專利名稱：燃燒器、氫發(fā)生裝置及燃料電池發(fā)電系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種燃燒器，具體地說，本發(fā)明涉及一種使用氫含量高、烴類物質含量低的燃料氣體進行燃燒的燃燒器。特別是，本發(fā)明涉及一種用于發(fā)生氫氣體的氫發(fā)生裝置用的燃燒器，所述發(fā)生氫氣體的氫發(fā)生裝置從主要含有天然氣、LPG、汽油、輕油、燈油、甲醇等的、至少由碳及氫構成的化合物的烴類物質的燃料氣體中發(fā)生氫氣，所述氫氣供給燃料電池等的氫利用裝置；或者，本發(fā)明涉及一種用于供暖及供熱水等場合的燃燒器，使從燃料電池送出的廢氣等的以氫為主要成分的燃料氣體燃燒，利用其燃燒熱進行供暖、供熱水。
背景技術：
在燃料電池系統中，氫發(fā)生裝置發(fā)生用于供給燃料電池的氫。在該氫發(fā)生裝置中，例如，對主要含有天然氣、LPG、汽油、輕油、燈油、甲醇等的烴類物質的燃料氣體加入水，在650-700℃加熱，由此，對所述燃料氣體進行改性，取出氫(改性反應)。由改性反應所制得的氫含量高的改性氣體供給燃料電池，用于發(fā)電。改性反應中的上述加熱系利用燃燒器進行。在燃燒器中，使燃料氣體和空氣燃燒形成火焰，由此發(fā)熱。在氫發(fā)生裝置中，由燃燒器發(fā)生的上述熱能被利用進行上述改性反應中的加熱。為有效利用供給氣體，作為燃燒器的燃燒氣體，可利用例如從燃料電池放出的廢氣。因廢氣多含有未在燃料電池中被利用的氫，因此，其氫含量較高，反應性大。因此，如果作成這樣的結構，即，將作為燃料氣體的廢氣和空氣在預先混合的狀態(tài)下供給至燃燒空間，則可能使火焰在供給系統中形成逆流等，其安全性能有問題。因此，現有的燃燒器的結構是，形成分別將廢氣和空氣供給至燃燒空間的結構。
在上述結構的燃燒器中，為對誤點火、失火、異常燃燒等進行檢測，進行安全、有效的燃燒，在從燃燒空間的外側至燃燒空間內跨設阻燃棒(桿)(flame rod)，由該阻燃棒對火焰進行檢測(例如，參見專利文獻1)?；蛘?，由設置于燃燒空間的上部空間的點火器進行點火(參見專利文獻2)。
專利文獻1特開2001-201046號公報(第5-6頁，圖4)專利文獻2特開平7-22043號公報(第3頁，圖1)根據由阻燃棒對火焰進行檢測的方法，是在與燃燒空間中所形成的火焰接觸的阻燃棒和燃燒器本體之間施加電壓，檢測出因存在于火焰中的離子而生成的電流，根據該檢測出的電流，對火焰進行檢測。這種由阻燃棒對火焰進行檢測的方法在形成火焰的燃燒反應中，當反應過程中發(fā)生較多的離子，例如，在使含有較多的烴類可燃物質的燃燒氣體進行燃燒時是有效的。然而，如上所述，在使氫含量高、烴類可燃物質含量低的燃燒氣體燃燒的場合，在形成火焰的燃燒反應中，難以生成離子。為此，即使對阻燃棒和燃燒器本體之間施以電壓，也不會形成電流，由此，導致火焰的檢測困難。
另一方面，在氫發(fā)生裝置中，以啟動時所發(fā)生的H2為主成分的富氫氣體除H2之外，還含有較多的CO。含有較多CO的富氫氣體(以下，稱為“生成氣體”)因CO可使燃料電池的電極劣化，因此，無法供給燃料電池。因此，為有效利用，該生成氣體也如同上述廢氣，用于燃燒器的燃燒氣體中。這里，如前所述，由于在氫發(fā)生裝置中，含于所供給的燃料氣體中的烴類物質(CH4等)因改性反應而轉化為H2及CO2，由此，含于生成氣體中的未轉化的烴類可燃物質少。為此，在使用這樣的生成氣體作為燃料氣體的燃燒反應中，如同使用廢氣的場合，其生成離子很少。從而，使用由阻燃棒對火焰進行檢測的方法時，在阻燃棒和燃燒器主體之間施以電壓時可檢測的電流很小。由此，如同使用廢氣時的場合，火焰的檢測困難。
根據燃料電池發(fā)電系統中的氫發(fā)生裝置的燃燒器，由阻燃棒檢測的電流值被置換為電壓值，藉由該電壓值是否小于失火判斷的臨界值電壓而判斷失火與否。當該電壓值遠小于臨界值電壓時，判斷失火，停止運轉操作。這里，如前所述，由于在以廢氣和生成氣體為燃料氣體而供給氣體的燃燒器中，因存在于火焰中的離子量較少，可由阻燃棒檢測的電流值小，可由檢測得到的電壓值也小。為此，設定較高的失火判斷的臨界值電壓，則盡管檢測得到的電壓值大大低于上述臨界值，形成火焰，此時也可判斷失火。因此，上述臨界值有必要設定低些。此時，由于系統機械部件的噪聲所導致的數值離散，可能導致誤判。根據上述，可以明白，在以廢氣和生成氣體為燃料氣體進行燃燒時，很難由使用阻燃棒的火焰檢測方法進行精確的火焰檢測。
又，根據上述燃燒器的結構，在燃燒空間近旁有必要形成用于配置阻燃棒的空間及配置用于點火的放電電極的空間。但是，如作成設置所述空間的結構，則在不是加熱對象的該空間也傳遞來自燃燒器的燃燒熱，因此，可生成來自該空間的放熱。由此，使得對于作為加熱對象的氫發(fā)生裝置的傳熱效率低下。再有，由于該設置空間的部分使燃燒器的裝置的規(guī)模相應地增大，燃燒器的周圍狹小，由此，降低燃燒器周圍結構的自由度。
本發(fā)明系為解決上述問題而作。本發(fā)明的目的在于提供一種燃燒器，所述燃燒器即使在烴類可燃物質含量較少的燃料氣體的燃燒中，也可進行精確度高的火焰檢測。本發(fā)明的另一目的在于提供一種燃燒器，所述燃燒器可抑制對加熱對象以外的放熱，有效地對加熱對象進行加熱，且，可實行小型化，提供燃燒器周圍結構的自由度。

發(fā)明內容
為解決上述問題，本發(fā)明的燃燒器系這樣一種燃燒器，所述燃燒器包括從燃料供給裝置噴出所供給燃料的燃料分配器，包圍上述燃料分配器而配置的空氣噴出構件；所述空氣噴出構件設有用于噴出從空氣供給裝置供給的空氣的空氣噴出孔、使從上述空氣噴出孔噴出至所述燃料分配器的周圍的空氣和從所述燃料分配器噴出的燃料燃燒，形成火焰的燃燒空間。在所述燃燒器中還具有其溫度檢測點位于上述空氣噴出孔內或位于成為所述燃燒空間的空氣流路的部分上、用于檢測所述燃燒空間的溫度的溫度檢測構件，和基于所述溫度檢測構件所檢測的溫度，對上述燃燒空間的所述火焰狀態(tài)進行檢測的火焰檢測手段。
為藉由溫度檢測構件檢測燃燒空間內的溫度，以檢測火焰狀態(tài)，因此，在以往要對火焰進行檢測是困難的。而根據上述結構，則即使在使用烴類可燃物質含量較少的燃料氣體的燃燒中，也可正確地進行精確度高的火焰檢測，而與燃料氣體的種類無關。
可配置上述溫度檢測構件，以使上述溫度檢測點位于上述空氣噴出孔內或所述燃燒空間的所述空氣噴出孔近旁。
