JP6218009B2 - 水素生成装置及び燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は水素生成装置及び燃料電池システムに関する。

水素を供給するためのインフラが整備されていないため、通常、燃料電池システム等の水素を燃料とするシステムでは、改質器を備える水素生成装置が設けられている。また、水素生成装置には、改質器で生成された水素含有ガスを燃焼することにより、改質器を加熱する燃焼器が設けられている。そこで、燃焼器の排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）を検知するＣＯ検知器が、燃焼器の排ガス流路上に配置された水素生成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２１３５６６号公報

しかし、水素含有ガスを燃焼器で燃焼して排出する際のＣＯ検知器で生じる問題について従来検討されてない。

本発明の一態様は、このような事情に鑑みてなされたものであり、水素含有ガスを燃焼器で燃焼して排出する際のＣＯ検知器で生じる問題を、従来よりも適切に対応し得る水素生成装置及び燃料電池システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様の水素生成装置は、原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記水素含有ガスを燃焼する燃焼器と、前記燃焼器からの排ガスが流れる第１の排ガス流路と、前記第１の排ガス流路上に設けられた分岐路と、前記分岐路に設けられたＣＯ検知器と、前記分岐路への排ガスの流入を遮断する遮断器と、前記第１の排ガス流路に排ガスが流れる期間の一部において、前記遮断器を遮断する制御器とを備える。

また、本発明の一態様の燃料電池システムは、上記の水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える。

本発明の一態様の水素生成装置及び燃料電池システムは、水素含有ガスを燃焼器で燃焼して排出する際のＣＯ検知器で生じる問題を、従来よりも適切に対応し得る。

図１は、第１実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。 図２は、第１実施形態の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図３は、第２実施形態の第１実施例の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図４は、第２実施形態の第２実施例の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図５は、第２実施形態の第３実施例の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図６は、第２実施形態の第４実施例の水素生成装置の一例を示す図である。 図７は、第２実施形態の第４実施例の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図８は、第３実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。 図９は、第４実施形態の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図１０は、第５実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。

（第１実施形態）
本発明者らは、水素含有ガスを燃焼器で燃焼して排出する際のＣＯ検知器で生じる問題について鋭意検討し、以下の知見を得た。

ＣＯ検知器の一例である化学センサとして、貴金属等の微量の金属元素を添加して増感したｎ型半導体酸化物、例えば、酸化スズの焼結体を用い、本半導体が可燃性ガスと接触した際に電気伝導度が変化する特性を利用して可燃性ガスを検知する方式のガスセンサ（半導体式センサ）、白金の細線に担持体を添着させ、貴金属を担持したものと担持しないものとの一対の比較素子を用いて一定温度に加熱し、可燃性ガスがこの素子に接触して触媒酸化反応を行った際の発熱差を検知する方式のガスセンサ（接触燃焼式センサ）等が知られている。

かかるＣＯ検知器を水素生成装置に用いる場合、燃焼器で水素含有ガスを適切に燃焼処理できないと、燃焼器からの排ガス中に含まれる水素が、排ガス流路を通じてＣＯ検知器に曝露される可能性がある。これにより、化学センサの中心的な機能を担う電極、触媒が経時的に劣化するという問題がある。なお、本劣化は、例えば、排ガス中に存在する水素で触媒が還元され、ＣＯ検知器での検知反応が阻害されることによるものである。

そこで、第１実施形態の水素生成装置は、原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、水素含有ガスを燃焼する燃焼器と、燃焼器からの排ガスが流れる第１の排ガス流路と、第１の排ガス流路上に設けられた分岐路と、分岐路に設けられたＣＯ検知器と、分岐路への排ガスの流入を遮断する遮断器と、第１の排ガス流路に排ガスが流れる期間の一部において、遮断器を遮断する制御器とを備える。

かかる構成により、水素含有ガスを燃焼器で燃焼して排出する際のＣＯ検知器で生じる問題を、従来よりも適切に対応し得る。上記のとおり、制御器は、第１の排ガス流路に排ガスが流れる期間の一部において、上記遮断器を遮断する。このため、第１の排ガス流路上にＣＯ検知器が配置された従来例に比べ、ＣＯ検知器の劣化を促進する水素ガスにＣＯ検知器が曝される可能性が低減するので、ＣＯ検知器の水素暴露による劣化の可能性が低減する。

[装置構成]
図１は、第１実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。

図１で示す例では、本実施形態の水素生成装置１００は、改質器１と、燃焼器２と、第１の排ガス流路８と、ＣＯ検知器９と、遮断器１０と、分岐路１１と、制御器１２とを備える。

改質器１は、原料を用いて水素含有ガスを生成する。具体的には、改質器１において、原料が改質反応して、水素含有ガスが生成される。改質反応は、いずれの形態であってもよく、例えば、水蒸気改質反応、オートサーマル反応及び部分酸化反応等が挙げられる。図１には示されていないが、各改質反応において必要となる機器は適宜設けられる。例えば、改質反応が水蒸気改質反応またはオートサーマル反応であれば、燃焼器２の他、水蒸気を生成する蒸発器、及び蒸発器に水を供給する水供給器が設けられる。改質反応がオートサーマル反応であれば、水素生成装置１００には、さらに、改質器に空気を供給する空気供給器が設けられる。

