JP2010014302A - 着失火検出装置および着失火検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 酸素センサに経年劣化が生じても着火および失火の少なくともいずれか一方を検知することができる着失火検出装置および着失火検出方法を提供する。
【解決手段】 着失火検出装置（１０，６０）は、燃料を燃焼させるための燃焼室（４０）または燃焼室の下流における酸素濃度を検出する酸素センサ（６０）と、酸素センサにより検出された酸素濃度の変化率に基づいて燃料の着火および失火の少なくともいずれか一方を判定する判定手段（１０）と、を備える。着失火検出方法は、酸素センサを用いて、燃料を燃焼させるための燃焼室または燃焼室の下流における酸素濃度を検出する酸素濃度検出ステップと、酸素濃度検出ステップにおいて検出された酸素濃度の変化率に基づいて燃料の着火および失火の少なくともいずれか一方を判定する判定ステップと、を含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、着失火検出装置および着失火検出方法に関する。

燃焼器の着火および失火を検知する装置が開発されている。例えば、特許文献１には、酸素濃度センサによって検出される酸素濃度の値を基に、燃焼器の着火検知を行う技術が開示されている。

特開２００７−２５４２５２号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、酸素濃度センサの感度経時変化に伴い、着火検知を正確にできないおそれがある。

本発明は、酸素センサに経年劣化が生じても着火および失火の少なくともいずれか一方を検知することができる着失火検出装置および着失火検出方法を提供することを目的とする。

本発明に係る着失火検出装置は、燃料を燃焼させるための燃焼室内または燃焼室の下流における酸素濃度を検出する酸素センサと、酸素センサにより検出された酸素濃度の変化率に基づいて燃料の着火および失火の少なくともいずれか一方を判定する判定手段と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る着失火検出装置においては、酸素センサに経年劣化が生じても、燃料の着火および失火の少なくともいずれか一方を検出することができる。

判定手段は、酸素センサにより検出された酸素濃度の単位時間当たりの減少量に基づいて燃料の着火を判定してもよい。この場合、酸素センサに経年劣化が生じても、燃料の着火を検出することができる。

判定手段は、酸素センサにより検出された酸素濃度の単位時間当たりの増加量に基づいて燃料の失火を判定してもよい。この場合、酸素センサに経年劣化が生じても、燃料の失火を検出することができる。

着失火検出器は、燃料に着火させる着火手段をさらに備え、着火手段は、燃焼室への燃料の供給開始後、所定時間経過しても判定手段により着火判定されない場合、着火を停止してもよい。この場合、必要量以上の燃料供給を抑制することができる。それにより、燃焼室の損傷および周辺機器への危害を抑制することができる。

着失火検出器は、燃料に着火させる着火手段と、燃焼室への燃料供給量を検出する供給量検出手段と、をさらに備え、着火手段は、燃焼室への燃料供給量が所定量を超えても判定手段により着火判定されない場合、着火を停止してもよい。この場合、必要量以上の燃料供給をより抑制することができる。

着失火検出器は、燃料に着火させる着火手段と、燃焼室の掃気を行う掃気手段と、をさらに備え、着火手段は、着火を停止した後、掃気手段による掃気後に再度着火してもよい。この場合、燃焼室における残留燃料を排出することができる。それにより、異常燃焼を抑制することができる。

燃料は、燃料電池のカソードオフガスを酸素源として燃焼してもよい。酸素センサ付近に水蒸気が存在しても、酸素センサの検出結果から酸素濃度の変化率を求めることができる。この場合、カソードオフガスの水蒸気の影響を回避することができる。それにより、カソードオフガスを有効利用することができる。

燃料は、燃料電池のアノードオフガスであってもよい。この場合、アノードオフガスを有効利用することができる。

燃焼室は、炭化水素燃料から改質ガスを生成して燃料電池のアノードに供給する改質器を加熱するための加熱器であってもよい。着失火の検出精度が向上することから、改質器における改質反応の制御精度が向上する。

酸素センサは、酸素イオン伝導性固体電解質を備えるセンサであってもよい。この場合、酸素濃度と限界電流値とが比例関係にあることから、酸素濃度検出の精度が高くなる。また、比較的広い範囲の酸素濃度を検出することができる。

