JP4367255B2

JP4367255B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JP4367255B2
Application number: JP2004179246A
Authority: JP
Inventors: 規夫肆矢; 勝蔵粉川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-06-17
Filing date: 2004-06-17
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2024-06-17
Also published as: JP2006002991A

Description

本発明は、火炎の検知と正常な燃焼状態の維持を行うようにした燃料電池の水素生成器の加熱に使用する燃焼装置に関するものである。

従来この種の燃焼装置は、火炎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火炎の検知は、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している。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である未反応水素ガス（以後オフガスと呼ぶ）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）。
特開２００１−２０１０４６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、オフガスに高カロリーガス（原燃料）を混合させるので、燃料消費量が増加して水素生成器の改質効率を低下させるという課題を有していた。

また、フレームロッドでは、火炎の状態変化に対して所定の電流が得られないので、火炎に適正な空気量が供給され良好な燃焼が持続しているかどうか判定ができないという課題も有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、水素生成器の改質効率を低下させないで、燃焼部に形成する火炎に適正な空気量を供給する燃料電池の水素生成器の加熱に使用する燃焼装置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、または都市ガスやＬＰＧとオフガスを混合したガス体を燃焼する燃焼部の温度を検知する空気比検知用温度検知手段と、燃焼筒内の温度を検知する火炎検知用温度検知手段で構成した複数個の温度検知手段と、この温度検知手段のデータを受けて、燃焼部の燃焼状態の判定と送風手段のコントロールを行う制御部を備えたものである。

これによって、燃焼状態の検知を行う時に炭化水素の濃度等燃料の成分に左右されないで余分な燃料を追加せず、燃料電池から排出されるオフガスのみの燃焼で、水素生成器を加熱でき、燃料電池に必要な未反応水素ガスを得るために最適の原料と燃料の設定により、水素生成器の改質効率を向上できる。

また、燃焼部に形成する火炎に適正な空気量を供給できるので、排ガスの良好な燃焼装置を提供することができる。

本発明の燃焼装置は、水素生成器の改質効率を向上できる。

また、本発明の燃焼装置は、排ガスの良好な燃焼状態を維持することができる。

第１の発明は、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と言われる未反応水素ガス、または都市ガスやＬＰＧとオフガスを混合したガス体を燃焼する燃焼部と、この燃焼部の下流に設け、燃焼部に形成する火炎が触媒容器に直接触れることを避けると共に燃焼ガスが触媒容器に沿うように流路を規定する燃焼筒と、前記燃焼部の温度を検知する空気比検知用温度検知手段と、前記燃焼筒内の温度を検知する火炎検知用温度検知手段で構成した複数個の温度検知手段と、この複数個の温度検知手段のデータを受けて、燃焼部の燃焼状態の判定と送風手段のコントロールを行う制御部を備えたことにより、燃焼部の火炎の検知を行う時に炭化水素の濃度等燃料の成分に左右されないで余分な燃料を追加せず、燃料電池から排出されるオフガスのみの燃焼で、水素生成器を加熱し、燃料電池に必要な未反応水素ガスを得るために水素生成器の改質効率を向上することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の燃焼部は、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を備えたことにより、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、または都市ガスやＬＰＧとオフガスを混合したガス体を燃焼する時に同一のディストリビュータから噴出することにより、構成が簡単になり、低コストの燃焼装置を提供することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明または第２の発明の制御部は、異なる種類の燃料が供給されたときに温度検知手段で検知した温度と比較する閾値をそれぞれの燃料に合わせて可変するようにしたことにより、発熱量の異なる燃料や設定の異なる空気量が供給されても、その時の燃焼ガスの火炎形成に対応して燃焼状態を判定することができる。

第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明の温度検知手段は、空気噴出部の温度と燃焼筒内の温度を検知するように複数個設けたことにより、空気量の変化に反応する部分と空気量の変化に反応が少なく安定している部分の両方のデータを得ることになり、空気量の変化に対応する部分のデータを補完して、温度検知手段の出力データの精度を向上することができる。

第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明の制御部は、複数個の温度検知手段のデータとあらかじめ制御部内に記憶されたデータとを比較して前記制御部内に記憶されたデータの燃焼状態に誘導するために送風手段に指示を与えるようにしたことにより、正確な空気の流量設定を行うことになり、水素生成器の加熱温度を精度良くコントロールすることができる。

