JP2006127774A - 水素生成器 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の水素生成器の改質効率を低下させることなく燃焼装置の火炎の燃焼状態を正確に検知できるようにすること。
【解決手段】水素を含む改質ガスを生成する水素生成器１の加熱用の燃焼装置５と、この燃焼装置５の排気ガス３４の成分検知を行う排ガスセンサ３６と、この排ガスセンサ３６の信号から燃焼装置５の燃焼状態が不良と判定された時に燃焼装置５を停止させる制御器２１を備え、燃焼用空気１１や燃料ガス８の変動により火炎１２が燃焼不良になった時に、排ガスセンサ３６により排気ガス３４の成分を直接測定する。これによって、燃焼不良状態が判定できるので、精度良く燃焼装置５を停止し、水素生成器１の安全性を確保することができる。また、余分な燃料ガス８を追加しないで、燃料電池システムから排出されるオフガス７のみの燃焼で水素生成器１を加熱できるので、水素生成器１の改質効率の低下を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、正確な燃焼状態の検知を行うようにした燃焼装置を搭載した燃料電池の水素生成器に関するものである。

従来この種の水素生成器の加熱用燃焼装置は、燃焼の検知にフレームロッド方式を用いている。フレームロッド方式による燃焼の検知は、フレームロッドに交流電圧を印加して、火炎の整流作用によって生じた直流電流を取り出して判定を行っている。この整流作用は、燃料中の炭化水素がイオン化されることによるもので、燃料中に炭化水素がない場合や燃料中の炭化水素の濃度が低い場合には、判定に必要な電流が流れない場合がある。この時は、燃料電池から排出される低カロリーガスであるオフガス（未反応水素ガス）に高カロリーガス（原燃料）を混合させて供給し、火炎中のイオンの作用を増大して整流作用を安定させ、フレームロッド方式の火炎検知を正確に行うようにしているものがある。（例えば特許文献１参照）。
特開２００１−２０１０４６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、低カロリーガスの主成分である水素ガスの割合が大きい場合は、燃焼用空気の変動により火炎が燃焼不良状態になっても、火炎が失火するような状態にならないと判定が難しく、燃焼不良状態の程度の判定ができずＣＯ発生量の想定ができないという課題を有していた。

また、低カロリーガスであるオフガス（未反応水素ガス）に高カロリーガス（原燃料）を混合させるので、水素生成器を同じように加熱するのに燃料消費量が増加して水素生成器の効率を低下させるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、水素生成器の効率を低下させないで、燃焼不良検知を行うようにした燃焼装置を搭載した水素生成器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の水素生成器は、炭化水素系原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成する水素生成器の加熱用燃焼装置と、この燃焼装置の排気ガスの成分検知を行う排ガスセンサと、この排ガスセンサの信号から燃焼装置の燃焼状態が不良と判定できた時に燃焼装置を停止させる制御器を備えたものである。

これによって、燃焼用空気の変動や燃料の変動により火炎が燃焼不良になった時に、排ガスセンサにより排気ガスの成分を直接測定することにより、燃焼不良状態が判定できるので、精度良く燃焼装置を停止し、水素生成器の安全性を確保することができる。

また、余分な燃料を追加しないで、燃料電池から排出されるオフガス（未反応水素ガス）のみの燃焼で水素生成器を加熱できるので、水素生成器の改質効率の低下を防止することができる。

本発明の水素生成器は、燃料電池に必要な水素ガスを得るための改質効率を低下させないで、水素生成器の加熱用燃焼装置の燃焼不良検知を行うことがで、安全性を確保できる。

第１の発明は、炭化水素系原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成する水素生成器の加熱用燃焼装置と、この燃焼装置の排気ガスの成分検知を行う排ガスセンサと、この排ガスセンサの信号から燃焼装置の燃焼状態が不良と判定できた時に燃焼装置を停止させる制御器を備えたことにより、燃焼用空気の変動や燃料の変動により、火炎が燃焼不良になった時に排ガスセンサにより、排気ガスの成分を直接測定することにより、燃焼不良状態が判定できるので、所定の状態時に精度良く燃焼装置を停止することになり、安全性を確保することができ、また、余分な燃料を追加しないで、燃料電池から排出されるオフガス（未反応水素ガス）のみの燃焼で水素生成器を加熱できるので、水素生成器の改質効率の低下を防止することができる。

