(57)【要約】【課題】  ＮＯｘの発生を抑制することができる燃焼バーナおよびそれを備えた改質器を提供する。【解決手段】  燃焼バーナ（１００）は、燃料ガスが流動する燃料ガス流路（７）と、酸素含有ガスが流動する酸素含有ガス流路（６）と、燃料ガスに着火する着火手段（３）と、燃料ガス流路（７）と前記酸素含有ガス流路（６）とを接続する接続流路（５）とを備え、接続流路（５）は、燃料ガスの流動方向に沿って複数設けられていることを特徴とする。燃料ガス中の未燃成分は、燃料ガス流路（７）を流動するにつれて徐々に燃焼する。それにより、燃料ガス中の可燃成分は、燃料ガス流路（７）を流動するにつれて徐々に減少する。その結果、燃料ガスの流動方向の上流側から下流側にかけて、不完全燃焼から完全燃焼に変化する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスが流動する燃料ガス流路と、
酸素含有ガスが流動する酸素含有ガス流路と、
前記燃料ガスに着火する着火手段と、
前記燃料ガス流路と前記酸素含有ガス流路とを接続する接続流路とを備え、
前記接続流路は、前記燃料ガスの流動方向に沿って複数設けられていることを特徴とする燃焼バーナ。
【請求項２】
前記燃料ガス流路における前記燃料ガスの流動方向は、前記酸素含有ガス流路における前記酸素含有ガスの流動方向と同一であることを特徴とする請求項１記載の燃焼バーナ。
【請求項３】
前記燃料ガス流路および前記酸素含有ガス流路のいずれか一方の下流端は、閉塞されていることを特徴とする請求項２記載の燃焼バーナ。
【請求項４】
前記燃料ガス流路および前記酸素含有ガス流路は、円筒形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃焼バーナ。
【請求項５】
前記燃料ガス流路は、前記酸素含有ガス流路の内壁内部に設けられており、
前記接続流路は、前記燃料ガス流路の側壁に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃焼バーナ。
【請求項６】
前記酸素含有ガス流路は、前記燃料ガス流路の内壁内部に設けられており、
前記接続流路は、前記酸素含有ガス流路の側壁に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃焼バーナ。
【請求項７】
前記酸素含有ガスは、空気であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の燃焼バーナ。
【請求項８】
炭化水素燃料から水素を含有する改質ガスを生成する改質器であって、
前記改質器を加熱する加熱手段を備え、
前記加熱手段は、請求項１〜７のいずれかに記載の燃焼バーナであることを特徴とする改質器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼バーナおよびそれを備えた改質器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱源として燃焼バーナが用いられている。この燃焼バーナにおいては、燃焼用空気と燃料ガスとが混合され、着火装置によって着火される。酸素を供給する中心流路先端を閉鎖し、船体外周部に設けた孔から酸素と周囲の燃料ガスとを混合する酸素バーナが開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、火炎長さが小さくかつ高温で幅の広い火炎を発生させることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２２５０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、着火部位における空燃比に分布がなく、必要温度を発生させるには急激な温度変化を生じるので、酸素含有ガスとして空気を供給した際に多量のＮＯｘが発生してしまう可能性がある。
【０００５】
本発明は、ＮＯｘの発生を抑制することができる燃焼バーナおよびそれを備えた改質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】