根據上述結構，由于溫度檢測點位于空氣噴出孔內或燃燒空間的所述空氣噴出孔近旁，所以，溫度檢測點不會被加熱至與燃燒空間同樣溫度的高溫。因此，溫度檢測構件可在耐熱限度內對溫度進行檢測，防止由加熱導致的劣化。又，由于溫度檢測構件的配置很少突出于燃燒空間內，因此，可以檢測燃燒空間內的溫度，而不會使形成于燃燒空間內的火焰紊亂。這樣的效果在配置溫度檢測構件以使溫度檢測點位于空氣噴出孔內的結構中，特別顯著地得以實現。
上述溫度檢測構件也可貫穿所述空氣噴出構件而配置。
較好的是，上述溫度檢測構件的所述溫度檢測點與所述空氣噴出孔的內側面絕熱。
根據上述結構，由于上述溫度檢測構件的所述溫度檢測點與所述空氣噴出孔的內側面絕熱配置，所以，可以不受空氣噴出構件的影響，快速地檢測燃燒空間內的溫度變化。
較好的是，在上述溫度檢測構件和上述空氣噴出孔的內側面之間形成間隙，所述間隙的幅寬也可沿著所述溫度檢測構件的外周的范圍大致均等。
根據所述結構，由于該間隙存在空氣層，上述溫度檢測構件與所述空氣噴出孔的內側面絕熱。又，在該空氣層由于形成流向燃燒空間的供給空氣的空氣流，因此，失火時，溫度檢測構件的溫度檢測點可藉由該空氣的流動得到迅速的冷卻。由此，可盡早進行失火檢測。特別是，所述空氣層的幅寬沿著所述溫度檢測構件的外周的范圍大致均等，由此在該空氣層形成供給空氣的均勻空氣流，因此，可提供穩(wěn)定的空氣供給，使燃燒狀態(tài)穩(wěn)定。
上述空氣噴出構件具有多個上述的空氣噴出孔。在配置有上述溫度檢測構件的上述空氣噴出孔上，較好的是，其與上述溫度檢測構件之間的上述間隙的截面積與未配置有上述溫度檢測構件的上述空氣噴出孔的截面積大致相等。
根據上述結構，在配置有上述溫度檢測構件的上述空氣噴出孔上，可以抑制由于配置所述溫度檢測構件而形成的空氣噴出狀態(tài)的紊亂，可使其如同其它的空氣噴出孔那樣噴出空氣。由此，可以平衡性能良好地形成穩(wěn)定的火焰。
上述溫度檢測構件可以在其一端部具有上述溫度檢測點，同時，其本體收納于上述空氣噴出構件內。
根據上述結構，由于無須設置用于配置溫度檢測構件的空間，多余的設置空間成為不必要。由此，可抑制對于多余空間的放熱，使對加熱對象所進行的高效加熱成為可能。另外，可以實現燃燒器的小型化，同時提高燃燒器周邊結構的自由度。
上述溫度檢測構件的所述溫度檢測點的前端可以由氧化膜作實質性的覆蓋。
在使用其一端部未被氧化膜覆蓋的溫度檢測構件時，因伴隨燃燒形成氧化膜，因此，在氧化膜的形成的前、后，檢測溫度發(fā)生變化。對此，如使用其一端部預先被氧化膜覆蓋的溫度檢測構件，則由于在氧化膜形成的前、后的檢測溫度不發(fā)生變化，可以提高檢測精度。
所述溫度檢測構件的所述溫度檢測點一側的前端可以具有大致的半球形狀。
根據上述結構，由于沿該前端的外周形成平滑的空氣流，因此，在燃燒器的燃燒停止時，可以迅速冷卻溫度檢測構件。另外，燃燒時，由于容易受到輻射熱，也容易檢測到溫度的上升。由此可以提高檢測精度。
上述溫度檢測構件也可以是片狀的熱電偶。
根據上述結構，可容易地實現本發(fā)明的結構。
上述溫度檢測構件可配置多個，上述溫度檢測構件分別配設于不同的位置，以便對上述燃燒空間的不同區(qū)域的溫度進行檢測。
根據上述結構，由于使用多個溫度檢測構件，可以分別檢測得到燃燒空間的不同區(qū)域的溫度，因此，可以更正確地對火焰進行高精確度的檢測。再有，這里，特別是通過比較燃燒空間各個區(qū)域的火焰狀態(tài)，可以容易、且精確度良好地快速進行異常燃燒的檢測。為此，在異常燃燒時，可以快速地停止燃燒，由此可以防止CO的排出和異常高溫。
上述燃燒空間可以朝向火焰放出方向增大其截面積。
根據上述結構，由于可以在對應于不同燃燒量的燃燒空間的各個不同區(qū)域進行燃燒，因此，可以在從低燃燒量至高燃燒量的較大范圍內的燃燒量，進行穩(wěn)定的燃燒。
又，本發(fā)明的燃燒器還可以包括收納于上述燃料分配器中、且，一端部突出于所述燃燒空間的電極，及和電極作電氣連接、對所述電極施以電壓的點火回路，上述點火回路使所述電極在所述燃燒空間內放電。
根據上述結構，對電極施以電壓，可在例如燃料分配器或空氣噴出構件和電極之間產生放電，藉此進行點火。在上述結構中，由于電極收納于燃料分配器內，因此無須用于配置點火裝置的空間。如此，無須多余的設置空間，可以抑制對多余空間內的放熱，高效地對加熱對象進行加熱。另外，可以實現燃燒器的小型化，同時提高燃燒器周邊結構的自由度。
本發(fā)明的燃燒器還設置有進行切換的切換裝置。在點火時，所述電極與所述點火回路連接，在由上述火焰檢測手段基于來自上述溫度檢測構件的上述燃燒空間的溫度信息，進行點火判斷之后，上述切換裝置進行切換，使所述電極和所述火焰檢測手段連接。所述火焰檢測手段基于來自所述溫度檢測構件的所述溫度信息進行火焰檢測，同時，也可基于來自所述電極的輸出電流進行火焰檢測。
根據上述結構，由于是在和溫度檢測構件的火焰檢測并行地，如同以往地進行電極的火焰檢測，因此，可以精確度良好地進行正確的火焰檢測。另外，根據上述結構，由于可將作為點火裝置的電極用于火焰檢測，因此，其構成容易，不必進行大幅度的變更即可實現該結構。
又，也可將突出于上述燃燒空間內的上述電極的前端部配置于不同于配置有上述溫度檢測構件的上述燃燒空間區(qū)域的區(qū)域，以對不同于由上述溫度檢測構件所進行的火焰檢測的所述燃燒空間內區(qū)域的區(qū)域進行火焰檢測。
根據上述結構，由于用溫度檢測構件及電極，可以分別檢測得到燃燒空間內不同的區(qū)域的溫度，因此，可以精確度良好地進行正確的火焰檢測。再有，這里，特別是比較燃燒空間的各個區(qū)域的火焰狀態(tài)，可以容易、且精確度良好地快速進行異常燃燒的檢測。為此，在異常燃燒時，可以使燃燒快速地停止，由此可以防止CO的排出和異常高溫。
也可以用所述溫度檢測構件對位于所述燃燒空間的火焰放出方向的上部區(qū)域的火焰進行檢測，用所述電極對位于所述燃燒空間的上述方向的下部區(qū)域的火焰進行檢測。
根據上述結構，由于可以用溫度檢測構件及電極，對燃燒空間內的不同區(qū)域的溫度分別進行檢測，因此可以更正確地對火焰進行高精確度的檢測。再有，這里，特別是通過比較燃燒空間的各個區(qū)域的火焰狀態(tài)，可以容易、且精確度良好地快速進行異常燃燒的檢測。為此，在異常燃燒時，可以使燃燒快速地停止，由此可以防止CO的排出和異常高溫。