第２の発明は、特に、排ガスセンサは、接触燃焼式のＣＯセンサとしたことにより、燃焼装置の高温の排気ガス中や燃料電池から排出され、多量の水蒸気を含むオフガス（未反応水素ガス）の排気ガス中でも排気ガス中のＣＯ濃度を計測することになり、精度良く燃焼装置を停止し、水素生成器の安全性を確保することができる。

第３の発明は、特に、排ガスセンサは、触媒容器の周囲に設けられた排ガス通路の出口に連接して設ける排気ダクトに臨ませて配置したことにより、排ガス通路内を移動する排気ガスを排気ダクトに集束して均一化することになり、精度良く燃焼装置を停止し、水素生成器の安全性を確保することができる。

第４の発明は、特に、燃焼装置は、燃料を噴出するディストリビュータと、前記燃料に空気を供給する空気噴出部と、前記ディストリビュータと空気噴出部とで構成する燃焼室を備えたことにより、空気噴出部の空気噴出孔から噴出する空気とディストリビュータから噴出する燃料とが衝突混合し、都市ガスや燃料電池発電装置より戻るオフガス等の異なる燃料ごとに適正な火炎を形成することになり、良好な燃焼特性の水素生成器を得ることができる。

第５の発明は、特に、燃焼装置は、都市ガス、またはＬＰＧ、または燃料電池から排出されるオフガス（未反応水素ガス）、または都市ガスやＬＰＧとオフガスを混合したガス体を燃料としたことにより、燃料電池の水素生成器を加熱する燃料として炭化水素系の燃料ガスと燃料電池から排出されるオフガスを同一のディストリビュータから噴出し、同一の燃焼室に火炎を形成することになり、燃焼装置の構成が簡単になり、低コストの水素生成器を提供することができる。

第６の発明は、特に、燃焼装置は、排ガスセンサとディストリビュータと空気噴出部とで構成する燃焼室に臨まされたフレームロッドにより火炎の電圧値または電流値を検知して燃焼状態を評価するようにした炎検知手段により、燃焼状態を判定することにより、火炎の有無をフレームロッドで確認し、排ガスセンサでＣＯの発生量を測定することになり、燃焼の状態を正確に把握して、水素生成器の安全性を確保することができる。

第７の発明は、特に、燃焼装置は、排ガスセンサとディストリビュータと空気噴出部とで構成する燃焼室に臨まされた熱電対により火炎の温度を検知して燃焼状態を評価するようにした炎検知手段により、燃焼状態を判定することにより、火炎の変化を熱電対の温度測定で把握し、排ガスセンサでＣＯの発生量を測定することになり、両方の信号を評価し、燃焼の状態を正確に把握して、水素生成器の安全性を確保することができる。

第８の発明は、特に、制御器は、排ガスセンサの信号から燃焼装置の燃焼状態を不良と判定し、水素生成器を停止するとともに、この水素生成器が搭載された燃料電池システムを停止するようにしたことにより、燃焼装置の燃焼不良によりＣＯが多量に発生しても排ガスセンサの信号を受けた制御器が燃料電池システムを停止することになり、燃料電池システムのＣＯ発生を防止して、安全性を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における水素生成器の全体構成図である。図１において、１は、都市ガス（またはＬＰＧまたは炭化水素系燃料）を原料として燃料電池発電装置に供給する水素を生成する水素生成器であり、２は、脱硫装置（図示なし）で処理を行った後の都市ガス（または、ＬＰＧまたは炭化水素系燃料）と水蒸気とからなる原料ガス、３は、ニッケルもしくはルテニウムを主成分とする触媒を充填した触媒層で、この触媒層３で原料ガス２を反応させることにより、水素と二酸化炭素および一酸化炭素からなる生成ガス４を生成する。この生成反応は７００℃程度の高温で生じる吸熱反応であるため、燃焼装置５により高温の燃焼ガスを供給して原料ガス２と触媒層３を加熱している。