本発明に係る着失火検出方法は、酸素センサを用いて、燃料を燃焼させるための燃焼室内または燃焼室の下流における酸素濃度を検出する酸素濃度検出ステップと、酸素濃度検出ステップにおいて検出された酸素濃度の変化率に基づいて燃料の着火および失火の少なくともいずれか一方を判定する判定ステップと、を含むことを特徴とするものである。本発明に係る着失火検出方法においては、酸素センサに経年劣化が生じても、燃料の着火および失火の少なくともいずれか一方を検出することができる。

判定ステップは、酸素濃度検出ステップにおいて検出された酸素濃度の単位時間当たりの減少量に基づいて燃料の着火を判定するステップであってもよい。この場合、酸素センサに経年劣化が生じても、燃料の着火を検出することができる。

判定ステップは、酸素濃度検出ステップにおいて検出された酸素濃度の単位時間当たりの増加量に基づいて燃料の失火を判定するステップであってもよい。この場合、酸素センサに経年劣化が生じても、燃料の失火を検出することができる。

燃焼室への燃料の供給開始後、所定時間経過しても判定ステップにおいて着火判定されない場合に、着火を停止する停止ステップをさらに含んでいてもよい。この場合、必要量以上の燃料供給を抑制することができる。それにより、燃焼室の損傷および周辺機器への危害を抑制することができる。

燃焼室への燃料供給量を検出する供給量検出ステップと、燃焼室への燃料供給量が所定量を超えても判定ステップにおいて着火判定されない場合に、着火を停止する停止ステップと、をさらに含んでいてもよい。この場合、必要量以上の燃料供給をより抑制することができる。

燃焼室の掃気を行う掃気ステップと、停止ステップ後かつ掃気ステップ後に再度着火する着火ステップと、をさらに含んでいてもよい。この場合、燃焼室における残留燃料を排出することができる。それにより、異常燃焼を抑制することができる。

燃料は、燃料電池のカソードオフガスを酸素源として燃焼してもよい。酸素センサ付近に水蒸気が存在しても、酸素センサの検出結果から酸素濃度の変化率を求めることができる。この場合、カソードオフガスの水蒸気の影響を回避することができる。それにより、カソードオフガスを有効利用することができる。

燃料は、燃料電池のアノードオフガスであってもよい。この場合、アノードオフガスを有効利用することができる。

燃焼室は、炭化水素燃料から改質ガスを生成して燃料電池のアノードに供給する改質器を加熱するための加熱器であってもよい。着失火の検出精度が向上することから、改質器における改質反応の制御精度が向上する。

酸素センサは、酸素イオン伝導性固体電解質を備えるセンサであってもよい。この場合、酸素濃度と限界電流値とが比例関係にあることから、酸素濃度検出の精度が高くなる。また、比較的広い範囲の酸素濃度を検出することができる。

本発明によれば、酸素センサに経年劣化が生じても着火改質器への水供給量の制御精度を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本発明の第１実施例に係る着失火検出装置を備える燃焼装置１００の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、燃焼装置１００は、制御部１０、燃料供給手段２０、燃料流量計２１、酸素供給手段３０、燃焼室４０、着火手段５０、酸素センサ６０および掃気手段７０を備える。

制御部１０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等から構成される。制御部１０は、酸素センサ６０の検出結果に基づいて、燃焼装置１００の各部を制御する。詳細は、後述する。

燃料供給手段２０は、炭化水素等の可燃成分を燃焼室４０に供給する装置である。燃料流量計２１は、燃料供給手段２０から燃焼室４０に供給される燃料量を検出するセンサである。酸素供給手段３０は、エア等の酸素含有ガスを燃焼室４０に供給する装置である。掃気手段７０は、エア等の掃気ガスを燃焼室４０に供給する装置である。なお、酸素供給手段３０が掃気手段７０として機能してもよい。燃焼室４０は、燃料供給手段２０から供給される燃料が酸素供給手段３０から供給される酸素によって燃焼するための装置である。着火手段５０は、燃料に着火させるための手段である。例えば、着火手段５０として、グロープラグ等を用いることができる。

酸素センサ６０は、燃焼室４０内または燃焼室４０より下流における酸素濃度を検出するセンサである。酸素センサ６０は、特に限定されるものではないが、限界電流式酸素センサを用いることが好ましい。酸素濃度と限界電流値とが比例関係にあり、広範囲の酸素濃度を検出することができるからである。したがって、限界電流式酸素センサを用いることによって、検出酸素の時間微分値を容易に求めることができる。

