JP2006213565A - 水素生成器 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間のＣＯセンサの使用により、高沸点の有機物等がＣＯセンサに付着してゼロ点の変動が生じた時のゼロ点補正の精度向上を行うこと。
【解決手段】水素生成器１と、この水素生成器１の加熱用バーナ５と、この加熱用バーナ５の排気ガス３４中のＣＯ濃度検知を行うＣＯセンサ３６と、このＣＯセンサ３６のゼロ点補正を加熱用バーナ５の燃焼停止後のポストパージ中またはポストパージ終了後に行うように指示する制御器２１を備え、ＣＯセンサ３６の周囲温度を常に一定の状態を保ちながら、ＣＯセンサ３６のゼロ点補正を行うことができるので、ＣＯセンサ３６の温度依存性による検知ばらつきを解消して、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、ＣＯセンサ３６により燃焼不良状態を正確に判定し、的確に加熱用バーナ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。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＯセンサにより、排気ガス中のＣＯ濃度を検知して燃焼状態を判定する加熱用バーナ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バーナは、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（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整流作用を安定させて、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）。

また、ＣＯセンサは、給湯器等のガス燃焼装置の燃焼状態を監視するために排気ガス中のＣＯ濃度を検知しているが、給湯器のように頻繁に運転のオンオフを繰り返していると長時間ＣＯセンサが無通電となり、高沸点の有機物等がＣＯセンサに付着してゼロ点の変動が生じ、ＣＯ濃度が正確に検知できない場合がある。そのため、ゼロ点が変動していれば補正を行い、その動作を無通電時間の積算により定期的に行うようにしている（例えば特許文献２参照）。
特開２００１−２０１０４６号公報 特開２００２−２２１３１９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発生量の検知ができないという課題を有していた。

また、給湯器は、停止する機会も多く、運転開始時にＣＯセンサのゼロ点補正を定期的に行うことが可能であるが、水素生成器は、燃料電池システムの構成部品として一度運転を開始すると連続運転され、ＣＯセンサとしては、頻繁にゼロ点補正が行えないという課題を有していた。

また、給湯器の場合、運転開始時は多くの場合常温（ＣＯセンサ周囲温度）であり、ゼロ点補正動作が常温という一定の温度下で行われる。しかし、燃料電池システムの場合は、水素生成器の停止後の再起動時にＣＯセンサの周囲温度は、水素生成器がまだ冷えていないことがあり、一定の温度にならず、ＣＯセンサの温度依存性による検知データのばらつきから適正なゼロ点補正が行えない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、ＣＯセンサのゼロ点補正を行い、ＣＯセンサにより燃焼不良検知を正確に行うようにした加熱用バーナ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と、この水素生成器の加熱用バーナと、この加熱用バーナの排気ガス中のＣＯ濃度検知を行うＣＯセンサと、このＣＯセンサのゼロ点補正を前記加熱用バーナの燃焼停止後のポストパージ中またはポストパージ終了後に行うように指示する制御器を備えたものである。

これによって、ＣＯセンサの周囲温度を常に一定の状態を保ちながら、ＣＯセンサのゼロ点補正を行うことができるので、ＣＯセンサの温度依存性による検知ばらつきを解消して、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、ＣＯセンサにより燃焼不良状態を正確に判定し、精度良く加熱用バーナを停止し、水素生成器の安全性を確保することができる。

また、燃焼不良検知のために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、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バーナの燃焼不良検知を正確に行うことができる。

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と、この水素生成器の加熱用バーナと、この加熱用バーナの排気ガス中のＣＯ濃度検知を行うＣＯセンサと、このＣＯセンサのゼロ点補正を前記加熱用バーナの燃焼停止後のポストパージ中またはポストパージ終了後に行うように指示する制御器を備えたことにより、ＣＯセンサの周囲温度を常に一定の状態を保ちながら、ＣＯセンサのゼロ点補正を行うことができるので、ＣＯセンサの温度依存性による検知データのばらつきを解消して、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、ＣＯセンサにより燃焼不良状態を正確に判定し、精度良く加熱用バーナを停止し、水素生成器の安全性を確保することができる。