本発明に係る燃焼バーナは、燃料ガスが流動する燃料ガス流路と、酸素含有ガスが流動する酸素含有ガス流路と、燃料ガスに着火する着火手段と、燃料ガス流路と酸素含有ガス流路とを接続する接続流路とを備え、接続流路は、燃料ガスの流動方向に沿って複数設けられていることを特徴とするものである。本発明に係る燃焼バーナにおいては、燃料ガスと酸素含有ガスとが接続流路によって混合される。また、着火手段によって燃料ガスが点火される。
【０００７】
この場合、接続流路が燃料ガスの流動方向に沿って複数設けられていることから、燃料ガス中の未燃成分は、燃料ガス流路を流動するにつれて徐々に燃焼する。それにより、燃料ガス中の可燃成分は、燃料ガス流路を流動するにつれて徐々に減少する。その結果、燃料ガスの流動方向の上流側から下流側にかけて、不完全燃焼から完全燃焼に変化する。燃料ガス流路の下流側においては燃料ガスに含まれる可燃成分がリーンであることから、比較的高温のリーン火炎が形成される。したがって、燃料ガスの流動方向の下流側においては燃料ガスは完全燃焼する。
【０００８】
以上のことから、燃料ガスの流動方向に火炎温度が徐々に増大する。したがって、局所的温度上昇に伴うＮＯｘの発生を抑制することができる。また、燃料ガスの流動方向に燃焼が段階的に行われることから、ターンダウンを拡大させることができる。また、最大空気比および燃焼効率を向上させることができる。さらに、凝縮水混入による失火、燃料または酸素の供給量変化の影響等を抑制することができる。したがって、燃料ガス流路に供給される可燃成分の濃度、種類等が燃焼途中で変化しても、安定した燃焼を実現することができる。
【０００９】
燃料ガス流路における燃料ガスの流動方向は、酸素含有ガス流路における酸素含有ガスの流動方向と同一であってもよい。また、燃料ガス流路および酸素含有ガス流路のいずれか一方の下流端は、閉塞されていてもよい。この場合、下流端が閉塞された流路を流動するガスの接続流路を流動する速度が増大する。それにより、燃料ガスと酸素含有ガスとが効率よく混合される。
【００１０】
燃料ガス流路および酸素含有ガス流路は、円筒形状を有していてもよい。また、燃料ガス流路は酸素含有ガス流路の内壁内部に設けられており、接続流路は燃料ガス流路の側壁に設けられていてもよい。さらに、酸素含有ガス流路は燃料ガス流路の内壁内部に設けられており、接続流路は酸素含有ガス流路の側壁に設けられていてもよい。また、酸素含有ガスは、空気であってもよい。
【００１１】
本発明に係る改質器は、炭化水素燃料から水素を含有する改質ガスを生成する改質器であって、改質器を加熱する加熱手段を備え、加熱手段は、請求項１〜７のいずれかに記載の燃焼バーナであることを特徴とするものである。本発明に係る改質器においては、請求項１〜７のいずれかに記載の燃焼バーナによって改質器が加熱される。この場合、加熱手段の安定燃焼範囲が拡大することから、改質ガスの生成量の幅を拡大することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、局所的温度上昇に伴うＮＯｘの発生を抑制することができる。また、ターンダウンを拡大させることができるとともに、最大空気比および燃焼効率を向上させることができる。さらに、凝縮水混入による失火、燃料または酸素の供給量変化の影響等を抑制することができる。したがって、燃料ガス流路に供給される可燃成分の濃度、種類等が燃焼途中で変化しても、安定した燃焼を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る燃焼バーナ１００を説明するための図である。図１（ａ）は燃焼バーナ１００を燃焼バーナ１００の長さ方向に切断した場合の模式的断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１（ａ）に示すように、燃焼バーナ１００は、円筒管１、円筒管２および着火装置３を含む。
【００１５】
