(57)【要約】【課題】  複数の気体燃料を同時に供給して燃焼できる気体燃料用バーナーの提供【解決手段】  複数の気体燃料を供給できる気体燃料用バーナー１であって、前記バーナー１におけるバーナーノズル２は、気体供給用の複数の管が多重同心状に配置された多重同心円管構造を有し、最外側の管は直管状に形成され、最外側より内側の管は先端部に向かって内径が縮小するように形成され、バーナーノズル２の先端部に多重円環状の中空円盤１０が設けられ、中空円盤１０における円環状の中空部１０ａ等に最外側の管を除く各管の先端部が嵌合され、それによって嵌合された各管の先端部がバーナーノズル２先端側の燃焼空間４に接するように構成されることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気体燃料を供給できる気体燃料用バーナー(1)であって、
前記バーナー(1)におけるバーナーノズル(2)は、気体供給用の複数の管が多重同心状に配置された多重同心円管構造を有し、最外側の管は直管状に形成され、最外側より内側の管は先端部に向かって内径が縮小するように形成され、バーナーノズル(2)の先端部に多重円環状の中空円盤(10)が設けられ、中空円盤(10)における円環状の中空部に最外側の管を除く各管の先端部が嵌合され、それによって嵌合された各管の先端部がバーナーノズル(2)先端側の燃焼空間(4)に接するように構成されることを特徴とする気体燃焼用バーナー。
【請求項２】
請求項１に記載の気体燃焼用バーナーおいて、
前記バーナーノズル(2)は、中心部から順に配列された第１管(7)、第２管(8) および第３管(9)により構成される３重同心円管構造を有し、
第１管(7)の内部に燃焼用の１次空気の流通路(20)が形成され、
第１管(7)と第２管(8) の間、または第２管(8) と第３管(9)の間に、水素を含有する気体、または水素以外の燃料ガスを含有する気体のいずれかの流通路(21)，(22)が形成されていることを特徴とする気体燃料用バーナー。
【請求項３】
請求項２に記載の気体燃焼用バーナーにおいて、
中空円盤(10)は同心状に配置された内側の第１円盤(13)と外側の第２円盤(14)により構成され、
第１円盤(13)には周方向に配列された複数の噴出孔(13a)が設けられ、第１円盤(13)の内周面は第１管(7)の外周面と嵌合され、第１円盤(13)の外周面は第２管(8) の内周面と嵌合され、第１管(7)と第２管(8) の間に水素を含有する気体の流通路(21)が形成され、
第２円盤(14)は、その内周縁から前記燃焼空間方向に延びる円環状のリップ(14a)を有する立ち上げ縁付き円盤構造であり、リップ(14a)には内径方向に突出する膨出部(14b)が円周方向に沿って所定間隔で複数形成され、膨出部(14b)は第２管(8)の内周面と嵌合され、立ち上げ縁付き円盤の外周面は第３管(9)の内周面と接合され、第２管(8)と第３管(9)の間に燃料ガスを含有する気体の流通路(22)が形成されていることを特徴とする気体燃料用バーナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の気体燃料を同時に供給して燃焼できる気体燃料用バーナー  に関し、特に水蒸気発生装置や水素リッチな改質ガスを生成する外熱式水蒸気改質器のシステムに適用可能な気体燃料用バーナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、燃料電池の燃料である水素ガスは、通常水蒸気改質器で生成される。水蒸気改質器は、例えば都市ガス等の原料ガスと水蒸気の混合物を改質触媒の存在下に反応させて水素リッチな改質ガスを生成する。水蒸気改質器に供給する水蒸気は水蒸気発生装置で生成され、水蒸気発生装置には原料としての水と燃焼用の燃料が供給される。
【０００３】
特に家庭用燃料電池システム等では、小型化および利便性から燃焼用の燃料は都市ガスなどの燃料ガスや燃料電池から回収される余剰の水素ガス等の気体燃料が使用される。そのような気体燃料を使用するシステムにおいては、蒸気発生装置のバーナーは気体の燃焼に適した気体燃料用バーナーが用いられ、外熱式水蒸気改質器に加熱ガスを供給する加熱ガス発生装置に同様な気体燃料用バーナーが用いられる。
【０００４】
燃料電池システムにおける水蒸気発生装置や外熱式水蒸気発生装置に用いられる気体燃料用バーナーは、例えば特許文献１に提案されている。特許文献１の気体燃料用バーナーは、バーナーノズルの中心部に一次空気供給管が設けられ、一次空気供給管の外周部に燃料供給管が接続され、バーナーノズルの先端部に二次空気供給管が連通している。しかし特許文献１のバーナーノズルは、複数種の気体燃料を供給してそれらを選択的に燃焼できる構造は開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