また、燃焼不良検知のために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、第１の発明の制御器は、水素生成器の改質触媒層の改質触媒層温度検知部が所定の温度に低下した時にＣＯセンサのゼロ点補正を行うように指示することにより、ＣＯセンサの周囲温度を想定することができ、ゼロ点補正時の温度を常に一定に保ち、ゼロ点の精度を向上することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明または第２の発明の制御器は、改質触媒層の改質触媒層温度検知部が所定の温度に達した時に、送風手段の送風量を低下させるか送風を停止させてからＣＯセンサのゼロ点補正を行うように指示することにより、ＣＯセンサの風速依存性による検知データのばらつきを解消して、ゼロ点の精度を向上することができる。

第４の発明は、特に、第１〜３の発明のいずれかの発明の制御器は、ポストパージ中またはポストパージ終了後にＣＯセンサで検知する出力値をそれ以後のゼロ点として採用することにより、ＣＯセンサの長期間使用によるゼロ点の変動をＣＯセンサの作動ソフト上で修正し、ゼロ点の精度を向上することができる。

第５の発明は、特に、第１〜４の発明のいずれかの発明の制御器は、加熱用バーナ停止後から所定時間経過後にゼロ点補正を行うように指示するためのタイマーを備えたことにより、ゼロ点補正の時期を指示するための特別な構成を必要としないで、コストの低減を図ることができる。

第６の発明は、特に、第１〜５の発明のいずれかの発明の制御器は、ゼロ点補正を行う前にＣＯセンサのヒートアップによるクリーニング動作を行うように指示することにより、ＣＯセンサの長時間の使用により、ＣＯセンサの検知部分の表面にゴミが付着することによるＣＯセンサの検知感度の低下やゼロ点の変動を改善して元の状態に戻し、ＣＯセンサの寿命を向上できる。

第７の発明は、特に、第１〜６の発明のいずれかの発明の制御器は、ゼロ点補正時に計測したＣＯセンサの出力値が所定の正常な範囲を越えた時にＣＯセンサの故障と判定することにより、ＣＯセンサの故障をＣＯセンサの作動ソフト上で判定することができる。

第８の発明は、特に、第１〜７の発明のいずれかの発明の制御器は、ＣＯセンサと加熱用バーナに設ける炎検知手段とを併用して、加熱用バーナの燃焼状態を評価することにより、加熱用バーナの状態を短時間で判定し、水素生成器および燃料電池システムの安全性を確保することができる。

第９の発明は、特に、第１〜８の発明のいずれかの発明において、水素生成器を燃料電池システムに搭載するようにしたことにより、ＣＯセンサの周囲温度を常に一定の状態を保ちながら、ＣＯセンサのゼロ点補正を行うことができるので、ＣＯセンサの温度依存性による検知ばらつきを解消して、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、ＣＯセンサにより燃焼不良状態を正確に判定し、精度良く加熱用バーナを停止し、水素生成器および燃料電池システムの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、本発明の第１の実施の形態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改質触媒層で、この改質触媒層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、加熱用バーナ５により高温の燃焼熱を供給して原料ガス２と改質触媒層３を加熱している。

加熱用バーナ５は、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、加熱用バーナ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、排熱回収及び凝縮水回収のための熱交換器（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ＣＯ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。ＣＯ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、加熱用バーナ５を停止させる指示を行うようにしている。ＣＯセンサ３６は、検知部分の材質が酸化錫等で形成され、高温での使用が可能であり燃料電池システムが作動している間は、連続通電で作動している。また、ＣＯ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。この電圧出力値が、ＣＯセンサ３６の長期間の使用により、ＣＯセンサ３６の検知部分に高沸点の有機物やゴミ等が付着すると、所定の電圧出力から変動することによりＣＯ濃度がずれた値になりＣＯセンサ３６が正確な検知を行えなくなる。また、ＣＯセンサ３６は、温度依存性があり、周囲の温度によりその閾値のばらつき範囲が変化するので、ＣＯセンサ３６の検知部分の周囲温度が一定の時に温度補正を行うようにしている。