円筒管１は、空気等の酸素含有ガスが供給されるための管である。円筒管１は、例えばステンレス等から構成され、円筒管２の内側に設けられている。円筒管１の直径は例えば８ｍｍ程度であり、円筒管１の長さは例えば５０ｍｍ程度である。円筒管１の下流端は、蓋部４によって閉塞されている。円筒管１においては、複数の噴出孔５が設けられた噴出孔形成領域Ｘが円筒管１の長さ方向に所定の間隔を空けて複数形成されている。図１（ｂ）に示すＡ−Ａ線断面図は、噴出孔形成領域Ｘの断面に対応する。図１（ｂ）に示すように、各噴出孔形成領域Ｘにおいては、円筒管１の円周方向に沿って１または複数の噴出孔５が形成されている。噴出孔５の直径は、例えば、１．５ｍｍ程度である。
【００１６】
円筒管２は、メタン、水素等の燃料ガスが供給されるための管であり、例えばステンレス等から構成される。円筒管２の直径は例えば２０ｍｍ程度である。円筒管１の内面および蓋部４によって酸素含有ガス流路６が構成される。また、円筒管１の外面および円筒管２の内面によって燃料ガス流路７が構成される。着火装置３は、円筒管１の上流端に最も近い位置に形成された噴出孔５と円筒管２の内面との間に設けられている。
【００１７】
続いて、燃焼バーナ１００の作用について説明する。図２は、燃焼バーナ１００の作用について説明するための模式図である。図２（ａ）は燃焼バーナ１００を燃焼バーナ１００の長さ方向に切断した場合の模式的断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００１８】
まず、図２（ａ）に示すように、酸素含有ガス流路６に酸素含有ガスが供給されるとともに燃料ガス流路７に燃料ガスが供給される。酸素含有ガス流路６に供給される酸素含有ガスは６リットル／ｍｉｎ程度であり、燃料ガス流路７に供給される燃料ガスは０．６リットル／ｍｉｎ程度である。したがって、本実施の形態においては、酸素含有ガスは、燃料ガスに比較して大きい流動速度を有する。
【００１９】
酸素含有ガス流路６に供給された酸素含有ガスは、円筒管１の噴出孔５から燃料ガス流路７に対して放射状に噴出される。円筒管１の下流端が蓋部４によって閉塞されていることから、噴出孔５から噴出される酸素含有ガスの流速は大きくなる。噴出された酸素含有ガスは、円筒管２の内壁に至るまでに、燃料ガス流路７を流動する低速の燃料ガスと混合される。また、酸素含有ガスは、円筒管２の内壁に衝突することによって渦流を形成する。この渦流によって、酸素含有ガスと燃料ガスとの混合はさらに促進される。さらに、酸素含有ガスは、円筒管１の長さ方向に隣り合う噴出孔５から噴出された酸素含有ガスとの衝突によって渦流を形成する。この渦流によって、酸素含有ガスと燃料ガスとの混合はさらに促進される。
【００２０】
次に、着火装置３によって酸素含有ガスおよび燃料ガスの混合ガスが点火される。この場合、酸素含有ガスが円筒管１の内壁に衝突して酸素含有ガスの流速が低下していることから、着火装置３近傍において安定した保炎が可能となる。また、着火装置３近傍においては燃料ガスに含まれる可燃成分がリッチであることから、燃料ガス流路７の上流側においては比較的低温の安定したリッチ火炎が形成される。
【００２１】
噴出孔形成領域Ｘが円筒管１の長さ方向に複数形成されていることから、燃料ガス中の未燃成分は、燃料ガス流路７を流動するにつれて徐々に燃焼する。それにより、燃料ガス中の可燃成分は、燃料ガス流路７を流動するにつれて徐々に減少する。その結果、燃料ガス流路７における燃焼は、上流側から下流側にかけて不完全燃焼から完全燃焼に変化する。燃料ガス流路７の下流側においては燃料ガスに含まれる可燃成分がリーンであることから、燃料ガス流路７の下流側においては比較的高温のリーン火炎が形成される。したがって、燃料ガス流路７の下流側においては燃料ガスは完全燃焼する。
【００２２】
以上のことから、燃料ガスの流動方向に火炎温度が徐々に増大する。したがって、局所的温度上昇に伴うＮＯｘの発生を抑制することができる。また、燃料ガスの流動方向に燃焼が段階的に行われることから、ターンダウンを拡大させることができる。また、最大空気比および燃焼効率を向上させることができる。さらに、凝縮水混入による失火、燃料または酸素の供給量変化の影響等を抑制することができる。したがって、燃料ガス流路７に供給される可燃成分の濃度、種類等が燃焼途中で変化しても、安定した燃焼を実現することができる。
