置の燃焼装置によれば、混合気の濃淡化が図れ、且つ低負荷時の立消えを防止することができると共に、幅広い負荷と燃料種別の供給比で安定した燃焼状態の維持を行うことができる、等種々の優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図１〜図５は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図６〜図８と同一の符号を付した部分は同一のものを表わしており、基本的な構成は図７、図８に示すものと略同様である。而して、本図示例においては、空気供給管２１が接続されたダクト２２の側部には燃料ガス接続座２３が固設され、ベース内筒１６は、ダクト２２及び燃料ガス接続座２３の上面に搭載されて支持され、固設されている。
【００２４】
ベース内筒１６の上端は炉筒１１の下端に接続されており、ベース内筒１６内の上端部には、燃焼装置１０を構成するバーナコーン２４が、ベース内筒１６に対し同心状で且つ上端部がベース内筒１６の上端部と略同一高さとなるよう収納されている。バーナコーン２４は中空円筒状で上方が開口され、下端は閉塞板２４ａにより閉止されている。バーナコーン２４の外径はベース内筒１６の内径よりも小径であり、バーナコーン２４外周とベース内筒１６との間には、空気供給管２１からダクト２２、ベース内筒１６内の空気流路１８を通って送給された空気２５が流入し得るようになっている。
【００２５】
ベース内筒１６上端部とバーナコーン２４上端部との間には、その間から空気２５が排出されないようリング状の閉塞板２６が固設されており、バーナコーン２４には軸線方向及び周方向へ一定の間隔で複数の空気吹出し孔２４ｂが設けられている。而して、ベース内筒１６内の空気流路１８を下方からベース内筒１６とバーナコーン２４との間に送給された空気２５は、空気吹出し孔２４ｂからバーナコーン２４内に導入されようになっている。本図示例においては、空気吹出し孔２４ｂは、バーナコーン２４を展開した状態で見ると空気吹出し孔２４ｂの中心を結んで形成される線により碁盤目が形成されるよう、正列配置されており、且つ直径約１．７ｍｍ、軸線方向へ４段、周方向へ３０度間隔で合計４８個設けられている。
【００２６】
バーナコーン２４内にはバーナコーン２４に対し同心状で且つ上端がバーナコーン２４の上端よりも若干下方に位置し、下端がバーナコーン２４の下端よりも若干上方に位置するよう、中子２７が収納されている。中子２７は、下部の大径円筒状部２７ａと、大径円筒状部２７ａの上端に一体的に繋がり上方へ行くにつれて大径円筒状部２７ａよりも小径となるようテーパを付されたテーパ状部２７ｂと、テーパ状部２７ｂの上端に一体的に繋がり直径はテーパ状部２７ｂの上端部と同一の小径円筒状部２７ｃを備えている。中子２７は図示の形状に限らず、円筒形、截頭円錐形、釣鐘形等種々の形状とすることができ、又、中空体でも中実体であっても良い。
【００２７】
上部において同心状にベース内筒１６内に収納された燃料ガス供給管１９の上端は、図５に示すように、閉塞板２４ａを貫通して僅かに上方へ突出し、中子２７の下端位置よりも若干下方に位置する。而して、中子２７の下端と燃料ガス供給管１９の上端との間には、アノードオフガスのような燃料ガス２８やナフサ、都市ガス等の燃焼用燃料２９が流通し得るよう、間隙３０が形成されている。燃料ガス供給管１９はベース内筒１６を下方へ延在してその下端は、燃料ガス接続座２３に設けた燃料ガス供給口２３ａに接続されている。
【００２８】
燃料ガス供給管１９内には、燃料ガス供給管１９の長手方向中間部において燃料ガス供給管１９の軸線方向中途部側部を貫通し燃料ガス供給管１９内に延在した燃焼用燃料供給管２０が、燃料ガス供給管１９に対し同心状に収納されて燃料ガス供給管１９上端よりも若干下方位置まで延びている。