そこで、制御器２１には、水素生成器１の運転が終了し、加熱用バーナ５への燃料ガス８の供給が停止され、送風手段２０によりポストパージが開始され、触媒容器２３内の改質触媒層３の温度を検知する改質触媒層温度検知部３７の温度が所定の温度に低下した時に、ＣＯセンサ３６のゼロ点補正を行うようにして、常にゼロ点の修正を行って、ＣＯ濃度の検知値が正確に得られるように作動ソフト上でプログラミングされている。

改質触媒層温度検知部３７は、改質触媒層３で原料ガス２を良好に反応させるために、改質触媒層３の温度を所定の温度（６００〜７００℃）に保つための検知を行い、制御器２１では、この改質触媒層温度検知部３７の値を受けて、加熱用バーナ５への燃料ガス８供給量や送風手段２０の送風量や改質触媒層３への水分供給量等を調節して改質触媒層３の温度を安定に保つようにしている。

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の改質触媒層３を加熱し、改質反応を促進し水素ガスを発生させる。制御器２１は、改質触媒層温度検知部３７の値を受けて、加熱用のバーナ５の燃料ガス８と空気１１をコントロールして改質触媒層３の温度を所定の値に維持していく。

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の改質触媒層３を加熱し、改質反応を促進していく。

このとき、ＣＯ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、ＣＯ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、加熱用バーナ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ＣＯ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、異常があれば加熱用バーナ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、ＣＯセンサ３６を補完するような動作を行うようにしている。

ここで、燃料電池システムが停止される（正常な停止）時や例えば、ＣＯセンサ３６や炎検知手段２９の判定により、加熱用バーナ５が停止される（異常な停止）時に、加熱用バーナ５への燃料ガス８の供給が停止され、送風手段２０によりポストパージが開始される。制御器２１は、触媒容器２３内の改質触媒層３の温度を検知する改質触媒層温度検知部３７の温度が所定の温度（１００〜２００℃）に低下した時に、ＣＯセンサ３６のゼロ点補正を行うようにしている。ゼロ点補正のタイミングは、ポストパージ中に改質触媒層温度検知部３７の温度が所定の温度に低下した場合、または、ポストパージのために送風手段２０により空気１１を通常の燃焼時よりも増加させているときは、ポストパージが終了した後に送風手段２０の送風量を低下させるか停止した時に、行うようにしている。ＣＯセンサ３６の周囲は、ポストパージにより排気ガス３４が置換され清浄な空気１１に満たされている。このときのＣＯセンサ３６の検知した値をゼロ点として再設定し、以後このゼロ点を基準にＣＯ濃度検知を行うようにし、以後は、燃料電池システムが停止されるごとにＣＯセンサのゼロ点補正を行うようにしている。また、ＣＯセンサの周囲温度については、加熱用バーナ５の通常の運転時の排気ガス４３の温度（例えば、オフガス７の定格やＴＤＲ側の燃焼中の排気ガス３４の温度）を考慮して、近似の温度でゼロ点補正を行い、ＣＯセンサ３６の温度依存性による検知データのばらつきを解消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、ＣＯセンサ３６の周囲温度を常に一定の状態を保ちながら、ＣＯセンサ３６のゼロ点補正を行うことができるので、ＣＯセンサ３６の温度依存性による検知ばらつきを解消して、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、ＣＯセンサ３６により燃焼不良状態を正確に判定し、精度良く加熱用バーナ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、燃焼不良検知のために余分な燃料ガス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、ＣＯ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、加熱用バーナ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、ＣＯ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、ＣＯ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、高沸点の有機物がＣＯセンサに付着しても作動温度が高いために、燃焼させることができ、ＣＯセンサのゼロ点のずれを防止して測定精度の低下を防止することができる。

