JP2007217221A - 水素生成器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炭化水素系原料の改質反応により水素を含む生成ガス4を生成する改質部1と、この改質部1の加熱用の燃焼装置5と、この燃焼装置5の燃焼排ガス35の成分検知を行うCOセンサ37と、燃焼装置5を停止し、改質部1の冷却を行うときにCOセンサ37の温度上昇を防止するための空気導入部47を備えたことにより、水素生成器を冷却するために必要なポストパージ動作を行ったときにCOセンサの周囲に空気導入部から新鮮な低温の冷却空気を導入して高温になった排気空気をCOセンサの周囲から排除しCOセンサの劣化を防止して、長期間にわたって燃焼装置の燃焼不良検知を精度良く行うことができる。
【選択図】図3
Description
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、COセンサの温度上昇を防止し、COセンサの構成部品の変形や劣化を防止して、長期間にわたってCOセンサにより燃焼装置の燃焼不良検知を精度良く行うようにした水素生成器を提供することを目的とする。
第4の発明は、特に、空気導入部は、排気ダクトにCOセンサを臨ませ、燃焼排ガスの一部を取り込むためにCOセンサの周囲に設けたセンサキャップに空気を導入し、COセンサの温度上昇を防止することにより、少量の空気によりCOセンサを直接冷却し、確実にCOセンサの温度上昇を防止し、センサキャップ内の燃焼排ガスを置換してCOセンサの周囲を定期的に掃除することができる。
図1は、本発明の第1の実施の形態における水素生成器(改質部)の構成図である。
ィストリビュータ10を中心として、火炎13の出口方向に徐々に拡大するようにカップ状に燃焼室16を形成し、燃焼用の空気12を燃焼室16内に供給する構成としている。
Oセンサの回路図を示しており、COセンサ37は、CO検知素子38と温度補償素子39と2個の抵抗素子40,41がブリッジ回路に接続され、CO検知素子38と抵抗素子40との接続部と、温度補償素子39と抵抗素子41との接続部との間に直流電源Eが供給され、電流が流れることで高温(200〜400℃程度)に加熱される。CO検知素子38と温度補償素子39は、白金線にアルミナ担体を構成しており、CO検知素子では、アルミナ担体と酸化触媒(例えば、白金や酸化スズ等)を焼結し、その表面に接触する未燃ガスが触媒作用によって燃焼するようになっている。このとき、温度補償素子39は、アルミナ担体にアルミナとガラスの混合物を焼結していて接触燃焼しないようにしているため、CO検知素子38と温度補償素子39の素子温度に差が生じる。白金線は、温度により抵抗値が変化するので、燃焼排ガス中のCO濃度が大になるほど、CO検知素子38と温度補償素子39の抵抗値の差が大となる。これにより、燃焼排ガス35中のCO濃度に応じた出力値Vが、ブリッジ回路における、CO検知素子38と温度補償素子39との接続部と抵抗素子40,41の接続部から出力される。
制御部22が、この温度検知部52により、触媒層3の温度を一定に維持するように燃焼装置5の能力のコントロールを行っている。温度検知部52は、サーミスタやサーモカップルで構成している。温度検知部52は、触媒層3の密閉性を保つために触媒層3の触媒
容器24の外壁の一部の温度を測定するようにしている。
図3は、本発明の第2の実施の形態における水素生成器6を示す断面図である。
図3において、空気導入部47は、改質部1の温度検知部52が所定の温度に低下するまで冷却空気49の導入を行うようにしている。
以上のように構成された水素生成器6について、以下その動作、作用について説明する。制御部22により、燃焼装置5を停止し水素生成器6のポストパージ動作に入る前に送風管48の途中に設けた開閉弁50を開放し、送風ダクト20から空気12の一部を分配して冷却空気49として排気ダクト36に導入する。このとき、改質器1に設けた触媒層3の温度検知部52によりポストパージ中の触媒層3の温度をモニターし、触媒層3が所定の温度(水素生成器6を停止するときは、触媒層を高温のまま放置すると触媒層3に炭素析出して触媒が劣化するので、急速に100〜150℃程度まで冷却する必要がある)になるまで、ポストパージ動作を続け、この間、排気ダクト36に排出する高温の排気空気51を空気導入部47から導入する冷却空気49で希釈し、冷却し、COセンサ37の温
度上昇を防止している。
以上のように、本実施の形態においては、空気導入部47は、改質部1の温度検知部52が所定の温度に低下するまで冷却空気49の導入を行うので、排気ダクト36に排出する排気空気51の温度を確実に低下し、COセンサ37の温度上昇を防止することができ、COセンサ37の劣化を防止し、長期間にわたってCO濃度検知の精度を維持することができる。
また、既存の温度検知部52を応用して冷却空気49導入のタイミングを容易にコントロールすることができ、新たな温度検知部品の追加というコストアップ要因を防止することができる。