５は、燃焼装置で都市ガス６（またはＬＰＧ）や燃料電池から排出されるオフガス７（未反応水素ガス）、または都市ガス６（またはＬＰＧ）とオフガス７を混合して、燃料ガス８としてディストリビュータ９から噴出し、空気噴出部１０の周囲から空気１１を供給することにより、火炎１２を形成し燃焼を行う。円管状のディストリビュータ９の先端には、燃料ガス８を噴出する複数個のノズル１３がディストリビュータ９の円周方向に設けられ、燃料ガス８を放射状に噴出する構成としている。空気噴出部１０は、複数個の空気噴出孔１４を空気噴出部１０の側面に略直角に設けている。空気噴出部１０は、ディストリビュータ９を中心として、火炎１２の出口方向に徐々に拡大するようにカップ状に燃焼室１５を形成し、燃焼用の空気１１を燃焼室１５内に供給する構成としている。空気噴出孔１４は、上下方向の配列を千鳥状に設けている。ディストリビュータ９のノズル１３は、空気噴出部１０の空気噴出孔１４の最下段に設ける空気噴出孔１６とほぼ対向する位置になるように配置している。また、空気噴出部１０の底部には複数個の下部空気噴出孔１７を設け、ディストリビュータ９の軸方向と平行方向に空気１１の一部を噴出する構成としている。

１８は、空気１１を供給する空気室で、空気噴出部１０の周囲を囲む形で通路を構成している。空気室１８の上流には、送風ダクト１９を介して送風手段２０が設けられている。送風手段２０は、空気１１を供給する送風機で構成され、羽根車には高圧を出せるターボファンやラジアルファン等を用い、それをモータで回転させるようにしている。制御部２１により送風手段２０のコントロールを行うようにしている。

２２は、燃焼装置５によって生じる火炎１２が触媒容器２３に直接触れることを避け、さらに燃焼ガス２４の流路を規定するための燃焼筒である。燃焼ガス２４は、触媒容器２３の周囲に沿って流れ、水素生成器１の外部に排出される。

２５は、ディストリビュータ９の中央に、ディストリビュータ９を貫通するように設ける挿入通路で、挿入通路２５は、ディストリビュータ９とは、隔離して構成され、燃料ガス８が進入することはない。２６は、挿入通路２５内に挿入する着火用の電極で、耐熱性のカンタル線やエスイット線で構成している。電極２６の周囲は、絶縁用の絶縁碍子２７で被覆されている。絶縁碍子２７は、耐熱性のアルミナ、シリカ等のセラミック材で形成し、その表面は、ガラス成分からなる釉薬が塗布されている。電極２６の先端は、燃焼室１５に臨み、ディストリビュータ９の天板２８に火花放電が飛ぶように、位置決めを行っている。

２９は、炎検知手段で、耐熱性のカンタル線やエスイット線でフレームロッドを構成し、火炎１２の有無を検知している。炎検知手段２９の周囲は、絶縁用の絶縁碍子３０で被覆されている。絶縁碍子３０は、耐熱性のアルミナ、シリカ等のセラミック材で形成し、その表面は、ガラス成分からなる釉薬が塗布されている。炎検知手段２９の先端は、燃焼室１５に臨み、曲率をもって屈曲し、空気噴出部１０の内壁に沿って、所定の間隙を有しながら、火炎１２中に臨むように位置を決められている。炎検知手段２９の装着は、空気噴出部１０の上部に設ける燃焼筒２２の下部の一部を拡管して設ける空間３１から炎検知手段２９の先端を延長して、空気噴出部１０の内壁に沿って臨ませている。制御部２１の指示により、炎検知手段２９に交流もしくは直流の電圧を印加して、火炎１２中のイオン電流を検知している。炎検知手段２９のデータは、電圧値または電流値として判定を行っている。

３２は、触媒容器２３の周囲に設けられた排ガス通路で、燃焼ガス２４が触媒容器２３に沿って流れるように水素生成器１の上方に出口３３を設け、燃焼ガス２４を水素生成器１の外部に排気ガス３４として排出している。出口３３には、筒状の排気ダクト３５が連接されている。この排気ダクト３５の他方は、熱交換器（図示無し）に連結し、排気ガス３４の熱を回収し、熱効率の低下を防止している。