図２は、限界電流式の酸素センサ６０の模式的断面図である。図２に示すように、酸素センサ６０は、電解質６１の一面にアノード６２が設けられ、電解質６１の他面にカソード６３が設けられ、細孔が形成された多孔質基板６４がカソード６３を覆うように配置された構造を有する。電解質６１は、酸素イオン伝導性の電解質からなり、例えばジルコニアからなる。アノード６２およびカソード６３は、例えば白金からなる。多孔質基板６４は、例えば多孔質状のアルミナからなる。

アノード６２とカソード６３とは、配線を介して外部回路を形成する。この外部回路には、電源６５および電流計６６が設けられている。電源６５は、アノード６２にプラス電圧を印加する。この印加電圧は、可変である。電源６５によってアノード６２に電圧が印加されると、下記式（１）に従って、カソード６３において酸素が酸素イオンとなって電解質６１を伝導する。アノード６２においては、下記式（２）に従って、酸素イオンが酸素分子となる。
Ｏ_２ ＋ ４ｅ⁻ ＝ ２Ｏ^２− （１）
２Ｏ^２− ＝ Ｏ_２ ＋ ４ｅ⁻ （２）

カソード６３への酸素輸送量は、多孔質基板６４の細孔によって支配されるため、式（１）および式（２）の反応によって生じる電流は、多孔質基板６４の細孔における酸素ガス拡散量によって決定される。この酸素ガス拡散量は、多孔質基板６４の外部の酸素濃度によって決まる。以上のことから、酸素センサ６０は、電流計６６の検出結果に基づいて、排気ガス中の酸素濃度を取得することができる。

続いて、燃焼装置１００の動作を説明する。まず、掃気手段７０は、制御部１０の指示に従って、燃焼室４０に掃気ガスを供給する。それにより、燃焼室４０に残留する燃料を排出することができる。その結果、燃焼室４０における異常燃焼を抑制することができる。

その後、燃料供給手段２０は、制御部１０の指示に従って、燃焼室４０に燃料を供給する。酸素供給手段３０は、制御部１０の指示に従って、燃焼室４０に酸素含有ガスを供給する。次に、着火手段５０は、制御部１０の指示に従って、燃焼室４０内の燃料に着火させる。着火手段５０としてグロープラグを用いる場合には、制御部１０は、電流供給によりグロープラグに赤熱させることによって、燃料に着火させる。

酸素センサ６０は、燃焼室４０内または燃焼室４０より下流における酸素濃度を検出し、制御部１０に与える。制御部１０は、酸素センサ６０の検出結果を用いて、酸素濃度の変化率を求める。例えば、制御部１０は、単位時間当たりの酸素濃度の減少量および単位時間当たりの酸素濃度の増加量を求める。それにより、制御部１０は、燃焼室４０内における酸素の濃度の急激な変化を検出することができる。

図３は、燃焼室４０への燃料流量、燃焼室４０内の酸素濃度、酸素濃度微分値および燃焼ガス温度と経過時間との関係を示す図である。図３に示すように、燃焼室４０への燃料供給開始後、所定時間後に燃料の燃焼が開始する。この場合、燃焼に伴い、燃焼室４０内の酸素濃度が減少する。その結果、酸素濃度微分値がマイナスになる。制御部１０は、この酸素濃度微分値が基準値を下回った場合に、燃料が着火したと判定する。燃料失火時には、燃焼室４０内の酸素濃度が増加する。その結果、酸素濃度微分値がプラスになる。制御部１０は、この酸素濃度微分値が基準値を上回った場合に、燃料が失火したと判定する。

酸素センサ６０に経年劣化が生じた場合、酸素濃度に応じた出力電圧に変動が生じる。したがって、この場合、酸素濃度を正確に検出することが困難になる。しかしながら、酸素センサ６０に経年劣化が生じても、酸素濃度変化に応じた出力電圧の変化は検出可能である。したがって、酸素センサ６０に経年劣化が生じても、酸素濃度変化率を検出することができる。以上のことから、酸素濃度の変化率を検出することによって、酸素センサ６０の経年劣化の影響を回避することができる。