【００２３】
なお、円筒管１に設けられる噴出孔形成領域Ｘの数量は特に限定されず、複数であれば構わない。また、各噴出孔形成領域Ｘに形成される噴出孔５の数量も特に限定されない。本実施の形態においては、噴出孔５が接続流路に相当し、着火装置３が着火手段に相当する。
【００２４】
（第２の実施の形態）
続いて、本発明の第２の実施の形態に係る燃焼バーナ１００ａについて説明する。図３は、燃焼バーナ１００ａを燃焼バーナ１００ａの長さ方向に切断した場合の模式的断面図である。図３に示すように、燃焼バーナ１００ａは、円筒管１１，１２，１３および着火装置１４を含む。
【００２５】
円筒管１１は、円筒管１２の内側に設けられている。円筒管１１の上流側および下流側においては、噴出孔形成領域Ｙが形成されている。本実施の形態においては、噴出孔形成領域Ｙは、円筒管１１の上流側においては１つ形成されており、円筒管１１の下流側においては円筒管１１の長さ方向に所定の間隔を空けて複数形成されている。上流側の噴出孔形成領域Ｙにおいては１または複数の噴出孔１７が円筒管１１の円周方向に形成されており、下流側の各噴出孔形成領域Ｙにおいては１または複数の噴出孔１８が円筒管１１の円周方向に形成されている。円筒管１１の上流端部は、絶縁部材１６および円筒管１３によって閉塞されている。円筒管１３は、絶縁部材１６を介して円筒管１１に固定されている。したがって、円筒管１１と円筒管１３とは絶縁されている。
【００２６】
円筒管１２は、空気等の酸素含有ガスが供給されるための管であり、例えばステンレス等から構成される。円筒管１１の下流端および円筒管１２の下流端は、擦り合わせによりシールされている。それにより、円筒管１１の下流端と円筒管１２の下流端との間が閉塞されている。具体的には、円筒管１２の下流端は円筒管１１の下流端に対して折り曲がる構造を有しており、円筒管１１と円筒管１２とは固定されていない。この場合、燃焼熱による円筒管１１の変形は、擦り合わせシール部によって吸収される。したがって、円筒管１１および円筒管１２のいずれか一方または両方が変形しても、円筒管１１の下流端と円筒管１２の下流端との間の閉塞は維持される。
【００２７】
円筒管１３は、メタン、水素等の燃料ガスを円筒管１１内に供給するための管であり、例えばステンレス等から構成される。円筒管１３は、円筒管１１の上流側の内側に設けられている。円筒管１３の下流端には、円筒管１３の蓋としての着火装置１４が設けられている。また、円筒管１３の下流側には、複数の噴出孔１７のそれぞれに対向するように複数の噴出孔１５が形成されている。
【００２８】
なお、円筒管１３の内壁および着火装置１４によって燃料ガス流路２１が構成される。また、円筒管１１の外壁および円筒管１２の内壁によって酸素含有ガス流路２０が構成される。さらに、円筒管１１の内壁によって燃焼領域１９が構成される。
【００２９】
次に、燃焼バーナ１００ａの作用について説明する。まず、酸素含有ガス流路２０に酸素含有ガスが供給されるとともに、燃料ガス流路２１に燃料ガスが供給される。酸素含有ガス流路２０に供給される酸素含有ガスは６リットル／ｍｉｎ程度であり、燃料ガス流路２１に供給される燃料ガスは０．６リットル／ｍｉｎ程度である。したがって、本実施の形態においては、酸素含有ガスは、燃料ガスに比較して大きい流動速度を有する。
【００３０】
酸素含有ガス流路２０に供給された酸素含有ガスは、複数の噴出孔１７から円筒管１３の噴出孔１５に向かって噴出される。円筒管１１の下流端が擦り合わせシールにより閉塞されていることから、噴出孔１７から噴出される酸素含有ガスの流速は大きくなる。また、燃料ガス流路２１に供給された燃料ガスは、複数の噴出孔１５から円筒管１１の噴出孔１７に向かって噴出される。それにより、燃料ガスと酸素含有ガスとは、噴出孔１５と噴出孔１７との間の領域において衝突することによって効率よく混合される。
【００３１】