根據上述結構，由于可以在燃燒空間的上部區(qū)域和下部區(qū)域進行火焰檢測，可以得到這樣的檢測結果在上部區(qū)域檢測到點火，而在下部區(qū)域未檢測到點火，及，可以檢測得到在上部區(qū)域未檢測到點火，而在下部區(qū)域檢測到點火，將所述檢測得到的狀態(tài)作為異常燃燒狀態(tài)。
本發(fā)明的氫發(fā)生裝置包括具有上述結構的燃燒器，由烴類原料的改性反應生成含氫的改性氣體的改性反應器，本發(fā)明的氫發(fā)生裝置使用上燃燒器對上述改性反應器進行加熱。
根據上述結構，由于使用具有上述結構的燃燒器，則即使在使用烴類可燃氣體含量少的氣體作為燃燒器的燃料氣體的場合，也可以更正確地對火焰進行高精確度的檢測。因此，使用上述結構的氫發(fā)生裝置，可以在對火焰進行檢測的同時，安全地形成火焰，而與燃料氣體的種類無關。
本發(fā)明的燃料電池發(fā)電系統包括具有上述結構的氫發(fā)生裝置和進行發(fā)電的燃料電池，在所述燃料電池中，以從上述氫發(fā)生裝置得到的氫為主要成分的氣體被供給至燃料極一側，同時，氧化劑氣體供給至氧化劑一極側，進行發(fā)電。
根據上述結構，在氫發(fā)生裝置中可以得到上述效果，由此使得以氫為主要成分的廢氣及生成的氣體可作為燃料氣體在燃燒器燃燒，進行改性反應時的加熱，因此，可以實現發(fā)電效率高、且對環(huán)境負荷小的系統。


圖1所示為實施形態(tài)1中的燃燒器結構的模式剖視圖。
圖2所示為將圖1的溫度檢測構件的配置作部分放大的模式剖視圖。
圖3所示為將圖2的溫度檢測構件的配置作部分放大的模式平面圖。
圖4所示為本發(fā)明的實施形態(tài)1的變化例中的燃燒器結構的模式剖視圖。
圖5所示為本發(fā)明的實施形態(tài)2中的燃燒器結構的模式剖視圖。
圖6所示為本發(fā)明的實施形態(tài)3中的燃燒器結構的模式剖視圖。
圖7所示為本發(fā)明的實施形態(tài)4中的燃燒器結構的模式剖視圖。
圖8所示為本發(fā)明的實施形態(tài)5中的燃料電池發(fā)電系統結構的模式結構圖。
圖9所示為本發(fā)明的實施形態(tài)5中的燃料電池發(fā)電系統的氫發(fā)生裝置的運轉數據圖表。
圖中，1為燃料分配器，2為空氣噴出構件，3為燃燒空間，4為燃料氣體供給裝置，5為空氣供給裝置，6為溫度檢測構件，7為火焰檢測手段，8為燃料氣體噴出孔，9為空氣噴出孔，12為電極，13為點火回路，14為切換開關，15為支承構件。
具體實施例方式
以下，就本發(fā)明的實施形態(tài)利用附圖進行說明。
圖1所示為本發(fā)明的實施形態(tài)1中的燃燒器結構的模式剖視圖。又，圖2及圖3為用于對圖1的溫度檢測構件的配置進行說明的詳細說明圖。圖2為部分放大剖視圖，圖3為部分放大平面圖。
如圖1所示，燃燒器包括具有多個燃料噴出孔8的燃料分配器1，具有多個空氣噴出孔9的空氣噴出構件2，收納于空氣噴出構件2內設置的溫度檢測構件6。由空氣噴出構件2的內壁2B所包圍形成的空間為燃燒空間3(燃燒室)，溫度檢測構件6對該燃燒空間3的溫度進行檢測。
空氣噴出構件2為二端部開口的圓筒狀，圓筒內部形成如下所述形狀的中空即，空氣噴出構件2的內周壁2B傾斜，由此，使圓筒的內孔成為向著上端開口(火焰放出口)其截面積增大的倒圓錐臺狀的空間。即，內周壁2B構成杯狀。作為空氣噴出構件2的內孔的該杯狀空間為用于形成火焰、進行燃燒的燃燒空間。又，在空氣噴出構件2上，圓筒周壁部形成中空。即，該周壁部系在外周壁2A、內周壁2B、上端壁2C、及下端壁2D之間形成內部空間20。該內部空間20形成周向包圍上述燃燒空間3的結構?？諝鈬姵鰳嫾?的該內部空間20通過多個沿內周壁2B的周向及上下方向設置的空氣噴出孔9，與上述燃燒空間3連通。又，該內部空間20具有設置于外周壁2A上的空氣供給口31，該空氣供給口31上連接有設置于外部的空氣供給裝置5。該空氣供給裝置5具有泵及風扇等的送風器(未圖示)，將燃燒用空氣邊調整流量，邊供給至空氣噴出構件2。作為空氣供給流量的調節(jié)方法，有控制上述送風器的工作進行調節(jié)的方法?；蛘撸锌稍诠┙o系統中，在上述送風器的下游側配設閥等的流量調節(jié)部件，對此進行控制進行調節(jié)等的方法。
空氣噴出構件2由例如金屬等構成。所述空氣噴出構件2因容積大，故比較下述的溫度檢測構件6，具有較大的熱容量。如圖2所示，在形成燃燒空間3的內周壁2B上，以一定的間隔形成有具有一定直徑的圓形空氣噴出孔9(9A，9B)。這里，空氣噴出孔9由具有2.0mm的直徑D1的一個空氣噴出孔9A，和具有1.2mm的直徑D2的多個空氣噴出孔9B構成。而且，在該空氣噴出孔9A內，設置有溫度檢測構件6。該溫度檢測構件6的結構是，設于前端的溫度檢測點(圖中未示)稍突出于燃燒空間3內，面向該燃燒空間3，位于空氣流中。且溫度檢測構件6的本體設置成通過空氣噴出構件2內部的空間20及下端壁2D上的貫通孔32，突出于外部。溫度檢測構件6由未圖示的支承構件所支承，空氣噴出構件2的通孔32和溫度檢測構件6之間，用密封材料(未圖示)作氣密密封。這里，作為溫度檢測構件6，使用直徑1.6mm的套狀熱電偶，包含溫度檢測點(未圖示)的前端部分用氧化膜16覆蓋。這樣，基于氧化膜的覆蓋，如下所述，可以更正確地對燃燒空間3內的溫度進行高精確度的檢測。溫度檢測構件6的設置使其不與空氣噴出孔9A的內側面接觸，而是在與空氣噴出孔9A的內側面之間具有一定的間隙。如圖3所示，這里，在例如圓形的空氣噴出孔9A內，同心狀地配置有溫度檢測構件6。藉此，使得形成于溫度檢測構件6外周的環(huán)狀空氣層17的幅寬L(即空氣噴出孔9A的內側面和溫度檢測構件6的外周面的距離)在溫度檢測構件6的整個外周呈大致均勻。藉此結構，如下所述，在配置有溫度檢測構件6的空氣噴出孔9A，成為空氣流路的部分(即空氣層17)的截面積與其它空氣噴出孔9B的場合大致相同。且，在溫度檢測構件6的外周形成具有均勻幅寬L的空氣流路。另外，這里，作為溫度檢測構件6是使用熱電偶，但在使用熱電偶之外，也可使用熱敏電阻。該溫度檢測構件6連接于燃燒器外部所設置的火焰檢測手段7。