３６は、排気ダクト３５の途中に設けた排ガスセンサで、排気ダクト３５に臨まされた検知部分に排気ガス３４の一部を取り込んで、成分を直接測定している。排ガスセンサ３６は、接触燃焼式のＣＯセンサで構成し、高温の排気ガス３４中のＣＯ濃度を測定して、その信号を制御器２１に送る。制御器２１では、信号の大きさにより火炎１２から発生するＣＯ量を換算して燃焼状態を評価し、ＣＯ量が所定の閾値超えて燃焼状態が不良と判定できた時に燃料ガス８の供給を停止し、燃焼装置５を停止させる指示を行うようにしている。排ガスセンサ３６は、排気ダクト３５に装着するときにその先端の検知部分を排気ダクト３５に挿入し、信号や電源の接続部分は、外部に露出し放熱を促進して温度上昇を防止している。また、接触燃焼式では、排気ガス３４中のＣＯを検知部分で触媒燃焼させその温度上昇を電気抵抗に変換して電圧出力として取り出すようにしている。

以上のように構成された水素生成器について、以下その動作、作用を説明する。

まず、起動時は、制御部２１により送風手段２０を作動し、燃焼用の空気１１を送風する。空気１１は、送風ダクト１９を通り空気室１８に流入し、空気噴出部１０の空気噴出孔１４から燃焼室１５に供給される。ここで、ディストリビュータ９のノズル１３から燃焼速度や流量の異なる都市ガス６（またはＬＰＧまたは炭化水素系燃料）の燃料ガス８を噴出すると、このディストリビュータ９から放射状に噴出された燃料ガス８と略対向する最下段の空気噴出孔１６から供給された空気１１とが衝突し混合する。この時、ディストリビュータ９の中央に、ディストリビュータ９を貫通するように設ける挿入通路２５から燃焼室１５に臨ませた電極２６により、火花放電が行なわれ、燃料ガス８に着火が行なわれる。燃料ガス８は空気噴出部１０の開口部方向へ流れて行くが、空気噴出部１０の形状を図示したようにカップ状としているため、燃料ガス８の流路断面積が連続的に拡大し、それによって燃料ガス８の流速が減少し、その流速が都市ガス６の燃焼速度と同等またはそれ以下となった場所で、部分的な予混合の火炎１２を生じて燃焼する。この燃焼により水素生成器１の触媒層３を加熱し、改質反応を促進し水素ガスを発生させる。

また、発電時は、水素生成器１から燃料電池（図示なし）に供給された水素ガスの残りとして排出されるオフガス７（未反応水素ガス）を燃料ガス８として使用し、水素生成器１の触媒層３を加熱し、改質反応を促進していく。

このとき、排ガスセンサ３６で排気ガス３４中のＣＯ濃度を連続測定し、火炎１２の状態を評価する。例えば、送風手段２０が排気閉塞や給気閉塞により火炎１２が空気不足になりＣＯを発生すると、排ガスセンサ３６で検知してその信号を制御器２１に送る。制御器２１では、その信号が所定の値（例えばＪＩＳ等で規定されるＣＯの最大排出量に相当する信号による閾値）を超える時は、燃焼装置５の燃焼状態を不良と判定し、燃焼装置５を停止させる指示を行う。また、制御器２１は、水素生成器１や燃料電池システムに対しても停止動作の指示を行うようにしている。また、気温の低下や燃料ガス８の供給不良による供給量の減少により、火炎１２が空気過剰になりＣＯを発生しても、同じように排ガスセンサ３６の信号の評価を行い、燃焼状態の判定を行うようにしている。

このとき、炎検知手段２９では、火炎１２のイオン電流を測定し、電圧値または電流値として制御部２１により所定のデータ信号が得られているかを判定し、異常があれば燃焼装置５を停止させ安全を確保するようにしている。都市ガス６は、燃料中に炭化水素が多いので、イオン電流が多く流れ、電圧値または電流値が大きく測定できる。しかし、水素生成器１が充分に加熱され、原料ガス２からオフガス７が発生すると燃料電池により発電を開始し、発電に使用されないオフガス７の残りを燃料ガス８として供給し燃焼を行うようになる。オフガス７は、その成分の主体が水素のため炭化水素の濃度が少ないので、イオン電流が減少し、火炎１２の変化を出力として得ることが困難になる。