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、ＣＯ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加熱用バーナ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。

なお、制御器２１は、ＣＯセンサ３６の信号が所定の値を超えるときは、加熱用バーナ５を停止させるようにしているが、所定の値を超える前の値から評価を行い、送風手段２０を作動させ、空気１１を増加させ、ＣＯセンサ３６の検知した値が低下するように指示して、燃焼不良状態を改善することも可能である。

また、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、加熱用バーナ５を停止させる指示を行うようにしているが、所定の値を超えるごとに送風手段２０、例えば送風機の回転数を増加させ、一時的に燃焼不良を改善し、その動作を繰り返してその回転数が所定の値まで到達（例えば回転数の限界等）したときに加熱用バーナ５を停止させることも可能である。

（実施の形態２）
図１は、本発明の第２の実施の形態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、制御器２１は、水素生成器１の改質触媒層３の改質触媒層温度検知部３７が所定の温度に低下した時にＣＯセンサ３６のゼロ点補正を行うように指示するようにしている。

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、作用について説明する。

制御器２１は、加熱用バーナ５を停止したときに、水素生成器１の改質触媒層３と加熱用バーナ５を冷却するために送風手段２０の送風量を増加させてポストパージを行うようにしている。そのとき改質触媒層３の温度を検知している改質触媒層温度検知部３７の温度が所定の温度（改質触媒層３に炭素析出が起こらないように短時間で低下させる温度）に低下したときにＣＯセンサ３６のゼロ点を補正するようにしている。この改質触媒層温度検知部３７により、ＣＯセンサ３６の周囲温度を想定して、温度補正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、改質触媒層温度検知部３７の検知によりＣＯセンサ３６の周囲温度を想定することができ、ゼロ点補正時の温度を常に一定に保ち、ゼロ点の精度を向上することができる。

また、改質触媒層温度検知部３７という水素生成器１の既存のセンサを使用して、ＣＯセンサのゼロ点補正の指示が行えるので、コストアップが防止できる。

（実施の形態３）
図１本発明の第３の実施の形態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、制御器２１は、改質触媒層３の改質触媒温度検知部３７が所定の温度に達した時に、送風手段２０の送風量を低下させるか送風を停止させてからＣＯセンサ３６のゼロ点補正を行うようにしている。

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。

ポストパージにより、水素生成器１が冷却され、改質触媒層温度検知部３７が所定の温度に低下すると、制御器２１は、送風手段２０に指示を送り、ポストパージ時の送風量よりも低下させるか送風を停止させて、ＣＯセンサ３６の周囲の空気１１の流れを遅くするか静止させて、その後でゼロ点補正を行うようにしている。これにより、ＣＯセンサの検知部分の空気１１の乱れを解消して、検知データのばらつきの発生を防止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、ＣＯセンサの風速依存性による検知データのばらつきを解消して、ゼロ点補正の精度を向上することができる。

また、接触燃焼式のＣＯセンサ３６は、検知部分の周囲の風速が２ｍ／ｓ程度でもばらつきが少ないが、風速が遅いほどＣＯセンサ３６の精度が向上するので、風速を考慮して
ゼロ点補正を行うことで、より検知データの精度を向上することができる。

（実施の形態４）
図１は、本発明の第４の実施の形態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、制御器２１は、ポストパージ中またはポストパージ終了後にＣＯセンサ３６で検知する出力値をそれ以後のゼロ点として採用するようにしている。

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。

制御器２１は、加熱用バーナ５を停止したときに、水素生成器１の改質触媒層３と加熱用バーナ５を冷却するためにポストパージを行うようにしている。そのとき改質触媒層３の温度を検知している改質触媒層温度検知部３７の温度が所定の温度に低下したときにＣＯセンサ３６のゼロ点を補正するようにしている。ＣＯセンサ３６の周囲は、ポストパージにより排気ガス３４が置換され清浄な空気１１に満たされている。このときのＣＯセンサ３６の検知した値をゼロ点として再設定し、以後このゼロ点を基準にＣＯ濃度検知を行うようにし、以後は、燃料電池システムが停止されるごとにＣＯセンサのゼロ点補正を行うようにしている。これにより、ＣＯセンサ３６の長期間使用によるゼロ点の変動をＣＯセンサの作動ソフト上で修正し、ＣＯ濃度検知データのばらつきを低減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、ＣＯセンサ３６のゼロ点の精度を向上することができる。