また、図3において、空気導入部47は、燃焼装置5の送風手段21により冷却空気49の導入を行うようにしている。空気導入部47は、送風管48を介して燃焼装置5に送風手段21を用いて燃焼用の空気12を供給する送風ダクト20の途中から分岐し、排気ダクト36に連結している。
以上のように構成された水素生成器6について、以下その動作、作用について説明する。
以上のように、本実施の形態においては、空気導入部47は、燃焼装置5の送風手段21により冷却空気49の導入を行うことにより、燃料電池システムの既存の構成部品である送風手段21で、冷却空気49の供給を行うことができるので、構成も簡単で新たなコストアップを防止することができる。
図4は、本発明の第3の実施の形態における水素生成器6のCOセンサ周辺を示す部分断面図である。
図5は、本発明の第4の実施の形態における水素生成器6のCOセンサ周辺を示す部分断面図である。
(実施の形態5)
図6は、本発明の第5の実施の形態における水素生成器6の断面図である。
制御部22は、導入空気供給手段58をオンオフするような簡単なコントロールで一定の状態に維持するようにしている。
(実施の形態6)
図7は、本発明の第6の実施の形態における水素生成器のシステム図である。
選択酸化部59と選択酸化空気供給手段60は、選択酸化空気供給管63で連通している。
(実施の形態7)
図8は、本発明の第7の実施の形態における水素生成器のシステム図である。
り、燃料電池システムの既存構成部品使用して共通化することができるので、新たなコストアップを防止することができる。
空気導入部47に冷却空気49を導入するときも容易に行うことができる。
(実施の形態8)
図9は、本発明の第8の実施の形態における水素生成器のシステム図である。
(実施の形態9)
図10は、本発明の第9の実施の形態における水素生成器のシステム図である。
80の途中に置換空気弁81を設け、燃料電池システムの発電前や発電終了後に行うカソード71のパージガス77の排出処理時に開放している。それ以外の時は、置換空気弁81を閉止している。この置換空気弁81と置換空気供給手段78の間の置換空気供給管80から送風管48を分岐し、置換空気79の一部を冷却空気49として空気導入部47から排気ダクト36内に導入して、排気空気51と混合させて排気空気51の温度を低下させている。置換空気供給管80から送風管48を分岐する地点と空気導入部47の間に開閉弁50を設けている。この開閉弁50と置換空気弁81は、電動式のバルブやダンパーで構成している。
(実施の形態10)
図11は、本発明の第10の実施の形態における燃料電池システムを示す全体構成図である。
図11において、排気ダクト36に空気導入部47を連通させ、水素生成器6を冷却するために必要なポストパージ動作を行ったときにCOセンサ37の周囲に空気導入部47から新鮮な低温の冷却空気49を導入する水素生成器6を燃料電池システム82に搭載するようにしている。燃料電池システム82は、高分子電解質型燃料電池83や給湯装置(図示無し)等で構成している。
4 生成ガス
5 燃焼装置
6 水素生成器
35 燃焼排ガス
37 COセンサ
47 空気導入部
48 送風管
49 冷却空気
51 排気空気
Claims (11)
- 炭化水素系原料の改質反応により水素を含む生成ガスを生成する改質部と、前記改質部に設けられた燃焼装置と、前記燃焼装置の燃焼排ガスの成分検知を行うCOセンサと、前記燃焼装置を停止し、前記改質部の冷却を行うときに前記COセンサの温度上昇を防止するための空気導入部とを備えた水素生成器。
- 空気導入部は、排気ダクト内のCOセンサ装着位置の上流から冷却空気を導入し、COセンサの温度上昇を防止する請求項1に記載の水素生成器。
- 空気導入部は、排気ダクトにCOセンサを臨ませるために設けた挿入通路内に冷却空気を導入し、COセンサの温度上昇を防止する請求項1または2に記載の水素生成器。
- 空気導入部は、排気ダクトにCOセンサを臨ませ、燃焼排ガスの一部を取り込むためにCOセンサの周囲に設けたセンサキャップに冷却空気を導入し、COセンサの温度上昇を防止する請求項1〜3いずれか1項に記載の水素生成器。
- 空気導入部は、改質部の温度検知部が所定の温度に低下するまで冷却空気の導入を行う請求項1〜4いずれか1項に記載の水素生成器。
- 空気導入部は、燃焼装置の送風手段により冷却空気の導入を行う請求項1〜5いずれか1項に記載の水素生成器。
- 空気導入部は、独立した導入空気送風手段により冷却空気の導入を行う請求項1〜6いずれか1項に記載の水素生成器。
- 空気導入部は、水素生成器の選択酸化部の選択酸化空気供給手段により冷却空気の導入を行う請求項1〜7のいずれか1項に記載の水素生成器。
- 空気導入部は、空気弁を介して選択酸化部の冷却用空気の導入を行う請求項1〜8のいずれか1項に記載の水素生成器。
- 空気導入部は、燃料電池のカソードに空気を供給するカソード空気供給手段により冷却空気の導入を行う請求項1〜9のいずれか1項に記載の水素生成器。
- 空気導入部は、燃料電池のパージガスの置換空気供給手段により冷却空気の導入を行う請求項1〜10のいずれか1項に記載の水素生成器。
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