複数種の気体燃料を使用する場合、そのうちの１種を供給して燃焼するか、又は複数種を互いに異なる配管から同時に供給して燃焼する。例えば前記燃料電池システムにおける水蒸気発生装置には、燃料として都市ガス等の気体燃料や燃料電池から回収した余剰の水素ガスを同時または選択的に供給して燃焼する。
【０００７】
このような気体燃料の燃焼システムを可能にする気体燃料用バーナーにおいては、気体燃料を１種供給または複数種同時供給のいずれを選択した場合でも、バーナーの燃焼効率を一定レベルに維持する必要がある。そのような効果を発揮するには、気体燃料用バーナーの主要部分であるバーナーノズルを特殊な構造とする必要がある。そのようなバーナーノズル構造として、例えば図４に示す多重同心円管構造が考えられる。なお図４には１例として３重同心円管構造が示されている。
【０００８】
図４において気体燃料用バーナー１は、気体供給用の複数の管を多重同心状に配置した多重同心円管構造のバーナーノズル２と、バーナーノズル２を内部に装着する円筒状のケーシング３を備え、ケーシング３の内側にはバーナーノズル２の軸方向先端部に接した燃焼空間４が形成されている。
【０００９】
バーナーノズル２は中心部に点火ヒータ６が配置され、その外側には第１管７、第２管８および第３管９が順に配置される。最外側の管は直管状に形成され、最外側より内側の管は先端部に向かって内径が縮小するように形成される。バーナーノズル２の先端部には多重円環状の中空円盤１０が設けられ、中空円盤１０における円環状の中空部から軸方向内側方向（図４の左方向）に２つの円環状の支持部１１、１２が延長している。中空円盤１０の外周面にはバーナーノズル２の外周面を構成する第３管９の先端内周面が固定される。
【００１０】
支持部１１の内部に点火ヒータ６が配置され、点火ヒータ６の外側に空間部を介して第１管７が配置され、その外側に第２管８が配置される。そして第１管７の内側に一次気体の流通路２０が形成され、第２管９の内側に水素ガスなどの流通路２１が形成され、さらに第３管９の内側に別の燃料ガスの流通路２２が形成される。気体燃料を効率よく燃焼させるため、各気体の流通路２０，２１，２２の内径は、第１支持部１１、第２支持部１２に固定されている部分に向けて徐々に縮小することにより、燃焼室４に噴出する各気体燃料をバーナーノズル２の中心軸領域の付近に集中させ、それにより１種もしくは複数種の気体燃料を供給した場合における供給の均一化および燃焼効率の向上を達成している。
【００１１】
このように気体の流通路１３，１４の内径を先端部に向けて縮小するには、第１管７、第２管８の内径をそれに応じて図示のように縮小する必要がある。図４の例では第１管７、第２管８を容易に製造するため、直線状の管の先端部に円錐形の部分を溶接等により接合して全体を構成している。なお場合によってはこれら両者を一体化することもできる。
【００１２】
上記のように、第１管７、第２管８はその内径が先端部に向かって縮小された状態において、それら先端部を溶接により第１支持部１１または第２支持部１２にそれぞれ固定する必要がある。しかし例えば、先に第１管７の先端部を第１支持部１１に溶接し、次に外側の第２管８を第２支持部１２に溶接しようとしても、第２管８の先端部の内径が第１管７の直線部分の外径より小さいので、第２管８を第１管７の外側から軸方向に挿入することができない。そのため第２管８を例えば図４の上下方向に２分割し部品を製造し、それらを第１管７の外側で整合させてから溶接せざるを得ない。
【００１３】
このように外側の管を２分割して溶接した場合、部品点数が増し、接合箇所も多くなり組立性が悪くなる。また溶接変形や接合不良のリスクも高くなる。さらに接合箇所と中空円盤１０が接近しているので開口部である中空部の一部が溶融金属によって閉塞するリスクがある。
【００１４】
そこで本発明はこれらの諸問題を解決するため、図４に例示した気体燃料用バーナーを更に改良し発展させた新しい気体燃料用バーナーを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の発明は、複数の気体燃料を供給できる気体燃料用バーナーであって、前記バーナーにおけるバーナーノズルは、気体供給用の複数の管が多重同心状に配置された多重同心円管構造を有し、最外側の管は直管状に形成され、最外側より内側の管は先端部に向かって内径が縮小するように形成され、バーナーノズルの先端部に多重円環状の中空円盤が設けられ、中空円盤における円環状の中空部に最外側の管を除く各管の先端部が嵌合され、嵌合された各管の先端部がバーナーノズル先端側の燃焼空間に接するように構成されることを特徴とする（請求項１）。
【００１６】