（実施の形態５）
図２は、本発明の第５の実施の形態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、制御器２１は、加熱用バーナ５停止後から所定時間経過後にゼロ点補正を行うように指示するためのタイマー３８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。

制御器２１は、加熱用バーナ５を停止したときに、水素生成器１の改質触媒層３と加熱用バーナ５を冷却するためにポストパージを行うようにしている。そのとき制御器２１にタイマー３８を設けてあり、ポストパージの開始から所定の時間後にＣＯセンサ３６の周囲温度の低下が想定され、ＣＯセンサ３６のゼロ点を補正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、ゼロ点補正の時期を指示するための特別な構成を必要としないで、コストの低減を図ることができる。

また、改質触媒層温度検知部３７の検知データと送風手段２０の送風量（例えば送風機の回転数）を把握していればゼロ点補正のタイミングを正確に求めることができる。

（実施の形態６）
図１は、本発明の第６の実施の形態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、制御器２１は、ゼロ点補正を行う前にＣＯセンサ３６のヒートアップによるクリーニング動作を行うように指示するようにしている。

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。

制御器２１は、加熱用バーナ５を停止したときに、水素生成器１の改質触媒層３と加熱用バーナ５を冷却するために送風手段２０の送風量を増加させてポストパージを行うようにしている。このポストパージの終了近く、または終了後にＣＯセンサ３６のゼロ点を補正するようにしている。制御器２１は、このゼロ点補正の動作を行う前に、ＣＯセンサ３６の検知部分の温度を上昇させ、クリーニングを行うようにしている。ＣＯセンサ３６は、通常のＣＯ濃度検知時の作動温度が３８０〜４００℃と高く、しかも連続作動しているが、検知部分の作動電圧を上昇させることで、５００℃前後になり、ＣＯセンサ３６の検知部分の表面に付着したゴミ等を焼却し除去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、ＣＯセンサ３６の長時間の使用により、ＣＯセンサ３６の検知部分の表面にゴミが付着することによるＣＯセンサ３６の検知感度の低下やゼロ点の変動を改善して元の状態に戻し、ＣＯセンサ３６の寿命を向上することができる。

（実施の形態７）
図１は、本発明の第７の実施の形態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、制御器２１は、ゼロ点補正時に計測したＣＯ３６センサの出力値が所定の正常な範囲を越えた時にＣＯセンサ３６の故障と判定するようにしている。

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。

ＣＯセンサ３６のゼロ点補正動作では、ＣＯセンサ３６の検知した値をゼロ点として再設定し、以後このゼロ点を基準にＣＯ濃度検知を行うようにし、以後は、燃料電池システムが停止されるごとにＣＯセンサのゼロ点補正を行うようにしている。このゼロ点補正時にＣＯセンサ３６の周囲が清浄な空気１１で満たされている時の検知データを常に評価し、初期の検知データ（例えば、ＣＯセンサ３６の出荷当時のデータや１回目のゼロ点補正時の検知データ等）と比較して所定の変動幅よりも大きくずれていたときにＣＯセンサ３６の出力異常として、故障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、ＣＯセンサ３６の故障をＣＯセンサ３６の作動ソフト上で判定することができ、ＣＯセンサ３６の交換の指示を的確に行うことができる。