次に、着火装置１４に電圧を印加することによって、着火装置１４と円筒管１１との間にスパークが発生する。このスパークによって、酸素含有ガスおよび燃料ガスの混合ガスが点火される。この場合、酸素含有ガスは、円筒管１３の外面に衝突することによって流速が低下していることから、着火装置１４近傍において安定した保炎が可能となる。また、着火装置１４近傍においては燃料ガスに含まれる可燃成分がリッチであることから、燃焼領域１９の上流側においては燃焼過濃範囲に入る程度の比較的低温の安定したリッチ火炎が形成される。
【００３２】
燃料ガス中の未燃成分は、燃焼領域１９の下流側に流動する。噴出孔１７から噴出されなかった酸素含有ガスは、酸素含有ガス流路２０を流動しつつ燃焼領域１９における燃焼熱によって加熱される。その後、酸素含有ガスは、複数の噴出孔１８から燃焼領域１９に噴出される。噴出孔１８が円筒管１１の長さ方向に複数形成されていることから、燃料ガス中の未燃成分は、燃焼領域１９を流動するにつれて徐々に燃焼する。それにより、燃料ガス中の可燃成分は、燃焼領域１９を流動するにつれて徐々に減少する。その結果、燃焼領域１９における燃焼は、上流側から下流側にかけて不完全燃焼から完全燃焼に変化する。
【００３３】
燃焼領域１９の下流側においては、複数の噴出孔１８から噴出される酸素含有ガスによって燃料ガス中の未燃成分がリーンになる。それにより、燃焼領域１９の下流側においては比較的高温のリーン火炎が形成される。また、噴出孔１８から噴出される酸素含有ガスは加熱されていることから、燃焼領域１９における燃焼反応速度が向上する。その結果、燃焼領域１９の下流側においては、燃料ガスは完全燃焼する。
【００３４】
以上のことから、燃焼領域１９においては、燃料ガスの流動方向に火炎温度が徐々に増大する。したがって、局所的温度上昇に伴うＮＯｘの発生を抑制することができる。また、燃料ガスの流動方向に燃焼が段階的に行われることから、ターンダウンを拡大させることができる。また、最大空気比および燃焼効率を向上させることができる。さらに、凝縮水混入による失火、燃料または酸素の供給量変化の影響等を抑制することができる。したがって、燃料ガス流路２１に供給される可燃成分の濃度、種類等が燃焼途中で変化しても、安定した燃焼を実現することができる。
【００３５】
なお、円筒管１２に設けられる噴出孔形成領域Ｙの数量は特に限定されない。噴出孔形成領域Ｙは、円筒管１２の上流側および下流側に少なくとも１つずつ形成されていればよい。また、各噴出孔形成領域Ｙに形成される噴出孔１７，１８の数量も特に限定されない。本実施の形態においては、噴出孔１７，１８が接続流路に相当し、着火装置１４が着火手段に相当する。
【００３６】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る燃焼バーナ１００ｂについて説明するための図である。図４（ａ）は燃焼バーナ１００ｂの燃焼バーナ１００ｂの長さ方向に切断した場合の模式的断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線断面図であり、図４（ｃ）は図４（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。図４（ａ）に示すように、燃焼バーナ１００ｂは、円筒管３１，３２および絶縁部材３３を含む。
【００３７】
円筒管３１は、円筒管３２の内側に設けられている。円筒管３１は、メタン、水素等の燃料ガスが供給されるための管であり、例えば、ステンレス等から構成される。円筒管３１の直径は、例えば、１０ｍｍ程度である。円筒管３１の下流端は、蓋部３５によって閉塞されている。円筒管３１の上流側および下流側においては、噴出孔形成領域Ｚが形成されている。
【００３８】
本実施の形態においては、噴出孔形成領域Ｚは、円筒管３１の上流側においては１つ形成されており、円筒管３１の下流側においては円筒管３１の長さ方向に所定の間隔を空けて複数形成されている。上流側の噴出孔形成領域Ｚにおいては１または複数の噴出孔３６が円筒管３１の円周方向に形成されており、下流側の各噴出孔形成領域Ｚにおいては１または複数の噴出孔３７が円筒管３１の円周方向に形成されている。図４（ｂ）に示すＣ−Ｃ線断面図および図４（ｃ）に示すＤ−Ｄ線断面図は、円筒管３１の下流側の噴出孔形成領域Ｚの断面に対応する。