第６の発明は、特に、第１〜第５のいずれか１つの発明の制御部は、複数個の温度検知手段により燃焼時の複数部分の温度上昇を把握して、互いに補完するようにして着火状態を判定するようにしたことにより、確実に着火が行われたことを判定することができる。

第７の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明の制御部は、複数個の温度検知手段により燃焼時の複数部分の温度降下を把握して、互いに補完するようにして確実に失火が起こったことを判定することができる。

第８の発明は、特に、第１〜第７のいずれか１つの発明の制御部は、複数個の温度検知手段の中で、火炎検知用温度検知手段と空気比検知用温度検知手段により、火炎の空気不足状態を判定し、送風手段に指示を送り、空気不足状態を解消データする動作を行うようにしたことにより、燃焼部に形成する火炎の状態を性格に把握し、適正な空気量を供給できるので、排ガスの良好な燃焼装置を提供することができる。

第９の発明は、特に、第１〜第８のいずれか１つの発明の燃焼装置は、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に搭載するようにしたことにより、燃焼状態の検知を行う時に炭化水素の濃度等燃料の成分に左右されないので、燃料電池に必要な未反応水素ガスを得るためにメタン濃度を減少させ、最適の原料と燃料の設定により、水素生成器の改質効率を向上できる。

（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燃料電池装置に用いられる燃焼装置を含む水素生成器の全体構成図である。また、図２は、本発明の第１の実施の形態における燃焼装置を下流側から見た構造図である。

図１において、１は、都市ガス６（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や燃料電池から排出されるオフガス７、または都市ガス６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を形成し燃焼を行なう。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。このディストリビュータ９と空気噴出部１０と燃焼室１５で、燃焼部１８を構成している。

１９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１９の上流には、送風ダクト２０を介して送風手段２１が設けられている。送風手段２１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。制御器２２により送風手段２１のコントロールを行うようにしている。

２３は、燃焼装置５によって生じる火炎１２が触媒容器２４に直接触れることを避け、さらに燃焼ガス２５の流路を規定するための燃焼筒である。燃焼ガス２５は、触媒容器２４の周囲に沿って流れ、水素生成器１の外部に排出される。

２６は、温度検知手段で、燃焼筒２３内を流れる燃焼ガス２５の温度変化を検知する火炎検知用温度検知手段２７と燃焼室１５内に形成する火炎１２の状態を検知する空気比検知用温度検知手段２８で構成している。火炎検知用温度検知手段２７は、その先端が、燃焼筒２３内の燃焼部１８の下流側でかつ燃焼室１５の外側の空気室１９側から燃焼筒２３の下部に臨むように設けた熱電対により温度検知を行うようにしている。これにより、火炎検知用温度検知手段２７は、その先端が直接火炎１２の中に入らないように配置している。また、空気比検知用温度検知手段２８は、空気噴出部１０の空気噴出孔１４の最上段に設ける空気噴出孔２９を介して燃焼室１５内にその先端を臨ませた熱電対により温度検知を行うようにしている。複数個の温度検知手段２７、２８の信号は、制御器２２に送られ、着火、失火の判定を行うとともに、火炎１２の燃焼状態の判定を行い、空気比の想定を行って送風手段２１に指示を行い、適正な空気量を供給して、適正な空気量時に得られる複数個の温度検知手段２６の信号に合わせることで、燃焼状態を良好にしている。熱電対は、耐熱性の被服で構成されたシース熱電対を使用している。空気噴出孔２９の開口面積は、熱電対が挿入された時に他の空気噴出口１４と同等の空気噴出量が得られるように開口を大きく構成している。

制御器２２には、複数個の温度検知手段２６の想定される温度データが記憶されている。例えば、燃焼装置５で都市ガス６や燃料電池から排出されるオフガス７、または都市ガス６とオフガス７を混合した場合の燃料ガス８は、その種類や流量、そして設定空気量（空気比）により、複数個の温度検知手段２６のすべてが固有の温度データを持っているので、そのデータをすべて記憶している。そのデータに基づき、送風手段２１に指示を与えるようにしている。

３０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３０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。３１は、挿入通路３０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３１の周囲は、絶縁用の絶縁碍子３２で被覆されている。絶縁碍子３２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３１の先端は、燃焼室１５に臨み、ディストリビュータ９の天板３３に火花放電が飛ぶように、位置決めを行っている。