【００２９】
バーナコーン２４内周と中子２７外周との間には環状の保炎スペース３１が形成されている。保炎スペース３１の径方向間隔は、炎が良好に保持される間隔とする。
【００３０】
而して、燃料ガス供給管１９を送給されてきた燃料ガス２８と、燃焼用燃料供給管２０を送給されてきた燃焼用燃料２９は、燃料ガス供給管１９内の上端部から間隙３０を通り、バーナコーン２４内の保炎スペース３１へ導入されるようになっている。
【００３１】
保炎スペース３１では、間隙３０を通って導入された燃料ガス２８及び燃焼用燃料２９が空気吹出し孔２４ｂから導入された空気２５と協働して燃焼することにより空気吹出し孔２４ｂの部分に炎３２ａ（図３参照）が形成され、燃焼ガス３２が生成されるようになっている。
【００３２】
ベース内筒１６内には、閉塞板２４ａの下方で且つ燃料ガス供給管１９の側部に位置するよう、上端が閉塞板２４ａの下面に接続され、下端が底板３３ａにより塞がれた円筒状の短管３３が、燃料ガス供給管１９と平行に収納されている。而して、短管３３とベース内筒１６とにより二重管が構成されており、短管３３下面には絶縁板兼ガスケット３４が取付けられ、短管３３側面には１個の小径の空気導入口（図示せず）が穿設されている。
【００３３】
短管３３内には底板３３ａ及び絶縁板兼ガスケット３４を貫通してスパークロッド３５が挿入されている。絶縁板兼ガスケット３４は、絶縁板として機能すると共にスパークロッド３５貫通部のガスシールをも行い得るようになっている。又スパークロッド３５の上端は、閉塞板２４ａに穿設した孔３６に挿通されて僅かに保炎スペース３１内に突出しており、スパークロッド３５の下端には高圧ケーブル３７が接続されている。高圧ケーブル３７はベース内筒１６内を下方へ延在して、その下端はダクト２２内に水平に設けられた伝導ロッド３８に接続されている。又伝導ロッド３８には、空気供給管２１内を挿通された高圧ケーブル３９が接続されている。
【００３４】
スパークロッド３５を短管３３に挿入するのは、ベース内筒１６からの空気２５が過剰に孔３６から保炎スペース３１内に導入されないようにするためである。
【００３５】
なお、図中、４０は炉筒１１内に同心状に収納されて燃焼装置１０上方所定位置から改質管１３の上端よりも若干上方まで延在する中空円筒状で有底の案内筒、４１は案内筒４０の上端に固設された、炉筒１１よりも大径の案内板、４２は改質管１３を包囲するよう、真空断熱容器９の内筒９ａと炉筒１１との間の流路１２内に螺旋状に設けられた螺旋板、４３は原燃料と水蒸気の混合ガスの硫分を脱硫器４で脱硫することにより生成された原料ガス、４３ａは改質ガス、４４は排気である。
【００３６】
次に、上記図示例の作動を説明する。
図６に示す固体高分子型燃料電池８で発電を行うに際しての起動時には、燃料改質装置を加熱する必要がある。この場合は、燃焼用燃料２９を起動用燃料として燃焼用燃料供給管２０から燃料ガス供給管１９内に吹込み、燃料ガス供給管１９内から間隙３０を介してバーナコーン２４内の保炎スペース３１に導入し、空気２５を短管３３に設けた小孔を介し孔３６から保炎スペース３１内に導入し、スパークロッド３５に通電してスパークを発生させ、バーナコーン２４内の保炎スペース３１内に供給された燃焼用燃料２９に点火する。
【００３７】
而して、点火して得られたガスは炉筒１１と案内筒４０との間の隙間、流路１２へ流通させ、改質管１３等装置全体を加熱するが、点火時の挙動は本発明の要旨とは直接関係ないため、詳しい説明は省略する。
【００３８】