【００３９】
図４（ａ）のＣ−Ｃ線断面における各噴出孔３７は、図４（ｂ）に示すように円筒管３１の円周方向に同一の間隔で４つ形成されている。図４（ａ）のＤ−Ｄ線断面における各噴出孔３７は、図４（ｃ）に示すように円筒管３１の円周方向に同一の間隔で４つ形成され、かつ、円筒管３１の長さ方向にＣ−Ｃ線断面における各噴出孔３７と重複しないように形成されている。円筒管３１の長さ方向からＣ−Ｃ断面における各噴出孔３７およびＤ−Ｄ線断面における各噴出孔３７が円筒管３１の円周上に等間隔に並んでいることが好ましい。円筒管３１において、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示す断面が、円筒管３１の長さ方向に交互に形成されている。噴出孔３６，３７の直径は、例えば、１．５ｍｍ程度である。
【００４０】
円筒管３２は、空気等の酸素含有ガスが供給されるための管であり、例えば、ステンレス等から構成される。円筒管３２は、円筒管３１の上流側の噴出孔形成領域Ｚ近傍において円筒管３１に対して突出する突出部３４を備える。円筒管３１と円筒管３２とは、突出部３４および絶縁部材３３を介して固定されている。なお、円筒管３２の内面および円筒管３１の外面によって酸素含有ガス流路３８が形成され、円筒管３１の内壁および蓋部３５によって燃料ガス流路３９が形成される。
【００４１】
続いて、燃焼バーナ１００ｂの作用について説明する。まず、酸素含有ガス流路３８に酸素含有ガスが供給されるとともに、燃料ガス流路３９に燃料ガスが供給される。酸素含有ガス流路３８に供給される酸素含有ガスは６リットル／ｍｉｎ程度であり、燃料ガス流路３９に供給される燃料ガスは０．６リットル／ｍｉｎ程度である。したがって、本実施の形態においては、酸素含有ガスは、燃料ガスに比較して大きい流動速度を有する。
【００４２】
燃料ガス流路３９に供給された燃料ガスは、複数の噴出孔３６から酸素含有ガス流路３８に向かって噴出される。それにより、燃料ガスと酸素含有ガスとが混合される。次に、円筒管３１および円筒管３２のいずれか一方に電圧を印加することによって、突出部３４と円筒管３１との間にスパークが発生する。このスパークによって、酸素含有ガスおよび燃料ガスの混合ガスが点火される。突出部３４近傍においては燃料ガスに含まれる可燃成分がリッチであることから、酸素含有ガス流路３８の上流側においては燃焼過濃範囲に入る程度の比較的低温の安定したリッチ火炎が形成される。
【００４３】
酸素含有ガスは、酸素含有ガス流路３８の下流側に向かって流動する。噴出孔３６から噴出されなかった燃料ガスは、燃料ガス流路３９の下流側に向かって流動する。その後、燃料ガスは、複数の噴出孔３７から酸素含有ガス流路３８に噴出される。噴出孔３７が円筒管３１の長さ方向に複数形成されていることから、燃料ガス中の未燃成分は、燃料ガス流路３９を流動しつつ複数の噴出孔３７から酸素含有ガス流路３８に徐々に噴出される。それにより、燃料ガスは、燃料ガス流路３９を流動するにつれて徐々に減少する。その結果、酸素含有ガス流路３８における燃焼は、上流側から下流側にかけて不完全燃焼から完全燃焼に変化する。
【００４４】
酸素含有ガス流路３８の下流側においては、燃料ガス中の未燃成分がリーンになる。それにより、酸素含有ガス流路３８の下流側においては比較的高温のリーン火炎が形成される。その結果、酸素含有ガス流路３８の下流側においては、燃料ガスは完全燃焼する。
【００４５】
以上のことから、酸素含有ガス流路３８においては、酸素含有ガスの流動方向に火炎温度が徐々に増大する。したがって、局所的温度上昇に伴うＮＯｘの発生を抑制することができる。また、酸素含有ガスの流動方向に燃焼が段階的に行われることから、ターンダウンを拡大させることができる。また、最大空気比および燃焼効率を向上させることができる。さらに、凝縮水混入による失火、燃料または酸素の供給量変化の影響等を抑制することができる。したがって、燃料ガス流路３９に供給される可燃成分の濃度、種類等が燃焼途中で変化しても、安定した燃焼を実現することができる。
【００４６】