そこで、炎検知手段２９は、火炎１２の有無だけを判定し、失火、消火等の確認を行い、排ガスセンサ３６を補完するような動作を行うようにしている。

以上のように、本実施の形態においては、炭化水素系原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成する水素生成器１の加熱用燃焼装置５と、この燃焼装置５の排気ガス３４の成分検知を行う排ガスセンサ３６と、この排ガスセンサ３６の信号から燃焼装置５の燃焼状態が不良と判定できた時に燃焼装置５を停止させる制御器２１を備えたことにより、燃焼用空気１１の変動や燃料ガス８の変動により火炎１２が燃焼不良になった時に、排ガスセンサ３６により排気ガス３４の成分を直接測定することにより、燃焼不良状態が判定できるので、精度良く燃焼装置５を停止し、水素生成器１の安全性を確保することができる。

また、余分な燃料ガス８を追加しないで、燃料電池から排出されるオフガス７（未反応水素ガス）のみの燃焼で水素生成器１を加熱できるので、水素生成器１の改質効率の低下を防止することができる。

また、排ガスセンサ３６は、接触燃焼式を採用しているので、高温の排ガス３４中のＣＯ濃度を測定できるので、燃焼装置５がどのような燃料ガス８で燃焼しても、また燃料ガス８の流量が変化して排気ガス３４の温度が高低しても燃焼状態の評価を行うことができる。

また、排ガスセンサ３６は、作動温度が３８０〜４００℃と高く、連続作動しているので、水蒸気量の多いオフガス７の排気ガス３４中でも水蒸気の影響を受けないでＣＯ濃度の測定を行うことができる。

また、火炎１２の有無を炎検知手段２９で判定しているので、急激な燃焼状態の変化による失火を評価でき、排ガスセンサ３６の測定の時間遅れを補完して燃焼状態の急変にも対応することができる。

また、排ガスセンサ３６は、接触燃焼式を採用しているので、排気ガス３４中の水素成分にも感度があるので、オフガス７の燃焼状態が変化して、燃料ガス８中の水素が多量にスリップしても燃焼装置５の燃焼不良として判定し、安全性を確保することができる。

また、燃料ガス８を周囲方向に噴出するディストリビュータ９と、このディストリビュータ９を囲むように周囲から中央方向に空気１１を噴出する空気噴出部１０を設けたことにより、燃料ガス８と空気１１の混合を促進し、火炎１２を短炎化し、水素生成器１の小型化を行うことができる。

また、燃料ガス８と空気１１が混合を促進するためにノズル１３と最下段の空気噴出孔１６を略対向して配置しているため、この部分では燃焼速度が速く燃焼しやすい水素が空気と十分に混合し、火炎１２は常に安定して存在することができる。

また、下部空気噴出孔１７を介して空気１１を燃料ガス８に対して下方から交差する位置から噴出するので、燃料ガス８と空気１１の混合をより良好にすることができる。この空気１１は、単にガスの混合を良くするのみではなく、燃焼ガス８の流量に対して空気１１の流量が相対的に過剰に供給した場合でも火炎１２を保つ作用が認められ、燃焼の安定化に大きな効果を有している。

また、ディストリビュータ９のノズル１３から都市ガス６（またはＬＰＧまたは炭化水素系燃料）や燃料電池より戻るオフガス７の異なる燃料を噴出できるので、構成が簡単になりコストを低減することができ、またディストリビュータ９からは常に都市ガス６（またはＬＰＧまたは炭化水素系燃料）またはオフガス７が噴出するので、ディストリビュータ９が冷却され、火炎１２で過熱されず、長期間の使用に耐えることができる。

（実施の形態２）
図１は、本発明の実施の形態２における水素生成器１を示す断面図である。図１において、排ガスセンサ３４は、接触燃焼方式のＣＯセンサで構成している。以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。