其截面積較上部(火焰放出口側)減小的燃燒空間3的下部嵌合有前端閉塞的管狀燃料分配器3。燃料分配器3，其周向設有多個燃料噴出孔8的前端部突出于圓形截面的燃燒空間3的中心部分地設置。又，其基端連接于設置于外部的燃料氣體供給裝置4。該燃料供給裝置4邊調節(jié)流量，邊將含有可燃性氣體的燃料氣體供給至燃料分配器1，該燃料供給裝置4具有泵及風扇等的送風器(未圖示)。作為燃料氣體供給流量的調節(jié)方法，有控制上述送風器的工作進行調節(jié)的方法，或者，在供給系統中，在上述送風器的下游側配設閥等的流量調節(jié)部件，對此進行控制進行調節(jié)等的方法。
其次，就上述燃燒器燃燒時的工作作一說明。
如圖1中的箭頭所示，燃料氣體從燃料氣體供給裝置4供給至燃料分配器1。再有，燃料氣體通過燃料噴出孔8，從燃料分配器1噴出至燃燒空間3。這里，從燃料氣體供給裝置4供給的燃料氣體為以氫為主成分的可燃性氣體。作為該燃料氣體，例如，如下述實施形態(tài)5(圖8)所說明地，也可使用燃料電池發(fā)電系統的氫發(fā)生裝置啟動時生成的生成氣體，或者，使用燃料電池的廢氣。
另一方面，空氣從空氣供給裝置供給至空氣噴出構件2。如圖中箭頭所示，空氣被導入空氣噴出構件2的內部空間20。再通過空氣噴出孔9，噴出至燃燒空間3。此時，在空氣噴出孔9A和空氣噴出孔9B，由于空氣流路面積大致相等，從二者噴出的空氣流量也大致相等。因此，藉由在空氣噴出孔9A設置溫度檢測構件6，可以將空氣的噴出狀態(tài)的紊亂抑制在最小限度，可以抑制燃燒狀態(tài)的紊亂。又，在空氣噴出孔9A，因如上所述在溫度檢測構件6的外周形成幅寬等同的空氣流路，所以，在空氣噴出孔9A，在溫度檢測構件6的外周，噴出大致均等的空氣。因此，可以進一步抑制空氣的噴出狀態(tài)紊亂，進一步抑制燃燒狀態(tài)的紊亂。
如上所述，供給至燃燒空間3的燃料氣體及空氣在該燃燒空間3混合。且，用種火及點火器等的點火裝置(未圖示)進行點火，在燃燒空間3中使燃料氣體和空氣反應，進行燃燒，形成火焰10。這里，如前所述，由于空氣噴出孔9A、9B供給大致同等流量的空氣，因此，可以形成穩(wěn)定、平衡性良好的火焰10。而且，如圖中箭頭所示，形成火焰放出的熱傳遞至加熱對象，進行加熱。這樣，如果作成這樣的結構，即，分別供給燃料氣體和空氣，使其在燃燒空間3混合，則不必擔心采用如同以往的結構時的擔心，即，由于是預先混合可燃性氣體和空氣，供給至燃燒空間3之后，再使其燃燒，而使火焰沿供給系統逆流等。因此，可以更安全地進行燃燒。
這里，在進行上述燃燒時，為把握點火、失火及異常燃燒，使用溫度檢測構件6進行火焰狀態(tài)的接觸。以下，就火焰的檢測方法作一說明。
在燃燒空間3內一旦形成火焰10，則由于此前處于常溫的燃燒空間3內的溫度上升，使溫度檢測構件6檢測的溫度也上升。這時，溫度檢測構件6其前端的溫度檢測點(圖中未示)位于空氣噴出構件2的空氣噴出孔9A內，且，由于其本體部收納于空氣噴出構件20內，溫度檢測構件6并不暴露于燃燒空間3的火焰下。為此，溫度檢測構件6在燃燒時不會達到如同燃燒空間3內的高溫(約1000℃)。從而，使溫度檢測構件6置于耐熱界限內的溫度下，可以防止劣化。又，由于溫度檢測構件6僅稍突出于燃燒空間3內，可以在燃燒空間3內所形成的火焰不發(fā)生紊亂的情況下，對燃燒空間3內的溫度進行檢測。
另一方面，由于溫度檢測構件6前端的溫度檢測點(圖中未示)面向燃燒空間3，因此，可以精確度良好地對燃燒空間3內的溫度進行快速的檢測。這里，溫度檢測構件6前端的溫度檢測點(圖中未示)與空氣噴出孔9A內側面并不直接接觸，而是在周圍形成空氣層17，由此使其與空氣噴出構件2絕熱。為此，可以不受空氣噴出構件2的內周壁2B的溫度變化的影響，檢測燃燒空間3的溫度變化。即，由于溫度檢測構件6的溫度檢測點的溫度上升快于熱容量大的空氣噴出構件2的內周壁2B的溫度上升速度，可以快速、且精確度良好地進行正確的點火的檢測。
在溫度檢測構件6檢測的燃燒空間3的溫度信息作為電氣信號傳遞至火焰檢測手段7。火焰檢測手段7從所傳遞的電氣信號，基于燃燒空間3的溫度變化，判斷在燃燒空間3內是否形成火焰10(點火)。作為點火的判斷方法，例如，可以是判斷所檢測的燃燒空間3的溫度是否高于一定的溫度的方法，或者，也可以是判斷單位時間內溫度上升速度是否大于一定的溫度上升速度的方法等。
另一方面，如起因于某些原因失火，則此前處于高溫狀態(tài)的燃燒空間3的溫度急劇降低。溫度檢測構件6的檢測溫度也隨之降低。如此，所檢測的燃燒空間3的溫度信息如同上述地傳遞至火焰檢測手段7。火焰檢測手段7從所傳遞的電氣信號，基于燃燒空間3的溫度變化，判斷燃燒空間3內的火焰10是否失火。作為失火的判斷方法，例如，可以是判斷所檢測的燃燒空間3的溫度是否低于一定的溫度的方法，或者，也可以是判斷單位時間內溫度下降速度是否大于一定的溫度下降速度的方法等。這里，如前所述，溫度檢測構件6的溫度檢測點與空氣噴出孔9A內側面之間形成間隙，存在空氣層17。藉此，溫度檢測構件6可以不受空氣噴出構件2的影響，溫度隨之失火迅速下降。特別是，在與空氣噴出孔9A內側面之間形成的空氣層17中，通常，伴隨空氣的供給，形成流向燃燒空間3的空氣流動，溫度檢測構件6位于該空氣流中。由此，基于所述空氣流，溫度檢測構件6被迅速冷卻。如因為失火未進行加熱，則在溫度檢測構件6的溫度檢測點的溫度急劇下降。從而，可在失火后的短時間內對失火與否進行檢測。
根據如上所述的火焰檢測方法，由于可與以往的燃燒時的電流值無關地，由燃燒空間3的溫度變化進行火焰10的檢測，因此，在原本使用阻燃棒等的以往的火焰檢測方法難以進行檢測的燃料氣體，即，在使用烴類可燃性物質含量少的燃料氣體的燃燒中，也可精確度良好地進行正確的火焰狀態(tài)的檢測。
又，這里，如前所述，因為溫度檢測構件6的所述溫度檢測點(圖中未示)側的前端可以由氧化膜16作覆蓋，所以比較使用未預先形成氧化膜的溫度檢測構件來，基于下述理由，可以精確度良好地對燃燒空間3內的溫度進行檢測。即，使用預先覆蓋氧化膜的溫度檢測構件，則該溫度檢測構件的前端伴隨燃燒空間3內的燃燒而被氧化，隨之形成氧化膜。但此時，在氧化膜形成的前、后的溫度檢測構件上的檢測溫度發(fā)生變化。對此，如本實施形態(tài)所示，預先在溫度檢測構件6的前端形成氧化膜16，則可防止這樣的檢測溫度的變化發(fā)生。由此，可以更精確地檢測火焰。