図２において、ディストリビュータ９のみはノズル１３の位置をわかりやすくするために、ノズル１３の位置の断面を図示している。図中、中心部から周囲方向への放射状の矢印Ａはノズル１３から噴出される燃料ガス８の噴出方向を表わし、また逆に中心方向への矢印Ｂは空気噴出孔１４のうち破線Ｃで示した最下段の空気噴出孔１６から噴出される空気１１の噴出方向を表わしている。このように、本発明では燃料ガス８の噴出方向と空気１１の噴出方向が直線上に位置するように構成している。更に、本発明では下部空気噴出孔１７から噴出される空気１１が上記燃料ガス８の噴出方向の矢印Ａに交差する位置に下部空気噴出孔１７を配置している。

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、作用を説明する。

まず、燃焼装置５を始動する時は、制御器２２により送風手段２１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２０を通り空気室１９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やオフガス７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１７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の中央に設けた挿入通路３０から燃焼室１５に臨ませた電極３１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やオフガス７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を加熱していく。

この始動時に燃料ガス８がディストリビュータ９に流入し、燃焼室１５燃焼用空気１１を供給すると燃焼部１８に火炎１２が形成し、空気噴出部１０の空気噴出孔２９から燃焼室１５に臨ませた空気比検知用温度検知手段２８の温度上昇と、燃焼ガス２５の噴出により、燃焼筒２３の下部に設けた火炎検知用温度検知手段２７の温度上昇により、その信号が制御器２２に送られ、着火判定を行う。制御器２２では、すでに記憶されている水素生成器１の始動時の温度検知手段２６の信号データと比較し、着火と燃焼が正常に行われていることを判定する。複数個の温度検知手段２６の信号を判定することにより、燃焼状態を正確に確認している。また、複数個の温度検知部２６の中で、一つでも記憶されているデータと異なる温度変化の信号が得られたときは、燃焼異常を判定し、再始動動作を行うか、燃焼装置５を停止してエラー表示（図示なし）を行うようにしている。また、火炎１２が形成し定常状態に入ると、その燃料の流量と送風手段２１から供給される空気１１の量により形成する火炎１２と燃焼ガス２５の燃焼熱を受けて得られる温度データにより、監視を行っていく。また、火炎１２の変化による温度検知手段２６の空気比検知用温度検知手段２８の温度上昇による信号変化に合わせて、送風手段２１を追随するようにコントロールして、所定の温度以上に上昇すれば空気１１を増加し、所定の温度以下に降下すれば空気１１を減少させ、常に設定空気量の定常燃焼を持続させるようにしている。このとき、都市ガス６が１３ＡまたはＬＰＧでは、発熱量が異なり、また設定空気１１量も異なるので、温度の検知範囲（閾値）もそれぞれの燃料に合わせて変化させている。また、オフガス７も同様に発熱量や設定空気量が異なるので、固有の温度検知範囲を設定している。

複数個の温度検知手段２６の火炎検知用温度検知手段２７では、燃焼部１８の下流側で、火炎１２の外側の燃焼ガス２５の温度を測定することにより、空気量（空気比）の変化には、火炎１２の近傍の温度を測るのではなく、燃焼ガス２５の端の流れの循環が遅れる位置の温度を測ることで、敏感に反応させないで、燃焼の有無を判定するようにしている。また、空気比検知用温度検知手段２８では、火炎１２の温度を測定することにより、空気量の変化に即応して火炎１２の温度変化が起こることに対して敏感に反応させ、特に空気不足時の温度上昇を利用して、それぞれの燃料の種類、燃料の流量に合わせて空気量の判定を行っている。複数個の温度検知手段２６を使用することにより、それぞれの熱電対の補完を行い、判定を正確に行っている。

以上のように、本実施の形態においては、都市ガス６、または燃料電池から排出されるオフガス７、または都市ガス６とオフガス７を混合したガス体を燃焼する燃焼部１８の下流側の温度変化と火炎１２の形成状態（燃焼状態）による温度変化を検知する複数個の温度検知手段２６と、この温度検知手段２６のデータを受けて燃焼部１８の燃焼状態の判定と送風手段２１のコントロールを行う制御部２２を備えたことにより、燃焼部１８の火炎１２の検知を行う時に炭化水素の濃度等燃料の成分に左右されないで余分な燃料を追加せず、燃料電池から排出されるオフガス７のみの燃焼で、水素生成器１を加熱し、燃料電池に必要な未反応水素ガスを得るために水素生成器１の改質効率を向上することができる。