本発明の第２の発明は、第１の発明において前記バーナーノズルは、中心部から順に配列された第１管、第２管および第３管により構成される３重同心円管構造を有し、第１管の内部に燃焼用の１次空気の流通路が形成され、第１管と第２管の間、または第２管と第３管の間に、水素を含有する気体、または水素以外の燃料ガスを含有する気体のいずれかの流通路が形成されていることを特徴とする（請求項２）。
【００１７】
本発明の第３の発明は、第２の発明において、中空円盤は同心状に配置された内側の第１円盤と外側の第２円盤により構成され、第１円盤には周方向に配列された複数の噴出孔が設けられ、第１円盤の内周面は第１管の外周面と嵌合され、第１円盤の外周面は第２管の内周面と嵌合され、第１管と第２管の間に水素を含有する気体の流通路が形成され、第２円盤は、その内周縁から前記燃焼空間方向に延びる円環状のリップを有する立ち上げ縁付き円盤構造であり、リップには内径方向に突出する膨出部が円周方向に沿って所定間隔で複数形成され、膨出部は第２管の内周面に嵌合され、立ち上げ縁付き円盤の外周面は第３管の内周面と接合され、第２管と第３管の間に燃料ガスを含有する気体の流通路が形成されていることを特徴とする（請求項３）。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１の発明は前記のように、最外側の管は直管状に形成され、最外側より内側の管は先端部に向かって内径が縮小するように形成され、中空円盤における円環状の中空部に最外側の管を除く各管の先端部が嵌合され、それによって嵌合された各管の先端部がバーナーノズル先端側の燃焼空間に接するように構成されている。
【００１９】
このように構成すると、部品数が減少し、構造が簡素となる。さらに、各管の嵌合部はバーナーノズル先端側の燃焼空間に接するように構成されているので、その嵌合部における気密溶接も不要となる。それにより、製作性が向上するだけでなく、気密部位における溶接個所が減少するので、気密信頼性も向上する。このような種々の効果から、本発明の第１の発明は、複数の気体燃料を同時に供給して燃焼できる特殊構造の気体燃料用バーナーにおいて、製作性および信頼性の向上を達成することができる。
【００２０】
本発明の第２の発明は、第１の発明において前記バーナーノズルは、中心部から順に配列された第１管、第２管および第３管により構成される３重同心円管構造を有し、第１管の内部に燃焼用の１次空気の流通路が形成され、第１管と第２管の間、または第２管と第３管の間に、水素を含有する気体、または水素以外の燃料ガスを含有する気体のいずれかの流通路が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
このように構成した気体燃料用バーナーは、可燃性および透過性が高く扱いに注意を要する水素を含有する気体についても、前記気密部位における気密信頼性が高いゆえに、リークおよび空気との予混合の心配がなく安全に適用できる。
【００２２】
本発明の第３の発明は、第２の発明において、中空円盤は同心状に配置された内側の第１円盤と外側の第２円盤により構成され、第１円盤には周方向に配列された複数の噴出孔が設けられ、第１円盤の内周面は第１管の外周面に嵌合され、第１円盤の外周面は第２管の内周面に嵌合され、第１管と第２管の間に水素を含有する気体の流通路が形成され、第２円盤は、その内周縁から前記燃焼空間方向に延びる円環状のリップを有する立ち上げ縁付き円盤構造であり、リップには内径方向に突出する膨出部が円周方向に沿って所定間隔で複数形成され、膨出部は第２管の内周面に嵌合され、立ち上げ縁付き円盤の外周面は第３管の内周面に接合され、第２管と第３管の間に燃料ガスを含有する気体の流通路が形成されていることを特徴とする。
【００２３】
このように構成すると、第１管と第２管との間に、噴出孔を有する第１円盤を嵌合させたことにより、水素を含有する気体を燃焼空間に最適な噴霧と分布状態で噴出させることが可能になり、効率よく当該気体を燃焼させることができる。また、ノズルチップを構成する立ち上げ縁付きの第２円盤におけるリップの膨出部を第２管と嵌合させたことにより、簡素簡便な構造で第２管の端部を適正位置に支持し、リップと第２管との間の流路形状を適切に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の気体燃料用バーナーにおけるバーナーノズルの１例を模式的に示す部分的側断面図。
【図２】本発明の気体燃料用バーナーにおけるバーナーノズルの他の例を模式的に示す部分的側断面図。
【図３】図２の矢印Ａ方向から見たバーナーノズル先端部の外観斜視図。