再有，根據上述結構，燃燒空間3為杯狀，即，由于所述燃燒空間形成向著上部(火焰放出口)截面積增大的倒圓錐臺狀，可以在很大的燃燒量的范圍內，相應于不同的燃燒量平衡地、形成穩(wěn)定的火焰10。具體地，在作為燃燒源的燃料氣體和空氣的混合氣體的供給流量少，處于低燃燒量時，在截面積小的燃燒空間3的區(qū)域，該混合氣體的流速和燃燒速度平衡。即，由于火焰的大小取決于燃燒源的混合氣體的流速和燃燒速度(燃燒反應的反應速度)的平衡。因此，在低燃燒量的場合，如燃燒速度維持一定，則以其流速相等于該燃燒速度的混合氣體的供給流量小、燃燒空間3的下部為中心，形成火焰10A。另一方面，在該混合氣體的流量大、高的燃燒量的時候，在燃燒空間3的截面積大的區(qū)域內，混合氣體流速和燃燒速度平衡。因此，此時在燃燒空間3的上部形成火焰10B。如此，提高將燃燒空間3作成杯狀，可以實現在大范圍內的穩(wěn)定的燃燒。具有所述杯狀的燃燒空間3的空氣噴出構件2因可由加壓及深沖加工作成一個部件而構成，因此，其加工面容易。另外，這里是將進行燃燒的部分和不進行燃燒的部分的交界處溫度最高的部分定義為火焰。即，所謂的火焰是指形成火焰的最外輪廓部分。
另外，由于溫度檢測構件6收納于空氣噴出構件2內，因此，無須專門設置如同以往那樣、使用阻燃棒作為溫度檢測構件的設置空間。由此，無須在燃燒器周圍設置多余的設置空間，由此，可以抑制來自該空間的無用的放熱，對加熱對象進行有效加熱。又，對應于無須設置的多余設置空間，可以減小燃燒器的大小，大幅度提高燃燒器的周圍結構的自由度。
又，上述舉例僅為空氣噴出孔9A、9B的孔徑、溫度檢測構件6的直徑及其形狀的一個例子，并不限于該例?？諝鈬姵隹?A、9B的空氣流路的面積，并不是說必須如前所述的相等。只要能形成溫度檢測構件6周圍的空氣層17，空氣噴出孔9A、9B的空氣流路的截面積也可分別不同。又，空氣層17的幅寬L也可不均等。作為本實施形態(tài)的變化例，由空氣噴出構件2所圍成的上述燃燒空間3也可以不是如同圖1所示的杯狀，而是截面積均一的圓柱狀結構。
圖4所示為實施形態(tài)1的變化例中的特征部分結構的部分模式放大剖視圖。如圖4所示，本例中的燃燒器具有如同圖1所示的燃燒器同樣的結構，僅在下述點與圖1所示燃燒器不同。
即，根據本例中的燃燒器，配置于空氣噴出孔9A中的溫度檢測構件6的溫度檢測點(圖中未示)一側的前端具有半球形狀。如此形狀的前端，比較具有角部的前端，容易受到輻射熱，由此，可以精確度良好地檢測伴隨燃燒的溫度上升。又，由于如此形狀的前端沿半球狀光滑表面形成平滑的空氣流，因此，容易冷卻，失火時溫度急劇降低。從而，可以精確度良好地對失火進行檢測。根據上述，本例的結構可以更有效地獲得上述效果。
實施形態(tài)2圖5所示為本發(fā)明的實施形態(tài)2中的燃燒器結構的模式剖視圖。本實施形態(tài)的燃燒器具有如同實施形態(tài)1的結構，但多個溫度檢測構件分別設置于燃燒空間的不同位置上，這一點與實施形態(tài)1不同。
即，根據本實施形態(tài)，除了如同實施形態(tài)1作同樣設置的溫度檢測構件6之外，溫度檢測構件60配置于比溫度檢測構件6更下側的位置上。溫度檢測構件60連接于火焰檢測手段7。由溫度檢測構件60得到的燃燒空間3的下部區(qū)域的溫度信息成為電氣信號傳遞至火焰檢測手段7。這里，溫度檢測構件60的結構與溫度檢測構件6一樣，溫度檢測點(圖中未示)側的前端為氧化膜16覆蓋。又，如同溫度檢測構件6，溫度檢測點(圖中未示)位于空氣噴出孔9內，并位于空氣流中，且，溫度檢測構件60的外周形成均一幅寬的空氣層。由此，根據該溫度檢測構件60，如同溫度檢測構件6，可以對燃燒空間3的下部區(qū)域的溫度進行高精度、正確的檢測。另外，這里如同實施形態(tài)1，可以藉由溫度檢測構件6對燃燒空間3的上部區(qū)域的溫度進行高精度、正確的檢測。如此，可以分別檢測燃燒空間3的不同區(qū)域，即，其上部區(qū)域和下部區(qū)域的溫度，容易進行正確的檢測。比較各區(qū)域的點火狀態(tài)，特別是，可以容易且正確的進行異常燃燒的檢測。在判斷異常燃燒時，可以，例如停止從燃料氣體供給裝置4的燃料氣體的供給，中止燃燒。由此，可以防止由異常燃燒所形成的CO的排除及由高溫化導致的對燃燒器等機械的劣化。以下，詳細說明異常燃燒的檢測方法。
首先，正常燃燒時，形成火焰11。此時，燃燒空間3的溫度大致均勻，因此，由設置于該燃燒空間3的上部(燃燒空間3的出口近旁)的溫度檢測構件6所檢測的檢測溫度，和由設置于該燃燒空間3的下部(燃料分配器1的近旁)的溫度檢測構件60所檢測的檢測溫度大致相等?；鹧鏅z測手段7判斷燃燒空間3的上部及下部處于點火狀態(tài)。由此，可以確認在燃燒空間3進行正常的燃燒。
另一方面，例如，因某些原因導致燃燒量過大，或者因空氣供給量減少，火焰有升高趨勢時，成為異常燃燒，形成以燃燒空間3上部為基部的火焰11B。該火焰11B一旦形成，則燃燒空間3的上部被顯著加熱，溫度高于通常的溫度。為此，由設置于燃燒空間3上部的溫度檢測構件6檢測的溫度增高。相比之下，此時燃燒空間3的下部完全不存在火焰。因此，由設置于燃燒空間3下部的溫度檢測構件60檢測的溫度降低。如此由溫度檢測構件6檢測得到的燃燒空間3的上部溫度的信息和由溫度檢測構件60檢測得到的燃燒空間3的下部溫度的信息傳遞至火焰檢測手段7，火焰檢測手段7根據各信息判斷火焰狀態(tài)。此時，基于來自溫度檢測構件6的信息，燃燒空間3上部的檢測溫度大于所定值，由此，可判斷燃燒空間3的上部處于點火狀態(tài)。另一方面，基于來自溫度檢測構件60的信息，燃燒空間3下部的檢測溫度小于所定值，由此，可判斷燃燒空間3的下部處于失火狀態(tài)。其結果，確認火焰11B異常。
又，因某些原因燃燒量過小，或者空氣供給量過多時，成為異常燃燒狀態(tài)，在燃燒空間3的下部形成小火焰11A。這樣的火焰11A一旦形成，燃燒空間3的下部被顯著加熱，溫度高于通常的溫度。為此，由設置于燃燒空間3下部的溫度檢測構件60檢測的溫度增高。相比之下，燃燒空間3的上部完全不形成火焰。因此，由設置于燃燒空間3上部的溫度檢測構件6檢測的溫度降低。如此由溫度檢測構件6檢測得到的燃燒空間3上部溫度的信息和由溫度檢測構件60檢測得到的燃燒空間3下部溫度的信息傳遞至火焰檢測手段7，火焰檢測手段7根據各信息判斷燃燒空間3的火焰11A的狀態(tài)。此時，基于來自溫度檢測構件6的信息，燃燒空間3上部的檢測溫度小于所定值，由此，可判斷燃燒空間3上部處于失火狀態(tài)。另一方面，基于來自溫度檢測構件60的信息，燃燒空間3下部的檢測溫度大于所定值，由此，可判斷燃燒空間3下部處于點火狀態(tài)。其結果，可確認火焰11A異常。