排ガスセンサ３６で排気ガス３４中のＣＯ濃度を連続測定してモニターし、火炎１２の状態を評価する。例えば、送風手段２０が排気閉塞や給気閉塞により火炎１２が空気不足になりＣＯを発生すると、排ガスセンサ３６で検知してその信号を制御器２１に送る。制御器２１では、その信号が所定の値（例えばＪＩＳ等で規定されるＣＯの最大排出量に相当する信号による閾値）を超える時は、燃焼装置５の燃焼状態を不良と判定し、燃焼装置５を停止させる指示を行う。また、気温の低下や燃料ガス８の供給不良による供給量の減少により、火炎１２が空気過剰になりＣＯを発生しても、同じように排ガスセンサ３６の信号の評価を行い、燃焼状態の判定を行うようにしている。

以上のように、本実施の形態においては、排ガスセンサ３６は、接触燃焼式を採用しているので、高温の排ガス３４中のＣＯ濃度を測定できるので、燃焼装置５がどのような燃料ガス８で燃焼しても、また燃料ガス８の流量が変化して排気ガス３４の温度が高低しても燃焼状態の評価を行うことができる。

また、排ガスセンサ３６は、作動温度が３８０〜４００℃と高く、連続作動しているので、水蒸気量の多いオフガス７の排気ガス３４中でも水蒸気の影響を受けないでＣＯ濃度の測定を行うことができる。

また、接触燃焼式の排ガスセンサ３６は、作動温度が高く設定できるので、連続作動することにより排ガスセンサ３６の検知部へのゴミや水分の付着を防止して、クリーニングのために水素生成器を停止する必要がなく、燃料電池を連続で作動することができる。

（実施の形態３）
図１本発明の実施の形態３における水素生成器１を示す断面図である。図１において、排ガスセンサ３６は、触媒容器２３の周囲に設けられた排ガス通路３２の出口３３に連接して設ける排気ダクト３５にその検知部分を臨ませて配置している。

以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。触媒容器３の周囲の排ガス通路３２を流れる燃焼ガス２４を出口３３に集束し、排気ガス３４として均一化することで、排ガスセンサ３６のＣＯ測定精度を向上し、燃焼不良状態を性格に判定するようにしている。

また、出口３３に連接する排気ダクト３５に排ガスセンサ３６を装着し、排ガスセンサ３６の検知部分以外の構成部分の放熱を促進し、電源や信号のリード線取り付け部の温度が上昇しないようにしている。

以上のように、本実施の形態においては、排気ガス３４を排気ダクト３５集束して均一化するので、排ガスセンサ３６は、ＣＯの発生量を平均的な値として精度良く測定し、燃焼装置５を停止し、安全性を確保することができる。

排ガスセンサ３６を排気ダクト３５に取り付けるときに温度上昇を防止しているので、
排ガスセンサ３６の耐久性を向上することができる。

（実施例４）
図１は、本発明の実施の形態４における水素生成器１を示す断面図である。図１において、燃焼装置５は、燃料ガス８を噴出するディストリビュータ９と、前記燃料ガス８に空気１１を供給する空気噴出部１０と、前記ディストリビュータ９と空気噴出部１０とで構成する燃焼室１５を備えている。

以上のように構成された水素生成器１について、以下その動作、作用について説明する。

空気噴出部１０の空気噴出孔１４から噴出する空気１１とディストリビュータ９から噴出する燃料ガス８とが衝突混合し、都市ガス６や燃料電池より戻るオフガス７等の異なる燃料ガス８ごとに適正な火炎１２を空気噴出孔１４に沿って形成し、都市ガスや燃料電池より戻るオフガス等の燃料ガス８の種類ごとに良好な燃焼特性を得るようにしている。

以上のように、本実施の形態においては、燃料ガス８を周囲方向に噴出するディストリビュータ９と、このディストリビュータ９を囲むように周囲から中央方向に空気１１を噴出する空気噴出部１０を設けたことにより、燃料ガス８と空気１１の混合を促進し、火炎１２を短炎化し、水素生成器１の小型化を行うことができる。