また、燃焼室４０内の温度変化に基づいて着火および失火を検出することも考えられる。しかしながら、着火および失火に伴う温度変化は、酸素濃度変化に比較して遅くなる。したがって、温度変化に基づいて着火および失火を検出すると、応答性が悪くなる。特に、着火手段によって燃焼室が加熱されている場合、着火時の温度変化が小さくなってしまう。したがって、着火を検出することが困難となる。

図４は、着火判定および失火判定の際のフローチャートを示す図である。制御部１０は、例えば、１０２４ｍｓごとにこのフローチャートを実行する。図４に示すように、制御部１０は、酸素センサ６０の出力電圧Ｏ_２＿ｖを取得する（ステップＳ１）。次に、制御部１０は、下記式（３）に従って、単位時間当たりの酸素濃度の変化量ｄＯ_２＿ｃｎｃを求める（ステップＳ２）。
ｄＯ_２＿ｃｎｃ ＝ Ｏ_２＿ｃｎｃ − ｍａｐ（Ｏ_２＿ｖ） （３）

ここで、Ｏ_２＿ｃｎｃは、酸素センサ６０によって得られる酸素濃度であって、前回のフローチャート実行時に得られる値である。ｍａｐ（Ｏ_２＿ｖ）は、酸素センサ６０の出力電圧から得られる酸素濃度である。制御部１０は、酸素センサ６０の出力電圧と酸素濃度の関係をあらかじめマップとして記憶している。

次に、制御部１０は、酸素濃度Ｏ_２＿ｃｎｃにｍａｐ（Ｏ_２＿ｖ）を代入する（ステップＳ３）。それにより、酸素濃度Ｏ_２＿ｃｎｃが更新される。次に、制御部１０は、フラグＦＬＧがゼロであるか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４においてフラグＦＬＧがゼロであると判定された場合、制御部１０は、変化量ｄＯ_２＿ｃｎｃが着火判定用基準値ｄＯ_２＿１以下であるか否かを判定する（ステップＳ５）。

ステップＳ５において変化量ｄＯ_２＿ｃｎｃが着火判定用基準値ｄＯ_２＿１以下であると判定された場合、制御部１０は、燃料が着火したと判定し、フラグＦＬＧに１を代入する（ステップＳ６）。その後、制御部１０は、フローチャートの実行を終了する。ステップＳ５において変化量ｄＯ_２＿ｃｎｃが着火判定用基準値ｄＯ_２＿１以下であると判定されなかった場合、制御部１０は、フローチャートの実行を終了する。

ステップＳ４においてフラグＦＬＧがゼロであると判定されなかった場合、制御部１０は、変化量ｄＯ_２＿ｃｎｃが失火判定用基準値ｄＯ_２＿２以上であるか否かを判定する（ステップＳ７）。

ステップＳ７において変化量ｄＯ_２＿ｃｎｃが失火判定用基準値ｄＯ_２＿２以上であると判定された場合、制御部１０は、燃料が失火したと判定し、フラグＦＬＧに０を代入する（ステップＳ８）。その後、制御部１０は、フローチャートの実行を終了する。ステップＳ７において変化量ｄＯ_２＿ｃｎｃが失火判定用基準値ｄＯ_２＿２以上であると判定されなかった場合、制御部１０は、フローチャートの実行を終了する。

以上のように、図４のフローチャートによれば、酸素センサ６０に経年劣化が生じても、燃料の着火および失火を判定することができる。また、温度変化を用いる場合に比較して、着火判定および失火判定の応答性が高くなる。

ここで、燃料供給開始後、着火手段５０の不具合等に起因して所定時間経過しても燃料が着火しない場合、燃焼室４０に必要量以上の燃料が供給されることがある。この場合、燃料が着火した場合に必要量以上の熱量が発生することから、燃焼室４０が損傷するおそれがあり、周辺機器に危害が加わるおそれがある。そこで、制御部は、燃料供給開始後、所定時間経過しても着火判定されない場合には、着火手段５０による着火を停止してもよい。この場合、燃焼室４０の損傷および周辺機器への危害を抑制することができる。また、着火手段５０による余分な電力消費を抑制することができる。