又，在配置多個溫度檢測構件時，溫度檢測構件的個數及其在燃燒空間3中的配置位置并不限于上述，也可是除此之外的結構。
實施形態(tài)3圖6所示為本發(fā)明的實施形態(tài)3中的燃燒器結構的模式剖視圖。本實施形態(tài)的燃燒器具有如同實施形態(tài)1的結構，但在燃料分配器1內設置作為點火裝置的電極12，這一點與實施形態(tài)1不同。
即，根據本實施形態(tài)，在雙層結構的管狀燃料分配器1的內孔中央設置電極12。電極12由嵌入于燃料分配器1的內孔中的支承構件15支承，電極12的前端部突出于燃燒空間3內。支承構件15由例如具有耐熱及絕緣性的陶磁等材料構成。電極12的上述突出的前端部呈弧狀向空氣噴出構件2的內壁彎曲。又，電極12的基端貫穿燃料分配器1的底壁突出于外部，與設置于外部的點火回路13作電氣連接。電極12和支承構件15之間，及燃料分配器1的內周壁和支承構件之間的間隙由密封部件(圖中未示)所填埋。
根據上述結構，點火時，空氣從空氣噴出構件2的空氣噴出孔9噴出至燃燒空間3內的同時，燃料氣體從燃料分配器1的燃料噴出孔8噴出至燃燒空間3。此時，由于燃料分配器1為雙層結構，設置于燃料分配器1內的電極12及支承構件15不會妨礙燃料氣體從燃料氣體供給裝置4向燃料分配器1的燃料氣體的供給及燃料氣體從燃料噴出孔8的噴出。燃料氣體和空氣在供給至燃燒空間3并進行混合，從點火回路13對電極12賦予電壓。由此，在電極12和空氣噴出構件2的內壁之間產生放電，其結果發(fā)生點火。且在燃燒空間3內進行燃燒，形成火焰。此時，如同實施形態(tài)1，由溫度檢測構件6檢測得到燃燒空間3內的溫度，由火焰檢測手段7檢測火焰狀態(tài)。
根據本實施形態(tài)的結構，可以得到如同實施形態(tài)1中所述的同樣效果。還可以得到以下的效果。即，根據本實施形態(tài)，由于作為點火裝置的電極12收納配置于燃料分配器1內，因此，無必要如同以往那樣在燃燒空間3的上方等的燃燒器周圍部分確保原用于設置點火裝置的空間。因此，可以抑制在設置過多設置空間時產生的、來自所述設置空間的放熱。從而，可有效地對加熱對象進行加熱。另外，與無須設置的多余的設置空間相對應地，可相應地減小燃燒器的大小，進一步提高燃燒器周圍結構的自由度。
又，上述場合系就在電極12和空氣噴出構件2的內壁之間進行放電點火的場合作了說明，但也可在電極12和燃料分配器1之間進行放電，點火。此時，較好的是，使突出于燃燒空間3內的電極12的前端向著燃料分配器1彎曲，以使電極12和燃料分配器1之間容易進行放電。又，電極12的形狀并不限于上述，也可不必彎曲。
實施形態(tài)4圖7所示為本發(fā)明的實施形態(tài)4中的燃燒器結構的模式剖視圖。如圖7所示，本實施形態(tài)的燃燒器具有如同實施形態(tài)3的結構，但以下幾點與實施形態(tài)3不同。即，在本實施形態(tài)中，點火回路13和火焰檢測手段7通過切換開關14，并聯連接于電極12。根據如此的結構，可如下所述進行切換。在點火時，連接電極12和點火回路13，在點火檢測后，再切換連接電極12和火焰檢測手段7。
即，點火時，切換開關14進行切換，使電極12和點火回路13連接，如同實施形態(tài)3那樣進行點火。另一方面，點火形成火焰后，則基于來自溫度檢測構件6的燃燒空間3的溫度信息，由火焰檢測手段7進行點火檢測。然后，切換開關14切換，連接電極12和火焰檢測手段7。由此，可在使用溫度檢測構件6的火焰檢測方法同時，基于以往的火焰檢測方法，由火焰檢測手段7根據從電極12檢測的輸出電流，進行火焰檢測。藉此，由于可藉由使用溫度檢測構件6及電極12的二種方法進行火焰檢測，可以實現精確度更高的火焰檢測。
又，這里，由溫度檢測構件6對燃燒空間3上部的火焰狀態(tài)進行檢測的同時，可由其前端配置在燃燒空間3內的、位于該溫度檢測構件6更下部的電極12，對燃燒空間3下部的火焰狀態(tài)進行檢測。如此，藉由對燃燒空間3內多個不同區(qū)域內的火焰狀態(tài)的檢測，可以如同實施形態(tài)2，對異常燃燒狀態(tài)進行檢測。
首先，正常燃燒形成火焰11時，基于由設置于該燃燒空間3的上部(燃燒空間3的出口近旁)的溫度檢測構件6所檢測的檢測溫度，火焰檢測手段7判斷燃燒空間3的上部處于點火狀態(tài)。與該溫度檢測構件6的檢測并行，檢測來自于設置于該燃燒空間3下部(燃料分配器1的近旁)的電極12的輸出電流，將該電流值換算為電壓值。根據所述電壓值是否大于臨界值電壓，進行點火判斷。此時，因在燃燒空間3下部形成火焰，所以，輸出電流增大，從而，檢測電壓值也大于臨界電壓值，火焰檢測手段7據此判斷燃燒空間3的下部處于點火狀態(tài)。這樣，對燃燒空間3的上部及下部處于點火狀態(tài)的判斷，可以確認在燃燒空間3內進行正常的燃燒。
另一方面，例如，因某些原因導致燃燒量過大，或者空氣供給量減少，火焰有升高的趨勢時，成為異常燃燒，形成以燃燒空間3上部為基部的火焰11B。該火焰11B一旦形成，燃燒空間3的上部被顯著加熱，溫度高于通常的溫度。為此，由設置于燃燒空間3上部的溫度檢測構件6檢測的溫度增高。對此，火焰檢測手段7判斷燃燒空間3的上部處于點火狀態(tài)。相比之下，由于燃燒空間3的下部完全不存在火焰，無法檢測出來自配置于燃燒空間3下部的電極12的輸出電流，因此，換算為電流值的電壓值小于臨界值電壓。藉此，火焰檢測手段7判斷燃燒空間3的下部處于失火狀態(tài)。而且，從如此得到的燃燒空間3的上部及下部的點火判斷結果，可確認為異常燃燒狀態(tài)。
又，因某些原因燃燒量過小，或者空氣供給量過多時，成為異常燃燒狀態(tài)，在燃燒空間3的下部形成小火焰11A。火焰11A一旦形成，由于在燃燒空間3的下部存在火焰，可檢測出來自電極12的輸出電流。此時，換算為電流值的電壓值大于臨界值電壓。因而，火焰檢測手段7判斷燃燒空間3的下部處于點火狀態(tài)。相比之下，燃燒空間上部未形成火焰，因此，由設置于燃燒空間3上部的溫度檢測構件6檢測的溫度降低?；鹧鏅z測手段7根據得到的溫度信息，判斷燃燒空間3的上部處于失火狀態(tài)。進而，從如此得到的燃燒空間3的上部及下部的點火判斷結果，可以確認異常燃燒狀態(tài)。