固体高分子型燃料電池８で発電を行う場合には、原料ガスを改質器１で改質する必要がある。このため、図１に示す燃料改質装置においては、水が水蒸発器２で水蒸気とされ、且つナフサ等の原燃料は原燃料気化器３で気化され、前記水蒸気を混合した原燃料は脱硫器４へ導かれ脱硫されて原料ガス４３が生成され、原料ガス４３は改質器１における改質管１３の外管１３ｂと内管１３ａとの間に導かれて上昇し、改質管１３の上端で反転して内管１３ａ内部を下降し、この上昇及び下降の間に、以下で述べるように燃焼ガス３２により加熱されて改質され、改質ガス４３ａとなる。
【００３９】
一方、燃料ガス供給口２３ａから燃料ガス供給管１９に導入された大流量で低カロリーの燃料ガス２８は、上昇して燃料ガス供給管１９の内周壁側（外側）に分布するよう、燃料ガス供給管１９内の上部空間に送給され、燃焼用燃料供給管２０に導入された低流量で高カロリーの燃焼用燃料２９は、燃焼用燃料供給管２０の上端から燃料ガス供給管１９の上部空間内に燃料ガス供給管１９の軸心側（内側）に分布するよう送給される。
【００４０】
而して、燃料ガス２８と燃焼用燃料２９は、燃料ガス供給管１９内の上部空間を混合しつつ流れ、中子２７下部の間隙３０からバーナコーン２４径方向内周側へ拡散されてバーナコーン２４内の保炎スペース３１にごく低流速で噴射される。このため、燃料ガス２８と燃焼用燃料２９は、保炎スペース３１内に拡散される。
【００４１】
空気２５は空気供給管２１からダクト２２を経てベース内筒１６へ導入され、空気流路１８を上昇してバーナコーン２４の空気吹出し孔２４ｂから保炎スペース３１内に導入される。
【００４２】
保炎スペース３１内では、燃料ガス２８及び燃焼用燃料２９並びに空気２５の混合が促進されて燃焼が行われ、空気吹出し孔２４ｂの部分に炎３２ａが形成され、高温（約１２００℃）の燃焼ガス３２が生成される。
【００４３】
バーナコーン２４の空気吹出し孔２４ｂの数量、直径、段数、円周方向間隔を適切に設定することで、幅広い負荷範囲での燃焼が可能となり、且つ未燃分が生じない完全燃焼が可能となる。
【００４４】
燃焼ガス３２は、炉筒１１と案内筒４０との間の狭い隙間を偏流することなく均一且つ高速で上昇する。上昇時の燃焼ガス３２の流れは、改質管１３を上昇若しくは下降する原料ガス４３及び改質ガス４３ａに対して並行流となる。而して、燃焼ガス３２を炉筒１１と案内筒４０との間の狭い隙間に上方へ向け且つ改質管１３を流れる原料ガス４３と並行流となるよう流すと、燃焼ガス３２による対流伝熱が促進されて炉筒１１が赤熱され、炉筒１１の放射伝熱により改質管１３が加熱される。
【００４５】
炉筒１１と案内筒４０との間の狭い隙間を上端まで上昇した燃焼ガス３２は、案内板４１により反転させられて内筒９ａと炉筒１１との間の流路１２を螺旋板４２に沿って螺旋状に改質管１３を径方向へ横切るように流れつつ下降し、改質管１３を対流伝熱により加熱し、しかる後、水蒸発器２、脱硫器４、低温シフトコンバータ５、原燃料気化器３、選択酸化ＣＯ除去器６が収納されている筒状の空間１７を通ってベース外筒１５下端部に設けられている燃焼ガス排出口１５ａから排気４４として外部に排出される。
【００４６】
改質管１３内を上方及び下方に流れる原料ガス４３及び原料ガス４３の一部が改質されて得られた改質ガス４３ａは、燃焼ガス３２により加熱された炉筒１１の放射伝熱により加熱されると共に、内筒９ａと炉筒１１との間の流路１２を螺旋板４２に沿って螺旋状に改質管１３を径方向へ横切るように流れつつ下降する燃焼ガス３２により対流伝熱により加熱され、改質管１３から送出される際には全体が改質ガス４３ａとなる。
【００４７】
本発明の図示例によれば、上端側で燃料ガス供給管１９内に燃焼用燃料供給管２０を同心状に配設した二重管構造としているため、燃料ガス供給管１９から送給された燃料ガス２８と燃焼用燃料供給管２０から送給された燃焼用燃料２９とは、混合を強制的に行わなくても良好に混合が行われ、従って混合器が不要で構造をシンプルにすることができる。又、燃料ガス２８と燃焼用燃料２９を保炎スペース３１へ噴出させる、中子２７下部の部分の隙間の面積は広いので、この部分がミストにより目詰まりする虞がなく、従って燃焼が安定して行われると共に、燃料ガス２８と燃焼用燃料２９の供給圧力も低くて良く、システムの効率が向上する。