（実施の形態８）
図１は、本発明の第８の実施の形態における水素生成器１を示す全体構成図である。

図１において、制御器２１は、ＣＯセンサ３６と加熱用バーナ５に設ける炎検知手段２９とを併用して、加熱用バーナ５の燃焼状態を評価するようにしている。

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。

ＣＯセンサ３６は、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、その信号を制御器２１に送り燃焼不良状態を評価して、加熱用バーナ５の停止操作を行うが、ＣＯセンサ３６は、急激な燃焼状態の変化、例えば火炎１２の吹き飛び等の現象の判定には、対応できない場合がある。燃焼筒２２と触媒容器２３の間に火炎１２が移動して形成されたりすると、異常状態として識別ができなくなる。

そこで、炎検知手段２９により、火炎１２の有無だけを判定し、失火、消火等の確認を行い、ＣＯ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、加熱用バーナ５の状態を短時間で判定し、水素生成器１および燃料電池システムの安全性を確保することができる。

（実施の形態９）
図３は、本発明の第９の実施の形態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、水素生成器１を燃料電池システム３９に搭載するようにしている。

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。

燃料電池システム３９を停止させた時やまたは、加熱用バーナ５の燃焼不良によりＣＯが多量に発生した時は、ＣＯセンサ３６の信号を受けた制御器２１が加熱用バーナ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、ポストパージにより、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３９では、高分子電解質型発電装置４０の発電を停止し、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。ポストパージの終了近くやポストパージの終了後にＣＯセンサ３６のゼロ点補正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、ＣＯセンサ３６の周囲温度を常に一定の状態を保ちながら、ＣＯセンサ３６のゼロ点補正を行うことができるので、ＣＯセンサ３６の温度依存性による検知ばらつきを解消して、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、ＣＯセンサ３６により燃焼不良状態を正確に判定し、精度良く加熱用バーナ５を停止し、水素生成器１および燃料電池システム３９の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、加熱用バーナの燃焼状態の検知を行う時にＣＯ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、炭化水素系の全ての原料を改質する水素生成器に使用できる。

本発明の実施の形態１、２、３、４、６、７、８における燃焼装置の断面図 本発明の実施の形態５における燃焼装置の断面図 本発明の実施の形態９における燃焼装置の動作図

符号の説明

１ 水素生成器
３ 改質触媒層
５ 加熱用バーナ
２１ 制御器
３６ ＣＯセンサ
３７ 改質触媒層温度検知部
３９ 燃料電池システム

Claims (9)

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と、この水素生成器の加熱用バーナと、この加熱用バーナの排気ガス中のＣＯ濃度検知を行うＣＯセンサと、このＣＯセンサのゼロ点補正を前記加熱用バーナの燃焼停止後のポストパージ中またはポストパージ終了後に行うように指示する制御器を備えた水素生成器。
2. 制御器は、水素生成器の改質触媒層の改質触媒層温度検知部が所定の温度に低下した時にＣＯセンサのゼロ点補正を行うように指示する請求項１に記載の水素生成器。
   焼装置。
3. 制御器は、改質触媒層の改質触媒層温度検知部が所定の温度に低下した時に、送風手段の送風量を低下させるか送風を停止させてからＣＯセンサのゼロ点補正を行うように指示する請求項１または２に記載の水素生成器。
4. 制御器は、ポストパージ中またはポストパージ終了後にＣＯセンサで計測する出力値をそれ以後のゼロ点として採用する請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素生成器。
5. 制御器は、加熱用バーナ停止後から所定時間経過後にゼロ点補正を行うように指示するためのタイマーを備えた請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素生成器。
6. 制御器は、ゼロ点補正を行う前にＣＯセンサのヒートアップによるクリーニング動作を行うように指示する請求項１〜５のいずれか１項に記載の水素生成器。
7. 制御器は、ゼロ点補正時に計測したＣＯセンサの出力値が所定の正常な範囲を越えた時にＣＯセンサの故障と判定する請求項１〜６のいずれか１項に記載の水素生成器。
8. 制御器は、ＣＯセンサと加熱用バーナに設ける炎検知手段とを併用して、加熱用バーナの燃焼状態を評価する請求項１〜７のいずれか１項に記載の水素生成器。
9. 燃料電池システムに搭載するようにした請求項１〜８のいずれか１項に記載の水素生成器。

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