在上述實施形態(tài)1-4中，是就溫度檢測構件的溫度檢測點配置于空氣噴出孔內的場合進行了說明，但溫度檢測點的配置位置并不限于此。例如，只要是使用由耐熱性能非常高的材料構成的溫度檢測構件，溫度檢測構件的結構也可以是從空氣噴出孔延伸設置至燃燒空間。即，溫度檢測構件被從周圍的燃燒器構成部件絕熱，且暴露于從空氣噴出孔噴出的空氣流中。這樣，也可以是如上所述的實施形態(tài)1-4以外的設置。又，在溫度檢測構件的溫度檢測點過于嵌入于空氣噴出孔內的配置及，溫度檢測點位于空氣噴出構件的外壁和內壁之間的空間的配置下，無法高精確度、快速地正確檢測燃燒空間的溫度。為此，溫度檢測構件的溫度檢測點有必要配置于可與燃燒空間的溫度變化作快速對應的位置上。具體地，至少配置于面對燃燒空間的位置。
在上述實施形態(tài)2-4中，是就溫度檢測構件的溫度檢測點側的前端具有具有角部的場合進行了說明，但也可如同實施形態(tài)1的變化例，該溫度檢測構件的前端為半球狀。
實施形態(tài)5圖8所示為具有裝備有本發(fā)明的燃燒器的氫發(fā)生裝置的燃料電池發(fā)電系統結構的模式圖。如圖8所示，燃料電池發(fā)電系統100具有燃料電池53、氫發(fā)生裝置52為主要結構。燃料電池53使用以往的結構。
氫發(fā)生裝置52包括燃燒器50、改性反應器51、CO變換器54。友，燃燒器50使用前述實施形態(tài)1-4中所述的燃燒器。又，改性反應器51、CO變換器54使用以往的結構。改性反應器51上供給燃料氣體CH4，進行如圖中所示反應式的改性反應。這里，改性反應需在650-700℃的高溫下進行，因此，在氫發(fā)生裝置52中，由燃燒器50進行改性反應器51的加熱。藉由所述改性反應在改性反應器51生成的改性氣體再供給至CO變換器54。在CO變換器54由圖中所示反應式的改性反應，從改性氣體中除去CO。如此，通過改性反應器51和CO變換器54，生成以H2為主成分的富氫氣體。該富氫氣體再供給至燃料電池53作為燃料氣體。這里，在氫發(fā)生裝置52上，在裝置啟動時，生成含CO較多的富氫氣體(生成氣體)。由于CO容易使燃料電池53的電極劣化，所以不能用于燃料電池53。為此，該生成氣體作為燃料氣體供給至氫發(fā)生裝置52的燃燒器50。這里，所述生成氣體如前所述，含有較多的CO，但由于改性反應器51的運轉得到控制，使改性反應中的CH4向H2及CO2的轉化率提高，由此，使得生成氣體的H2含量較高。
在氫發(fā)生裝置52上所得到的富氫氣體供給的燃料電池53，使用富氫氣體和空氣中的氧，進行如圖示反應式所示的反應。藉此進行發(fā)電。從燃料電池53得到的電能可用于各種用途。另一方面，含有供給至燃料電池53的富氫氣體中未利用于圖中所示反應的H2的廢氣，供給至氫發(fā)生裝置52的燃燒器50，用作燃燒器50的燃燒氣體。
以下，參照圖9，就裝備有具有圖7的實施形態(tài)4的燃燒器50的氫發(fā)生裝置52的燃料電池發(fā)電系統100(圖8)中的氫發(fā)生裝置52的火焰檢測動作作一說明。
圖9所示為本實施形態(tài)的燃料電池發(fā)電系統100中的氫發(fā)生裝置52的運轉數據圖。如圖9所示，圖中的圖表A顯示氫發(fā)生裝置52的改性反應器51的溫度的經時變化。圖表B顯示由溫度檢測構件6檢測的燃燒空間3內的溫度的經時變化。圖表C顯示由來自電極12(圖7)的輸出電流值換算為電壓值的經時變化。
如圖表A所示，燃料電池發(fā)電系統100啟動，燃燒器50點火，則改性反應器50由于熱容量大，從點火開始經一定時間后溫度開始上升。經十多分鐘后，改性反應器51到達所定溫度(約650-700℃)，并保持于該溫度。
另一方面，如圖表B所示，燃燒器50點火，由溫度檢測構件6檢測得到燃燒空間3內的溫度變化，檢測溫度由下述電極12的電壓值上升后，緩緩上升。經過時間達所定溫度，此時，檢測溫度一定。
又，如圖表C所示，點火時，由于烴類可燃性物質含量較多的生成氣體(或廢氣)供給至燃燒器50，因此，來自電極12的輸出電流值的換算電壓值瞬時上升。可是，如前所述，該電壓值受生成氣體組成的影響，因此，伴隨運轉時間的經過發(fā)生如下變化。即，在改性反應器51達到一定溫度期間，改性反應中的轉化率緩緩升高，隨之，從改性反應器51得到的生成氣體中的氫濃度緩緩增加。但由于生成氣體中的烴類可燃性物質含量隨之緩緩減少，因此，即使改性反應器51的溫度上升，電極12的電壓值也低下。而且，改性反應器51的溫度在所定溫度為一定時，電壓值的下限值也一定。此時，由于在氫發(fā)生裝置52發(fā)生大量的氫，提高改性反應器51的轉化率，其電壓值進一步減小。
從上述可以明白，根據氫發(fā)生裝置52，藉由以往的基于電極12的電壓值的火焰檢測方法，可對點火時及其后所定期間進行檢測。特別是，由于具有相對點火時的優(yōu)異的應答性，點火時，可進行精確度優(yōu)于溫度檢測構件6的檢測。但如果改性反應器51的溫度上升，改性反應中的轉化率提高，則使用電極12的檢測方法容易受到噪聲的影響，使檢測困難。因此，這里點火時使用電極12進行火焰檢測，其后，特別是在改性反應器51的轉化率提高，烴類可燃性物質含量少的氣體供給至燃燒器50的燃燒狀態(tài)下，由溫度檢測構件6進行火焰檢測。藉此，可在點火時檢測瞬時火焰的形成，同時，在將烴類可燃性物質含量少的氣體作為燃料氣體供給的燃燒下，可正確檢測火焰狀態(tài)。
根據上述結構，燃料電池發(fā)電系統100在工作時，可在氣體氫發(fā)生裝置52中與供給至燃燒器的燃料氣體的組成無關地，進行高精確度的火焰檢測。由此，可使廢氣和生成氣體作為燃料氣體在燃燒器50燃燒。其結果，可將廢氣和生成氣體用作燃料氣體，實現發(fā)電效率高，對環(huán)境污染小，安全性高的發(fā)電系統。
又，在本實施形態(tài)中，是就將本發(fā)明的燃燒器用于燃料電池發(fā)電系統的氫發(fā)生裝置進行加熱的場合進行了說明。但除此之外，本發(fā)明的燃燒器也可利用于以至少含有由碳及氫構成的化合物所構成的化合物的可燃性物質含量少的氣體作為燃料氣體的燃燒器，例如，用于供熱水部件加熱用的燃燒器等。