なお、円筒管３１に設けられる噴出孔形成領域Ｚの数量は特に限定されない。噴出孔形成領域Ｚは、円筒管３１の上流側および下流側に少なくとも１つずつ形成されていればよい。また、各噴出孔形成領域Ｚに形成される噴出孔３６，３７の数量も特に限定されない。本実施の形態においては、噴出孔３６，３７が接続流路に相当し、突出部３４および円筒管３１が着火手段に相当する。
【００４７】
（第４の実施の形態）
続いて、本発明の第４の実施の形態に係る改質器２００について説明する。図５は、改質器２００の模式図である。図５に示すように、改質器２００は、蒸発部２０１、冷却部２０２、改質部２０３、燃焼部２０４、燃焼バーナ２０５、シフト部２０６およびＣＯ浄化部２０７を備える。
【００４８】
蒸発部２０１の第１通路の出口は、冷却部２０２の第１通路の入口に接続されている。冷却部２０２の第１通路の出口は、改質部２０３の入口に接続されている。改質部２０３の出口は、冷却部２０２の第２通路の入口に接続されている。冷却部２０２の第２通路の出口は、シフト部２０６の入口に接続されている。シフト部２０６の出口は、ＣＯ浄化部２０７に接続されている。改質部２０３および燃焼バーナ２０５は、燃焼部２０４内に設けられている。燃焼部２０４の出口は、蒸発部２０１の第２通路の入口に接続されている。燃焼バーナ２０５としては、上記各実施の形態の燃焼バーナ１００，１００ａ，１００ｂのいずれを用いてもよい。
【００４９】
続いて、改質器２００の動作について説明する。まず、改質用水が蒸発部２０１の第１通路に供給される。改質用水は、蒸発部２０１において後述する燃焼排ガスによって加熱され、改質用水蒸気となる。改質用水蒸気は、メタン等の炭化水素を含む改質用燃料とともに冷却部２０２に供給される。冷却部２０２において改質用水蒸気および改質用燃料は、後述する改質ガスを冷却しつつ改質部２０３に供給される。
【００５０】
燃焼バーナ２０５には、燃料ガスおよび酸素含有ガスが供給される。燃料ガスとしては、例えば、燃料電池からの水素を含むオフガスが用いられる。次に、燃焼バーナ２０５において燃料ガスが燃焼する。改質部２０３においては、燃焼バーナ２０５の燃焼熱によって改質用水蒸気および改質用燃料が水蒸気改質反応を起こす。それにより、水素を含む改質ガスが生成される。燃焼バーナ２０５の燃焼排ガスは、蒸発部２０１の第２通路に供給される。
【００５１】
改質部２０３において生成された改質ガスは、冷却部２０２の第２通路に供給される。改質ガスは、冷却部２０２において冷却され、シフト部２０６に供給される。その後、改質ガスは、エアとともにＣＯ浄化部２０７に供給される。ＣＯ浄化部においては、改質ガスに含まれるＣＯがエアによって酸化される。ＣＯが浄化された改質ガスは、燃料電池に供給される。
【００５２】
本実施の形態においては燃焼バーナとして上記実施の形態の燃焼バーナ１００，１００ａ，１００ｂを用いていることから、燃焼部２０４におけるターンダウンおよび最大空気比を大きくすることができる。それにより、燃焼部２０４における安定燃焼範囲が拡大する。したがって、改質ガスの生成量の幅を拡大することができる。その結果、改質ガスを用いて発電を行う燃料電池の出力幅を拡大することができる。本実施の形態に係る改質器２００の用途は特に限定されないが、水素を燃料とする燃料電池に用いることが好ましい。
【実施例】
【００５３】
（実施例１）
実施例１においては、上記第１の実施の形態に従って燃焼バーナ１００（サンプル１）を作製し、その特性を調べた。図６にサンプル１の寸法等を示す。図６に示すように、円筒管１の直径は１０．２ｍｍであり、円筒管２の直径は２７ｍｍである。また、円筒管１の下流側の噴出孔形成領域Ｘは、蓋部４から円筒管１の長さ方向に５ｍｍごとに４つ形成されている。円筒管１の上流側の噴出孔形成領域Ｘは、蓋部４から円筒管１の長さ方向に５２ｍｍの位置に１つ形成されている。円筒管１の上流側の各噴出孔形成領域Ｘにおいては、噴出孔５が１６個形成されている。円筒管１の下流側の噴出孔形成領域Ｘにおいては、噴出孔５が８個形成されている。各噴出孔５の直径は、１．５ｍｍである。
【００５４】
（比較例１）