【００４８】
燃焼装置１０は、バーナコーン２４内に適切な形状の中子２７を備えているため、中子２７下面の隙間から保炎スペース３１内へ低速で噴射される燃料ガス２８や燃焼用燃料２９の燃料は、バーナコーン２４内周まで強制的に拡散される。従って、該燃料と空気吹出し孔２４ｂから保炎スペース３１内に噴射される空気２５との混合が促進される。
【００４９】
又、バーナコーン２４の直径方向の寸法を適度に保てることから、バーナコーン２４内部の保炎スペース３１を確保でき、燃料ガス２８及び燃焼用燃料２９の安定した燃焼を行うことができる。更に、空気吹出し孔２４ｂの相互の間隔を吹出される空気２５が干渉しない間隔とすることができるため、炎３２ａが干渉することなく、この点からも安定した燃焼を行うことができる。
【００５０】
従って、本図示例の燃焼装置１０によれば、燃料ガス２８及び燃焼用燃料２９の供給の比率を適度にとることにより、幅広い負荷の範囲で安定した燃焼を行うことができ、しかも、未燃分が排出されることのない完全燃焼を行うことができる。又、燃焼装置１０は構造がシンプル且つ小型で、燃料の供給圧力を低圧にすることができ、しかも燃焼用燃料２９はその供給圧力に影響を受けず、噴出し流量が均一となって良好な燃焼を行うことができる。
【００５１】
更に本図示例によれば、空気吹出し孔２４ｂを正列配置することにより、混合気の濃淡化が図れ、低負荷時の立消えを防止することができると共に、幅広い負荷と燃料種別の供給比で安定した燃料状態の維持を行うことができる。
【００５２】
なお、本発明の燃料改質装置の燃焼装置においては、燃焼用燃料として、原燃料気化器に送給する原燃料を使用することも、或いは、原燃料とはことなる独立したラインから供給し得るようにした燃焼用燃料を用いることも可能なこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。  
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の燃料改質装置の燃焼装置の実施の形態の一例を示す縦断面図である。
【図２】図１の燃焼装置よりも下部の燃料ガス及び燃焼用燃料並びに空気を供給する系統を拡大して示す縦断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向矢視図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ方向矢視図である。
【図５】図１、図２の燃焼装置及びその近傍の詳細を示す縦断面図である。
【図６】改質器が設けられる設備の一例を表わす全体系統図である。
【図７】バーナ燃焼タイプの燃料改質装置の一例の縦断面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向矢視図である。
【符号の説明】
【００５４】
９  真空断熱容器（容器）
１０  燃焼装置
１１  炉筒
１２  流路
１３  改質管
１６  ベース内筒（筒体）
１９  燃料ガス供給管
２０  燃焼用燃料供給管
２４  バーナコーン
２４ｂ        空気吹出し孔
２５  空気
２７  中子
２８  燃料ガス
２９  燃焼用燃料
３１  保炎スペース
３２  燃焼ガス
４３  原料ガス
【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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