図５に着火停止の際のフローチャートの一例を示す。図５に示すように、制御部１０は、燃料供給手段２０による燃料供給開始後の経過時間ｔを求める（ステップＳ１１）。次に、制御部１０は、図４のフローチャートのフラグＦＬＧが１であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２においてフラグＦＬＧが１であると判定されなかった場合、制御部１０は、経過時間ｔがしきい値ｔ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において経過時間ｔがしきい値ｔ１以上であると判定された場合、制御部１０は、着火手段５０による着火を停止するとともに燃料供給手段２０による燃料供給を停止する（ステップＳ１４）。その後、制御部１０は、フローチャートの実行を終了する。

制御部１０は、ステップＳ１２においてフラグＦＬＧが１であると判定された場合、および、ステップＳ１３において経過時間ｔがしきい値ｔ１以上であると判定されなかった場合、フローチャートの実行を終了する。このフローチャートに従えば、必要量以上の熱の発生を抑制することができる。

ここで、空気過剰率と断熱火炎温度との関係を図６に示す。図６において、横軸は空気過剰率を示し、縦軸は断熱火炎温度を示す。空気過剰率とは、燃料が完全燃焼する場合の理論空気量に対する供給空気量の比率である。図６に示すように、着火限界よりもやや燃料濃厚側で燃料に着火させることが好ましい。しかしながら、燃料が濃厚になって空気過剰率が１．０付近に到達すると、断熱火炎温度が過度に上昇してしまう。

燃料供給量は条件に応じて変化するため、燃料供給開始後の経過時間では燃料供給量を把握することが困難である。そこで、制御部１０は、燃料供給量が所定量に達しても着火判定されない場合には、着火手段５０による着火を停止してもよい。この場合、燃焼室４０の損傷および周辺機器への危害をより抑制することができる、また、着火手段５０による余分な電力消費を抑制することができる。

図７に着火停止の際のフローチャートの一例を示す。図７に示すように、制御部１０は、燃料供給手段２０による燃料供給開始後の燃料供給量ａを燃料流量計２１から取得する（ステップＳ２１）。次に、制御部１０は、図４のフローチャートのフラグＦＬＧが１であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。

ステップＳ２２においてフラグＦＬＧが１であると判定されなかった場合、制御部１０は、燃料供給量ａがしきい値ａ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３において燃料供給量ａがしきい値ａ１以上であると判定された場合、制御部１０は、着火手段５０による着火を停止するとともに燃料供給手段２０による燃料供給を停止する（ステップＳ２４）。その後、制御部１０は、フローチャートの実行を終了する。

制御部１０は、ステップＳ２２においてフラグＦＬＧが１であると判定された場合、および、ステップＳ２３において燃料供給量ａがしきい値ａ１以上であると判定されなかった場合、フローチャートの実行を終了する。このフローチャートに従えば、必要量以上の熱の発生を抑制することができる。

本実施例と請求項との対応関係において、制御部１０が判定手段に相当し、燃料流量計２１が供給量検出手段に相当し、制御部１０および酸素センサ６０が着失火検出装置に相当する。

続いて、本発明の第２実施例に係る着失火検出装置を燃料電池システムに適用した例について説明する。図８は、燃料電池システム２００の全体構成を示す模式図である。図８に示すように、燃料電池システム２００は、制御部１１０、燃料ポンプ１２１、水供給部１３０、エアポンプ１４０ａ，１４０ｂ、改質器１５０、燃料電池１６０および酸素センサ１７０を備える。本実施例においては、燃料電池１６０として、例えば、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）を用いることができる。

改質燃料供給部１２０は、燃料ポンプ１２１および燃料流量計１２２を備える。水供給部１３０は、熱交換器１３１、凝縮水タンク１３２および改質水ポンプ１３３を備える。改質器１５０は、改質部１５１、加熱部１５２および着火手段１５３を備える。燃料電池１６０は、カソード１６１およびアノード１６２を備え、カソード１６１とアノード１６２との間に酸素イオン伝導性電解質を備える。

制御部１０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等から構成される。制御部１０は、燃料流量計１２２および酸素センサ１７０から与えられる検出結果に基づいて、燃料電池システム２００の各部を制御する。

燃料ポンプ１２１は、制御部１０の指示に従って、改質燃料タンクに貯蔵されている改質燃料を改質部１５１に供給するポンプである。熱交換器１３１は、水道水と加熱部１５２からの排気ガスとの熱交換を行う。凝縮水タンク１３２は、加熱部１５２からの排気ガスの凝縮水を貯蔵するタンクである。改質水ポンプ１３３は、制御部１０の指示に従って、凝縮水タンク１３２に貯蔵されている凝縮水を改質水として改質部１５１に供給するポンプである。