また、本実施の形態では、燃焼部１８に形成する火炎１２の空気不足状態を判定して、適正な空気量を供給できるので、排ガスの良好な燃焼装置５を提供することができる。

また、本実施の形態では、燃焼部１８に形成する火炎１２の空気量を判定して、空気比を適正に保てるので、空気比を低い方に設定しても、燃焼不良を防止して、水素生成器１の余剰空気による効率低下を防止することができる。

また、本実施の形態では、複数個の温度検知手段を設けることにより、火炎１２の燃焼状態の変化による温度変化を確実に把握でき、燃焼検知の誤動作を防止して、確実に火炎１２の形成を確認できる。

また、本実施の形態では、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、燃焼装置５の小型化、低コスト化を行うことができる。

また、本実施の形態では、火炎１２の炎電流を検知しないので火炎１２の形成する位置にも左右されず、都市ガス６等の炭化水素系の燃料と燃料電池から排出されるオフガス７のそれぞれの燃焼速度に適した火炎１２を形成し、少ない空気の量（低酸素過剰率）で燃焼が可能となり、水素生成器１の放熱損失を防止して改質反応を向上することができる。

また、本実施の火炎検知用温度検知手段２７を空気噴出部１０の空気噴出孔１４の最下段に設ける空気噴出孔１６や空気噴出部１０の底部に設ける下部空気噴出孔１７を介して、燃焼室１５に臨ませ、同等の安定した温度検知を行うことも可能である。

また、本実施の温度検知手段２６は、火炎検知用温度検知手段２７や空気比検知用温度検知手段２８以外に増設できれば、より火炎１２の燃焼状態を正確に把握し、適正な燃焼状態を維持することも可能である。

また、本実施の温度検知手段２６は、熱電対を使用するが、高温用のサーミスタを使用す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燃焼装置の断面図を示すものである。

図１において、制御部２２は、異なる種類の燃料ガス８がディストリビュータ９内に供給されたときに温度検知手段２６の検知範囲（閾値）を可変するようにしたことにより、発熱量の異なる燃料ガス８が供給され、また、その燃料ガス８の成分が異なり、火炎１２の形成位置が変化し、また、燃料ガス８により設定する空気１１量（空気比）が大きく異なっても、燃焼状態を判定する構成にしている。

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。

まず、制御部２２は、燃料ガス８として都市ガス６（１３Ａ）やＬＰＧとオフガスでは、発熱量や設定空気量（空気比）も異なり、火炎１２の形成位置も異なるので、複数個の温度検知手段２６の検知範囲もそれぞれの燃料に合わせて可変させている。これにより制御部２２は、燃料ガス８の種類による火炎１２の形成や燃焼ガス２５による温度変化に対応する閾値を予め記憶することにより、燃焼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、制御部２２は、異なる種類の燃料ガス８が供給されたときに温度検知手段２６の判定範囲を可変するようにしたことにより、発熱量や空気比の異なる燃料ガス８が供給されても、火炎１２や燃焼ガス２５の温度変化に対応して燃焼状態を判定することができる。

（実施の形態３）
図１は、本発明の第３の実施の形態における燃焼装置を示す断面図である。

図１において、温度検知手段２６は、空気噴出部１０の温度と燃焼筒２３内の温度を検知するように複数個設けるように構成している。

まず、温度検知手段２６は、空気比検知用温度検知手段２８で空気噴出部１０に形成する火炎１２の温度を測定することにより、空気量の変化に即応して火炎１２の温度変化が起こることに対して敏感に反応させ、特に空気１１量の変化に対応して、空気不足時の温度上昇を計測し、一酸化炭素の発生する空気量の温度を検知して燃焼不良状態を把握するようにしている。また、火炎検知用温度検知手段２７で燃焼筒２３内の火炎１２の外側の燃焼ガス２５の温度を測定することにより、空気量（空気比）の変化には、火炎１２の近傍の温度を測るのではなく、燃焼ガス２５の端の流れの循環が遅れる位置の温度を測ることで、敏感に反応させないで、燃焼の有無を判定するようにしている。また、燃焼筒２３内の温度を計測して空気量の変化に対して変化が少ない部分の温度を検知して、燃焼の有無、火炎１２の吹き飛び等を把握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、温度検知手段２６は、空気量の変化に反応する部分と空気量の変化に反応が少なく安定している部分の両方のデータを得ることにより、それぞれのデータを補完させながら、温度検知手段２６の出力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燃焼装置を示す断面図である。