（実施例５）
図１は、本発明の実施の形態５における水素生成器１を示す断面図である。図１において、燃焼装置５は、都市ガス６（またはＬＰＧ）、または燃料電池から排出されるオフガス７（未反応水素ガス）、または都市ガス６（またはＬＰＧ）とオフガス７を混合したガス体を燃料ガス８としている。

以上のように構成された水素生成器１について、以下その動作、作用について説明する。

燃焼装置５は、燃料電池の水素生成器１を加熱するために、燃料ガス８として起動時は、都市ガス６等の炭化水素系の燃料ガス８を燃焼させ、燃料電池が発電中は、燃料電池システムから排出されるオフガス７を燃焼させる。このとき同一のディストリビュータ９から燃料ガス８を噴出し、同一の燃焼室１５に火炎１２を形成するようにしている。

以上のように、本実施の形態においては、１台の燃焼装置５で、起動時と発電時に異なる燃料ガス８を燃焼できるので、燃焼装置５の構成が簡単になり、低コストの水素生成器１を提供することができる。また、燃焼装置５が単体で構成できるので、コンパクトな水素生成器を得ることができる。

（実施例６）
図２は、本発明の実施の形態６における水素生成器１を示す断面図である。図２において、燃焼装置５は、排ガスセンサ３６とディストリビュータ９と空気噴出部１０とで構成する燃焼室１５に臨まされたフレームロッドにより火炎１２の電圧値または電流値を検知して燃焼状態を評価するようにした炎検知手段２９により、燃焼状態を判定している。

以上のように構成された水素生成器１について、以下その動作、作用について説明する。

燃焼装置５は、火炎１２が例えば空気不足等で燃焼不良を起こした時に、排ガスセンサ３６によりＣＯの発生量を測定することで、燃焼状態を判定するようにしているが、瞬時的な失火に対する応答性の遅れや空気過剰側での空気１１によるＣＯの希釈による濃度低下による燃焼状態の判定の不正確な領域があるため、それを保管するために、炎検知手段２９により火炎１２の有無を判定して、排ガスセンサ３６の測定値がまだ低い値を示していても火炎１２の失火を瞬時に検知して燃焼不良状態を判定するようにしている。

以上のように、本実施の形態においては、排ガスセンサ３６の測定の時間遅れを補完して燃焼状態の急変にも対応することができる。また、燃焼の状態を正確に把握して、水素生成器１の安全性を確保することができる。

（実施の形態７）
図２は、本発明の実施の形態７における水素生成器１を示す断面図である。図２において、燃焼装置５は、排ガスセンサ３６とディストリビュータ９と空気噴出部１０とで構成する燃焼室１５に臨まされた熱電対により火炎１２の温度を検知して燃焼状態を評価するようにした炎検知手段３７により、燃焼状態を判定するようにしている。炎検知手段３７は、空気噴出部１０の空気噴出孔１４の一部を介して、その先端を燃焼室１５に臨ませている。

以上のように構成された水素生成器１について、以下その動作、作用について説明する。

燃焼装置５は、火炎１２が例えば空気不足等で燃焼不良を起こした時に、排ガスセンサ３６によりＣＯの発生量を測定することで、燃焼状態を判定するようにしているが、瞬時的な失火に対する応答性の遅れや空気過剰側での空気１１によるＣＯの希釈による濃度低下による燃焼状態の判定の不正確な領域があるため、それを保管するために、熱電対を用いた炎検知手段３７により、空気不足側と空気過剰側での火炎１２の温度降下を測定し、燃焼状態の不良を判定するようにしている。火炎１２の失火に対しても、炎検知手段３７の温度降下により判定するようにしている。

以上のように、本実施の形態においては、炎検知手段３７により排ガスセンサ３６の判定の不正確な領域を補完して燃焼の状態を正確に把握して、水素生成器１の安全性を確保することができる。また、排ガスセンサ３６と炎検知手段３７は、燃料ガス８の成分により測定値が影響されることがないので、両方の信号を評価することで、燃料電池の起動時や発電時のどこででも燃焼状態の判定を行うことができる。