【図４】従来の複数の気体燃料を同時に供給して燃焼できる気体燃料用バーナーを示す模式的な部分的側断面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は本発明の気体燃料用バーナー１におけるバーナーノズル２の１例を模式的に示す部分的側断面図であり、図１に示すバーナーノズル２が、従来の図４のバーナーノズル２と異なる部分は、各円管の先端部の接合形態のみであり、そのほかは同様に構成される。従って図４と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２６】
図１のバーナーノズル２は、中心部に点火ヒータ６が配置され、その外側に第１管７、第２管８および第３管９が順に配置された３重同心円管構造である。最外側の第３管９は直管状に形成され、最外側より内側の第２管８および第１管７管は先端部に向かって内径が縮小するように形成されている。第１管７の内部に燃焼用の１次空気の流通路２０が形成され、第１管７と第２管８の間に水素を含有する気体、例えば燃料電池から回収した余剰の水素ガスを流通させる流通路２１が形成される。第２管８と最外側の第３管９との間には、水素以外の例えば都市ガス等の燃料ガスと空気の混合物を流通させる流通路２２が形成される。
【００２７】
第１管７、第２管８および第３管９の各先端部は、バーナーノズル２の先端部に配置された多重円環状の中空円盤１０の中空部１０ａ、１０ｂ、１０ｃの部分に嵌合されている。具体的には、第１管７はその先端部外周面が中空円盤１０の最内側の円環状の中空部１０ａの内周面に密着するように嵌合され、第２管８はその先端部内周面が中空円盤１０の内側から３番目の円環状の中空部１０ｃの外周面に嵌合される。各嵌合は各管の先端部における半径方向の弾性を利用して行われる。最外側の第３管９は直線状なので溶接接合を容易に行うことができ、その先端部内周面は中空円盤１０の外周面に溶接により気密に接合される。
【００２８】
中空円盤１０の最内側の円環状の中空部１０ａは１次空気の流通路２０と連通し、中空円盤１０の内側から２番目の円環状の中空部１０ｂは例えば水素ガスを流通させる流通路２１と連通し、中空円盤１０の内側から３番目の円環状の中空部１０ｃは水素以外の例えば都市ガス等の燃料ガスと空気の混合物を流通させる流通路２２と連通している。なお本実施例では中空円盤１０の内側から２番目の円環状の中空部１０ｂは、周方向に円環状に配列された複数の貫通孔（図示せず）により構成され、各管通孔が気体の噴出孔となる。
【００２９】
図２は本発明の気体燃料用バーナー１におけるバーナーノズル２の他の例を模式的に示す部分的側断面図であり、図３は図２の矢印Ａ方向から見たバーナーノズル２の先端部の外観斜視図である。図２に示すバーナーノズル２が前記図１のバーナーノズル２と異なる部分は、中空円盤１０の構成のみであり、そのほかは図１のバーナーノズル２と同様に構成される。なお図２では各部の形状を理解し易くするため、中心部に配置される点火ヒータ６を省略した状態で示している。
【００３０】
図２、図３において、中空円盤１０は同心状に配置された内側の第１円盤１３と外側の第２円盤１４により構成され、第１円盤１３には周方向に配列された複数の噴出孔１３ａが設けられ、第１円盤１３の内周面は第１管７の外周面に嵌合され、第１円盤１３の外周面は第２管８の内周面と嵌合され、第１管７と第２管８の間に水素を含有する気体の流通路２１が形成される。
【００３１】
第２円盤１４は、その内周縁から前記燃焼空間４方向に延びる円環状のリップ１４ａを有する立ち上げ縁付き円盤構造であり、リップ１４ａには内径方向に突出する膨出部１４ｂが円周方向に沿って所定間隔で複数（図示の例では３つ）形成されている。膨出部１４ｂは第２管８の内周面と嵌合されている。立ち上げ縁付き円盤の外周には別のリップ１４ｃが形成され、そのリップ１４ｃの外周面は最外側の直管状の第３管の内周面に溶接により接合され、第２管８と第３管９の間に燃料ガスを含有する気体の流通路２２が形成される。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の気体燃料用のバーナーは、複数の気体燃料を同時に供給して燃焼できる気体燃料用バーナーであり、特に水蒸気発生装置や水素リッチな改質ガスを生成する外熱式水蒸気改質器に利用できる。
【符号の説明】
【００３３】
１  気体燃料用バーナー
２  バーナーノズル
３  ケーシング
４  燃焼空間
６  点火ヒータ
７  第１管
８  第２管
９  第３管
１０  中空円盤
１０ａ  中空部
１０ｂ  中空部
１０ｃ  中空部
【００３４】
１１  支持部
１２  支持部
１３  第１円盤
１４  第２円盤
１４ａ  リップ
１４ｂ  膨出部
１４ｃ  リップ
２０  流通路
２１  流通路
２２  流通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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