改質部１５１においては、燃料ポンプ１２１からの改質燃料とエアポンプ１４０ａからのエアとから、部分酸化反応により、水素を含有する改質ガスが生成される。改質器１５０の暖機後は、燃料ポンプ１２１からの改質燃料と改質水ポンプ１３３からの水蒸気とから、水蒸気改質反応により、改質ガスが生成される。

エアポンプ１４０ｂは、制御部１１０の指示に従って、必要量の酸素をカソード１６１に供給する。カソード１６１においては、酸素が酸素イオンに変換される。カソード１６１において酸素イオンに変換されなかった酸素は、カソードオフガスとして加熱部１５２に供給される。

改質部１５１において生成された改質ガスは、アノード１６２に供給される。アノード１６２においては、カソード１６１において変換された酸素イオンとアノード１６２に供給された水素とから水が発生するとともに電力が発生する。発生した電力は、図示しないモータ等の負荷に用いられる。発生した水は、燃料電池１６０において発生する熱によって水蒸気となる。アノード１６２において発生した水蒸気、酸素イオンと反応しなかった水素、ならびに、改質部１５１において反応しなかった炭化水素および水蒸気は、アノードオフガスとして加熱部１５２に供給される。

加熱部１５２においては、アノードオフガスおよびカソードオフガスが供給される。着火手段１５３は、制御部１１０の指示に従って、アノードオフガスに含まれる可燃成分に着火させる。この場合、カソードオフガスが酸素源として用いられる。加熱部１５２における燃焼反応による燃焼熱は、改質部１５１における水蒸気改質反応に利用される。燃焼反応によって発生する排気ガスは、外部に排出される。酸素センサ１７０は、加熱部１５２内または加熱部１５２より下流側の酸素濃度を検出する。

本実施例においても、制御部１１０は、酸素センサ１７０の検出酸素濃度の変化率に基づいて、加熱部１５２における燃料の着火および失火を判定する。また、制御部１１０は、図４、図５および図７のフローチャートに従った制御を実行することができる。

ここで、燃料電池１６０においては、アノードで水が生成される。したがって、アノードオフガスに水分が含まれることになる。加熱部１５２には燃料としてアノードオフガスが供給されることから、加熱部１５２からの排気ガスにも水蒸気が含まれる。この場合、温度センサを用いて着火および失火を判定しようとすると、温度センサの検出値に誤差が生じるおそれがある。例えば、温度センサ付近の水蒸気量が多くなるほど、燃焼比温度上昇が遅くなる。したがって、着火検出の応答性が低下することになる。

しかしながら、本実施例のように酸素センサ１７０の検出酸素濃度の変化率に基づいて燃料の着火および失火を判定することによって、水蒸気濃度の影響を回避することができる。したがって、水蒸気が流入する燃焼装置に対して、本発明の効果が特に大きくなる。

なお、本実施例においては一例として酸素イオン伝導性電解質を備える燃料電池を用いたが、プロトン伝導性電解質を備える燃料電池を用いてもよい。

本実施例と請求項との対応関係において、加熱部１５２が燃焼室に相当し、制御部１１０が判定手段に相当し、燃料流量計１２２が供給量検出手段に相当し、制御部１１０および酸素センサ１７０が着失火検出装置に相当する。

本発明の第１実施例に係る燃焼装置の全体構成を示す模式図である。 限界電流式の酸素センサの模式的断面図である。 燃焼室への燃料流量、燃焼室内の酸素濃度、酸素濃度微分値および燃焼ガス温度と経過時間との関係を示す図である。 着火判定および失火判定の際のフローチャートを示す図である。 着火停止の際のフローチャートの一例を示す図である。 空気過剰率と断熱火炎温度との関係を示す図である。 着火停止の際のフローチャートの一例を示す図である。 燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。

符号の説明

１０ 制御部
２０ 燃料供給手段
２１ 燃料流量計
３０ 酸素供給手段
４０ 燃焼室
５０ 着火手段
６０ 酸素センサ
１００ 燃焼装置
１１０ 制御部
１２１ 燃料ポンプ
１２２ 燃料流量計
１３３ 改質水ポンプ
１４０ａ，１４０ｂ エアポンプ
１５０ 改質器
１５１ 改質部
１５２ 加熱部
１５３ 着火手段
１６０ 燃料電池
１６１ カソード
１６２ アノード
２００ 燃料電池システム