（実施の形態８）
図３は、本発明の実施の形態８における水素生成器１を示す全体構成図である。図３において、制御器２１は、排ガスセンサ３６の信号から燃焼装置５の燃焼状態を不良と判定し、水素生成器１を停止するとともに、この水素生成器１が搭載された燃料電池システム３８を停止するようにしている。燃料電池システム３８は、高分子電解質型燃料電池３９や給湯装置（図示無し）等で構成している。

以上のように構成された水素生成器１について、以下その動作、作用について説明する。

燃焼装置５の燃焼不良によりＣＯが多量に発生した時は、排ガスセンサ３６の信号を受けた制御器２１が燃焼装置５への燃料ガス８の供給を停止するとともに送風手段２０の空気１１の供給量を増大させ、水素生成器１の冷却を行う。この時、水素生成器１では水蒸気改質反応のための水供給や変成反応や浄化反応のための空気供給が停止される。また、燃料電池システム３８では、発電を停止し、窒素パージ（あるいは、１３Ａパージ）等の停止処理を行うようにしている。

以上のように、本実施の形態においては、排ガスセンサ３６により燃焼装置５の燃焼不良を判定するので、燃料電池システムからのＣＯ発生を防止して、安全性を確保することができる。

以上のように、本発明にかかる水素生成器は、燃焼装置の燃焼状態の検知を行う時に排気ガスの成分を排ガスセンサにより直接測定するので、燃料電池から排出されるオフガス（未反応水素ガス）のような水素を含む燃料ガスの燃焼不良検知が可能となり、フレームロッドを用いた炎検知手段による燃焼不良検知が困難な給湯機や暖房機の熱源にも適用できる。

本発明の実施の形態１〜６における水素生成器の断面図 本発明の実施の形態７における水素生成器の断面図 本発明の実施の形態８における水素生成器を適用した燃料電池システムの動作を説明するブロック図

符号の説明

１ 水素生成器
５ 燃焼装置
９ ディストリビュータ
１０ 空気噴出部
１５ 燃焼室
２１ 制御器
２３ 触媒容器
２９，３７ 炎検知手段
３３ 出口
３５ 排気ダクト
３６ 排ガスセンサ

Claims (8)

1. 炭化水素系原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成する水素生成器加熱用の燃焼装置と、この燃焼装置の排気ガスの成分検知を行う排ガスセンサと、この排ガスセンサの
   信号から前記燃焼装置の燃焼状態が不良と判定されたとき、前記燃焼装置を停止させる制御器を備えた水素生成器。
2. 排ガスセンサは、接触燃焼方式のＣＯセンサとした請求項１に記載の水素生成器。
   焼装置。
3. 排ガスセンサは、触媒容器の周囲に設けられた排ガス通路の出口に連接して設ける排気ダクトに臨ませて配置した請求項１または２に記載の水素生成器。
4. 燃焼装置は、燃料を噴出するディストリビュータと、前記燃料に空気を供給する空気噴出部と、前記ディストリビュータと空気噴出部とで構成する燃焼室とを備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素生成器。
5. 燃焼装置は、都市ガス、またはＬＰＧ、または燃料電池から排出されるオフガス（未反応水素ガス）、または都市ガスやＬＰＧとオフガスを混合したガス体を燃料とした請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素生成器。
6. 燃焼装置は、排ガスセンサとディストリビュータと空気噴出部とで構成され、且つ燃焼室に臨むように設けたフレームロッドにより火炎の電圧値または電流値を検知して燃焼状態を評価する炎検知手段により、燃焼状態を判定する請求項１〜５のいずれか１項に記載の水素生成器。
7. 燃焼装置は、排ガスセンサとディストリビュータと空気噴出部とで構成する燃焼室に臨むように設けた熱電対により火炎の温度を検知して燃焼状態を評価する炎検知手段により、燃焼状態を判定する請求項１〜６のいずれか１項に記載の水素生成器。
8. 制御器は、排ガスセンサの信号から燃焼装置の燃焼状態を不良と判定し、水素生成器を停止するとともに、この水素生成器が搭載された燃料電池システムを停止する請求項１〜７のいずれか１項に記載の水素生成器。

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