図１において、制御部２２は、複数個の温度検知手段２６のデータとあらかじめ制御部２２内に記憶されたデータとを比較して前記制御部２２内に記憶されたデータの燃焼状態に誘導するために送風手段２１に指示を与えるように構成している。

まず、制御部２２は、温度検知手段２６で得られた検知データとあらかじめ制御部２２内に記憶された各燃料ガス８の火炎１２の燃焼状態や燃焼ガス２５の温度変化データとを比較して、そのデータに大きな差（所定のばらつき以上の温度の差）があれば、前記制御部２２内に記憶された温度変化データの燃焼状態に誘導するために送風手段２１に指示を与えて、空気１１の増減を図り、制御部２２内に記憶された温度変化データに検知データを近づけていく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、制御部２２は、温度検知手段２６のデータとあらかじめ制御部２２内に記憶されたデータとを比較して前記制御部２２内に記憶されたデータの燃焼状態に誘導するために送風手段２１に指示を与えるので、燃料ガス８の空気量設定を正確に行うことになり、水素生成器１の加熱温度を良好に維持することができる。

（実施の形態５）
図１は、本発明の第５の実施の形態における燃焼装置を示す断面図である。

図１において、制御部２２は、複数個の検知手段２６により燃焼時の複数部分の温度上昇を把握して、着火状態を判定するように構成している。

まず、水素生成器１を始動時するとディストリビュータ９に燃料ガス８（始動時は都市ガス６）が流入し、ここで、電極３１により着火を行うと着火時の火炎１２の形成時に起きる急激な温度上昇により、複数個の温度検知手段２６により瞬時的な突出したデータとして検知され、着火を確認している。この後は、制御部２２に指示された燃料ガス８量と送風手段２１からの空気１１量による火炎１２の所定の温度を検知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、制御部２２は、複数個の温度検知手段２６により火炎１２や燃焼ガス２５の温度上昇を把握して、着火状態を判定するようにしたので、着火時の急激な温度上昇の検知データと安定燃焼時の温度検知データとの差を判定することになり、確実に着火が行われたことを判定することができる。

（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燃焼装置を示す断面図である。

図１において、制御部２２は、複数個の検知手段２６により失火時の複数部分の温度降下を把握して、失火状態を判定するように構成している。

まず、水素生成器１は、制御部２２に指示された燃料流量と空気１１の量による火炎１２の形成により、燃焼を維持しているが、ここで燃料ガス８の供給が制御部２２の指示から外れて減少し、あるいは空気１１の量が増加して火炎１２が空気過剰になり火炎１２がブローオフすると、燃焼ガス２５の温度が低下し、予め記憶された火炎１２不形成時の温度検知データまで温度が降下し、その差を判定することで確実に失火が起こったこと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、複数個の温度検知手段２６により火炎１２の吹き飛びや燃焼ガス２５の温度降下を把握して失火状態を判定するので、温度低下の検知データと火炎１２不形成時の温度検知データとの差を判定することになり、確実に失火が起こったことを判定することができる。

（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燃焼装置を示す断面図である。

図１において、制御部２２は、複数個の温度検知手段２６の中で、火炎検知用温度検知手段２７と空気比検知用温度検知手段２８により、火炎１２の空気不足状態を判定し、送風手段２１に指示を送り、空気不足状態を解消する動作を行うように構成している。

まず、制御部２２は、圧力検知手段２６の空気比検知用温度検知手段２８のデータを評価して、制御部２２に記憶している燃料ガス８と空気１１の所定量で得られる火炎１２の状態から得られたデータ（制御部２２に記憶されている空気比検知用温度検知手段２８のデータ）と比較して、差が所定の値よりも大きくなるときは、火炎１２が空気不足になり、燃焼不良を起こし、一酸化炭素やすすを発生したと判定して、送風手段２１に指示を送り、空気１１量を増加させる。これにより、火炎１２が適正な空気比に戻れば、空気比検知用温度検知手段２８の温度も降下し、燃焼が改善されたことを確認している。また、火炎検知用温度検知手段２７により、空気比検知用温度検知手段２８の急激な温度変化、例えば、空気過剰時には、温度降下しすぎる部分を補完して、常に燃焼が持続しているかを判定するようにしている。