發(fā)明效果根據上述本發(fā)明，在以烴類可燃性物質含量少的氣體，例如，以氫成分為主成分的氣體為燃料氣體的燃燒中，可以實現正確的火焰檢測。又，基于將燃燒空間形成為向著火焰放出方向擴大的倒圓錐臺形狀，可以實現從低燃燒量至高燃燒量的大范圍的燃燒。又，燃料分配器內設置作為點火裝置的電極，同時，溫度檢測構件設于空氣噴出孔內。由此，無須在燃燒空間以外，再設置用于設置電極及火焰檢測部件的設置空間，可以抑制對加熱對象以外的放熱的同時，實現燃燒器的小型化。另外，可以提高燃燒器周邊結果的自由度。又，將上述電極用作點火時的放電部的同時，由溫度檢測構件確認點火之后，可如同以往那樣，將電極用作對火焰內的電流進行檢測的火焰檢測部件。藉此可實現更正確的火焰檢測。再有，藉由對燃燒空間內的多個不同區(qū)域內的火焰檢測，可以檢測異常燃燒。由此，在異常燃燒時，可以使燃燒快速停止，防止CO的排除和異常高溫的出現。
權利要求
1.一種燃燒器，所述燃燒器包括從燃料供給裝置噴出所供給燃料的燃料分配器，包圍上述燃料分配器而配置的空氣噴出構件；所述空氣噴出構件設有用于噴出從空氣供給裝置供給的空氣的空氣噴出孔、使從上述空氣噴出孔噴出至所述燃料分配器周圍的空氣和從所述燃料分配器噴出的燃料燃燒，形成火焰的燃燒空間，其特征在于，在所述燃燒器中還具有其溫度檢測點位于上述空氣噴出孔內或位于成為所述燃燒空間的空氣流路的部分上、用于檢測所述燃燒空間的溫度的溫度檢測構件，和基于由所述溫度檢測構件所檢測的上述溫度，對上述燃燒空間的所述火焰狀態(tài)進行檢測的火焰檢測手段。
2.如權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，配置上述溫度檢測構件，以使上述溫度檢測點位于上述空氣噴出孔內或位于所述燃燒空間的所述空氣噴出孔近旁。
3.如權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，上述溫度檢測構件貫穿所述空氣噴出構件而配置。
4.如權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，上述溫度檢測構件的所述溫度檢測點與所述空氣噴出孔的內側面絕熱。
5.如權利要求4所述的燃燒器，其特征在于，在上述溫度檢測構件和上述空氣噴出孔的內側面之間形成間隙，所述間隙的幅寬沿著所述溫度檢測構件的外周的范圍大致均等。
6.如權利要求4所述的燃燒器，其特征在于，上述空氣噴出構件具有多個所述的空氣噴出孔，在配置有上述溫度檢測構件的上述空氣噴出孔上，其與上述溫度檢測構件之間的上述間隙的截面積與未配置有上述溫度檢測構件的上述空氣噴出孔的截面積大致相等。
7.如權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，上述溫度檢測構件在其一端部具有上述溫度檢測點，同時，其本體收納于上述空氣噴出構件內。
8.如權利要求7所述的燃燒器，其特征在于，上述溫度檢測構件的所述溫度檢測點的前端由氧化膜作實質性的覆蓋。
9.如權利要求7所述的燃燒器，其特征在于，所述溫度檢測構件的所述溫度檢測點一側的前端具有大致的半球形狀。
10.如權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，上述溫度檢測構件為片狀的熱電偶。
11.如權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，上述溫度檢測構件設置多個，上述溫度檢測構件分別配設于不同的位置，以便對上述燃燒空間的不同區(qū)域的溫度進行檢測。
12.如權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，上述燃燒空間朝向火焰放出方向增大其截面積。
13.如權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述燃燒器還包括收納于上述燃料分配器中、且，一端部突出于所述燃燒空間的電極，及和電極作電氣連接、對所述電極施以電壓的點火回路，上述點火回路使所述電極在所述燃燒空間內放電。
14.如權利要求13所述的燃燒器，其特征在于，本發(fā)明的燃燒器還設置有進行切換的切換裝置，在點火時，所述電極與所述點火回路連接，在由上述火焰檢測手段基于來自上述溫度檢測構件的上述燃燒空間的溫度信息，進行點火判斷之后，上述切換裝置進行切換，使所述電極和所述火焰檢測手段連接，所述火焰檢測手段基于來自所述溫度檢測構件的所述溫度信息進行火焰檢測，同時，也可基于來自所述電極的輸出電流進行火焰檢測。
15.如權利要求14所述的燃燒器，其特征在于，將突出于上述燃燒空間內的上述電極的前端部配置于不同于配置有上述溫度檢測構件的上述燃燒空間區(qū)域的區(qū)域，以對不同于由上述溫度檢測構件所進行的火焰檢測的所述燃燒空間內區(qū)域的區(qū)域進行火焰檢測。
16.如權利要求15所述的燃燒器，其特征在于，用所述溫度檢測構件對位于所述燃燒空間的火焰放出方向的上部區(qū)域的火焰進行檢測，用所述電極對位于所述燃燒空間的上述方向的下部區(qū)域的火焰進行檢測。
17.一種氫發(fā)生裝置，其特征在于，所述氫發(fā)生裝置包括如權利要求1所述的燃燒器，由至少含有碳及氫構成的化合物的原料的改性反應生成含氫的改性氣體的改性反應器，所述氫發(fā)生裝置使用上燃燒器對上述改性反應器進行加熱。
18.一種燃料電池發(fā)電系統，其特征在于，所述燃料電池發(fā)電系統包括具有權利要求17所述的氫發(fā)生裝置和進行發(fā)電的燃料電池，在所述燃料電池中，以從上述氫發(fā)生裝置得到的氫為主要成分的氣體被供給至燃料極一側，同時，氧化劑氣體供給至氧化劑一極側，進行發(fā)電。
全文摘要
提供一種燃燒器，所述燃燒器即使在烴類可燃物質含量較少的燃料氣體的燃燒中，也可進行精確度高的火焰檢測。所述燃燒器包括具有用于將燃料氣體噴出至燃燒空間(3)的多個燃料噴出孔(8)的燃料分配器(1)，包圍上述燃料分配器(1)而配置、設有用于將空氣噴出至燃燒空間(3)的多個空氣噴出孔(9)的空氣噴出構件(2)，其前端部的溫度檢測點位于上述空氣噴出孔(9)內，且在與空氣噴出孔(9)的內壁之間形成空氣層，其本體部收納于空氣噴出構件(2)的內部配置的溫度檢測構件(6)，和溫度檢測構件(6)連接、基于來自溫度檢測構件(6)的燃燒空間(3)內的溫度信息，對火焰狀態(tài)進行檢測的火焰檢測手段(7)。
文檔編號F23N5/12GK1497213SQ20031010088
公開日2004年5月19日 申請日期2003年10月14日 優(yōu)先權日2003年10月14日
發(fā)明者前西晃, 肆矢規(guī)夫, 向井裕二, 麻生智倫, 二, 倫, 夫 申請人:松下電器產業(yè)株式會社