Claims (20)

1. 燃料を燃焼させるための燃焼室内または前記燃焼室の下流における酸素濃度を検出する酸素センサと、
   前記酸素センサにより検出された酸素濃度の変化率に基づいて、前記燃料の着火および失火の少なくともいずれか一方を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする着失火検出装置。
2. 前記判定手段は、前記酸素センサにより検出された酸素濃度の単位時間当たりの減少量に基づいて前記燃料の着火を判定することを特徴とする請求項１記載の着失火検出装置。
3. 前記判定手段は、前記酸素センサにより検出された酸素濃度の単位時間当たりの増加量に基づいて前記燃料の失火を判定することを特徴とする請求項１記載の着失火検出装置。
4. 前記燃料に着火させる着火手段をさらに備え、
   前記着火手段は、前記燃焼室への前記燃料の供給開始後、所定時間経過しても前記判定手段により着火判定されない場合、着火を停止することを特徴とする請求項２記載の着失火検出装置。
5. 前記燃料に着火させる着火手段と、
   前記燃焼室への燃料供給量を検出する供給量検出手段と、をさらに備え、
   前記着火手段は、前記燃焼室への燃料供給量が所定量を超えても前記判定手段により着火判定されない場合、着火を停止することを特徴とする請求項２記載の着失火検出装置。
6. 前記燃料に着火させる着火手段と、
   前記燃焼室の掃気を行う掃気手段と、をさらに備え、
   前記着火手段は、着火を停止した後、前記掃気手段による掃気後に再度着火することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の着失火検出装置。
7. 前記燃料は、燃料電池のカソードオフガスを酸素源として燃焼することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の着失火検出装置。
8. 前記燃料は、燃料電池のアノードオフガスであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の着失火検出装置。
9. 前記燃焼室は、炭化水素燃料から改質ガスを生成して前記燃料電池のアノードに供給する改質器を加熱するための加熱器であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の着失火検出装置。
10. 前記酸素センサは、酸素イオン伝導性固体電解質を備えるセンサであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の着失火検出装置。
11. 酸素センサを用いて、燃料を燃焼させるための燃焼室内または前記燃焼室の下流における酸素濃度を検出する酸素濃度検出ステップと、
    前記酸素濃度検出ステップにおいて検出された酸素濃度の変化率に基づいて、前記燃料の着火および失火の少なくともいずれか一方を判定する判定ステップと、を含むことを特徴とする着失火検出方法。
12. 前記判定ステップは、前記酸素濃度検出ステップにおいて検出された酸素濃度の単位時間当たりの減少量に基づいて前記燃料の着火を判定するステップであることを特徴とする請求項１１記載の着失火検出方法。
13. 前記判定ステップは、前記酸素濃度検出ステップにおいて検出された酸素濃度の単位時間当たりの増加量に基づいて前記燃料の失火を判定するステップであることを特徴とする請求項１１記載の着失火検出方法。
14. 前記燃焼室への前記燃料の供給開始後、所定時間経過しても前記判定ステップにおいて着火判定されない場合に、着火を停止する停止ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２記載の着失火検出方法。
15. 前記燃焼室への燃料供給量を検出する供給量検出ステップと、
    前記燃焼室への燃料供給量が所定量を超えても前記判定ステップにおいて着火判定されない場合に、着火を停止する停止ステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１２記載の着失火検出方法。
16. 前記燃焼室の掃気を行う掃気ステップと、
    前記掃気ステップ後に再度着火する着火ステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１４または１５記載の着失火検出方法。
17. 前記燃料は、燃料電池のカソードオフガスを酸素源として燃焼することを特徴とする請求項１１〜１６のいずれかに記載の着失火検出方法。
18. 前記燃料は、燃料電池のアノードオフガスであることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれかに記載の着失火検出方法。
19. 前記燃焼室は、炭化水素燃料から改質ガスを生成して前記燃料電池のアノードに供給する改質器を加熱するための加熱器であることを特徴とする請求項１１〜１８のいずれかに記載の着失火検出方法。
20. 前記酸素センサは、酸素イオン伝導性固体電解質を備えるセンサであることを特徴とする請求項１１〜１９のいずれかに記載の着失火検出方法。

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