また、送風手段２１により、空気１１を増加させても空気比検知用温度検知手段２８の温度降下がない場合は、燃焼異常として燃焼装置５を停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、燃焼部１８に形成する火炎１２の状態を正確に把握し、適正な空気１１量を供給できるので、排ガスの良好な燃焼装置５を提供することができる。

また、燃焼装置５を停止する動作をおこなうので、燃焼装置５の排気閉塞による能力低下を把握して、燃焼装置５による危険な状態の発生を防止することができる。

（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、燃焼装置５は、炭化水素系原料の改質反応により水素を含むオフガス７を生成する水素生成器１に搭載するように構成している。

まず、水素生成器１の加熱時における都市ガス６とオフガス７の火炎の燃焼状態と燃焼ガス２５の温度変化を複数個の温度検知手段２６により検知を行い、温度変化の状態から燃料投入、着火、定常燃焼、失火、等の動作を判定して、安定した燃焼を維持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、燃焼装置５は、炭化水素系原料の改質反応により水素を含むオフガス７を生成する水素生成器１に搭載するようにしたので、燃焼状態の検知を行う時に炭化水素の濃度等燃料の成分に左右されないで余分な燃料を追加せず、燃料電池に必要な未反応水素ガスを得るためにメタン濃度を減少させ、最適な原料と燃料の設定により、水素生成器の改質効率を向上できる。

また、本実施の燃焼装置５を用いた水素生成器１は、発電負荷が変動した際にも安定した火炎１２を形成して、所定の水素量を生成でき燃料電池発電装置の安定した運転を可能とすることができる。

以上のように、本発明にかかる燃焼装置は、燃焼状態の検知を行う時に炭化水素の濃度等燃料の成分に左右されないで、燃料電池から排出されるオフガスを含めて、種類の異なる燃料の炎検知が可能となるので、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、２、３、４、５、６、８における燃焼装置を含む水素生成器の全体断面図本発明の実施の形態１における燃焼装置を下流側から見た構造図

１水素生成器
９ディストリビュータ
１０空気噴出部
１８燃焼部
２１送風手段
２２制御部
２３燃焼筒
２４触媒容器
２５燃焼ガス
２６温度検知手段
２７火炎検知用温度検知手段
２８空気比検知用温度検知手段

Claims

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と言われる未反応水素ガス、または都市ガスやＬＰＧとオフガスを混合したガス体を燃焼する燃焼部と、この燃焼部の下流に設け、燃焼部に形成する火炎が触媒容器に直接触れることを避けると共に燃焼ガスが触媒容器に沿うように流路を規定する燃焼筒と、前記燃焼部の温度を検知する空気比検知用温度検知手段と、前記燃焼筒内の温度を検知する火炎検知用温度検知手段で構成した複数個の温度検知手段と、この複数個の温度検知手段のデータを受けて前記燃焼部の燃焼状態の判定と送風手段のコントロールを行う制御部を備えた燃焼装置。
燃焼部は、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を備えた請求項１に記載の燃焼装置。
制御部は、異なる種類の燃料が供給されたときに温度検知手段で検知した温度と比較する閾値を可変するようにした請求項１または２に記載の燃焼装置。
温度検知手段は、空気噴出部の燃焼室に臨ませた空気比検知用温度検知手段と燃焼筒の下部に設けた火炎検知用温度検知手段から構成された請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃焼装置。
制御部は、複数個の温度検知手段のデータとあらかじめ制御部内に記憶されたデータとを比較して、制御部内に記憶されたデータの燃焼状態に誘導するために送風手段に指示を与えるようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃焼装置。
制御部は、複数個の温度検知手段の温度上昇を把握して、着火状態を判定するようにした請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃焼装置。
制御部は、複数個の検知手段の温度降下を把握して、失火状態を判定するようにした請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃焼装置。
制御部は、複数個の温度検知手段の中で、火炎検知用温度検知手段と空気比検知用温度検知手段とにより、火炎の空気不足状態を判定し、送風手段に指示を送り、空気不足状態を解消する動作を行うようにした請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃焼装置。
炭化水素系原料の改質反応により水素を生成する水素生成器に搭載するようにした請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃焼装置。