比較例１においては、従来の燃焼バーナ３００（比較サンプル）を作製し、その特性を調べた。図７に比較サンプルを示す。図７に示すように、比較サンプルがサンプル１と異なる点は、図６の噴出孔形成領域Ｘが１つしか形成されていない点である。したがって、燃料ガスは、１つの噴出孔形成領域Ｘの噴出孔５から燃料ガス流路７に噴出される。
【００５５】
（分析）
表１にサンプル１および比較サンプルの燃焼特性を示す。表１に示すように、いずれの燃焼バーナにおいても最大燃焼量は１．７ｋＷである。サンプル１の最小燃焼量は、比較サンプルの最小燃焼量の０．７ｋＷに比較して大幅に小さく、０．２ｋＷである。したがって、サンプル１のターンダウンは３．５倍拡大している。また、サンプル１の最大空気比は比較サンプルの最大空気比の１．３倍になった。したがって、サンプル１の安定燃焼範囲は、比較サンプルの安定燃焼範囲に比較して拡大されている。
【００５６】
【表１】
2007162993.tif 000003
【００５７】
（実施例２）
実施例２においては、上記第２の実施の形態に従って燃焼バーナ１００ａ（サンプル２）を作製し、その特性を調べた。サンプル２においては、円筒管１１の直径は１６ｍｍであり、円筒管１２の直径は１９ｍｍであり、円筒管１３の直径は６ｍｍである。また、円筒管１１の下流側の噴出孔形成領域Ｙは、円筒管１１の下流端から円筒管１１の長さ方向に１０ｍｍごとに２つ形成されている。円筒管１１の上流側の噴出孔形成領域Ｙは、円筒管１１の下流端から円筒管１１の長さ方向に５０ｍｍの位置に１つ形成されている。円筒管１１の上流側の各噴出孔形成領域Ｙにおいては、噴出孔１８が８個形成されている。円筒管１１の下流側の噴出孔形成領域Ｙにおいては、噴出孔１７が８個形成されている。各噴出孔１７，１８の直径は、１．５ｍｍである。
【００５８】
（分析）
図８にサンプル２および比較サンプルの燃焼効率を示す。図８（ａ）は燃料ガスとして天然ガスを用いた場合の燃焼効率を示し、図８（ｂ）は燃料ガスとして燃料電池からの水素を含むオフガスを用いた場合の燃焼効率を示す。オフガスには水素が１０％（体積率）程度含まれている。図８（ａ）および図８（ｂ）の縦軸は燃焼効率を示し、図８（ａ）および図８（ｂ）の横軸は空気比を示す。
【００５９】
図８（ａ）に示すように、空気比１において、サンプル２の燃焼効率は、比較サンプルの燃焼効率に比較して増加している。特に、天然ガス流量が４Ｌ／ｍｉｎの場合のサンプル２の燃焼効率が大幅に増加している。また、図８（ｂ）に示すように、空気比１〜２の範囲において、サンプル２の燃焼効率は、比較サンプルの燃焼効率に比較して増加している。特に、オフガス流量が０．３Ｌ／ｍｉｎの場合のサンプル２の燃焼効率が大幅に増加している。以上のことから、低い燃焼量における燃焼が改善されていることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃焼バーナを説明するための図である。
【図２】燃焼バーナの作用について説明するための模式図である。
【図３】燃焼バーナを燃焼バーナの長さ方向に切断した場合の模式的断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る燃焼バーナについて説明するための図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る改質器の模式図である。
【図６】サンプル１の寸法等を示す図である。
【図７】比較サンプルを示す図である。
【図８】サンプル２および比較サンプルの燃焼効率を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１，２，１１，１２，１３，３１，３２  円筒管
３，１４  着火装置
４，３５  蓋部
５，１７，１８，３７，３８  噴出孔
６，２０，３８  酸素含有ガス流路
７，２１，３９  燃料ガス流路
１９  燃焼領域
１００  燃焼バーナ
２００  改質器
【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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