原料は、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ等の少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含む。なお、原料は、図示しない原料供給源より供給される。原料供給源は、所定の供給圧を備えており、例えば、原料ボンベ、原料インフラ等が例示される。

燃焼器２は、水素含有ガスを燃焼する。燃焼器２には、改質器１から水素含有ガスが供給され、図示しない空気供給器から空気が供給される。そして、水素含有ガス及び空気の燃焼により、改質器１が加熱される。燃焼器２の燃料は、いずれの燃料であってもよい。例えば、燃焼燃料として、改質器１より排出される水素含有ガスを用いても構わない。また、燃焼器２は、水素含有ガスを燃焼できれば、どのような構成であっても構わない。例えば、燃焼器２は、水素含有ガスと空気を外部で予め混合させて供給する予混合燃焼バーナであっても構わないし、これらを個別に供給して内部で混合させる拡散燃焼バーナであって構わない。

図１には示されていないが、燃焼器２において必要となる機器は適宜設けられる。例えば、燃焼器２には、着火器が設けられる。着火器としては、例えば、接地電極との間に火花発生可能な位置に配された高圧電極とを備える点火装置を例示できるが、この方式に限らない。また、燃焼器２には、火炎検知器が設けられる。火炎検知器としては、例えば、水素含有ガスを燃焼した際に発生するイオン化電流値を測定するフレームロッド、又は火炎の温度を検知する熱電対等を例示できるが、この方式に限らない。

第１の排ガス流路８は、燃焼器２からの排ガスが流れる流路である。第１の排ガス流路８は燃焼器２に接続されており、燃焼器２で生成された燃焼排ガスが第１の排ガス流路８を流れて、大気に放出される。

分岐路１１は、第１の排ガス流路８上に設けられている。つまり、第１の排ガス流路８の途中に、第１の排ガス流路８から分岐する分岐路１１が形成されている。なお、本実施形態では、分岐路１１は、ＣＯ検知器９に向かう排ガスが、ＣＯ検知器９に到達した後、再び分岐路１１を通って第１の排ガス流路８に戻るような排ガスの対向流路を構成しているが、これに限らない。例えば、分岐路は、ＣＯ検知器９に接触した排ガスがＣＯ検知器９の下流に抜けて、排気されるよう構成しても構わない。

ＣＯ検知器９は、分岐路１１に設けられている。ＣＯ検知器９は、第１の排ガス流路８を流れる排ガス中のＣＯを検知できれば、どのような構成であっても構わない。ＣＯ検知器９は、例えば、接触燃焼式のＣＯ検知器であっても構わないし、半導体式のＣＯ検知器であっても構わない。

遮断器１０は、分岐路１１への排ガスの流入を遮断する。つまり、遮断器１０で第１のガス流路８からの排ガスの流れを遮断すると、第１の排ガス流路８を流れる排ガスにＣＯ検知器９が曝される可能性が低減する。遮断器１０は、第１の排ガス流路８から分岐路１１への排ガスの流れを遮断できれば、どのような構成であっても構わない。遮断器１０は、例えば、分岐路１１を開閉する開閉弁であっても構わない。

制御器１２は、第１の排ガス流路８に排ガスが流れる期間の一部において、上記の遮断器１０を遮断する。制御器１２は、制御機能を有するものであれば、どのような構成でも構わない。制御器１２は、例えば、演算処理部と、制御プログラムを記憶する記憶部とを備える。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリーが例示される。制御器１２は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていても構わないし、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていても構わない。

［動作］
図２は、第１実施形態の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、制御器１２により制御される。

図２に示す例では、ステップＳ１０１Ａで燃焼器２からの排ガスが流れる期間のうちの所定の期間であると判定されると、遮断器１０が遮断される（ステップＳ１０２）。

なお、上記所定の期間は、燃焼器２からの排ガスが流れる期間のうちの一部であり、水素生成装置の構成、動作等により適宜設定される。

以上により、遮断器１０が遮断されている期間においては、燃焼器２からの排ガスに水素が含まれていても、ＣＯ検知器９が水素曝露されないので、第１の排ガス流路上にＣＯ検知器が配置された従来に比べ、ＣＯ検知器９が水素暴露による劣化の可能性を低減し得る。

（第２実施形態）
第２実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置において、制御器は、燃焼器からの排ガスに水素が含まれる可能性があるとき、遮断器を遮断する。

かかる構成により、第１実施形態の水素生成装置よりも水素暴露によりＣＯ検知器が劣化する可能性を低減することができる。

なお、燃焼器からの排ガスに水素が含まれる可能性がない場合、上記遮断器を開放してもよい。これにより、排ガス中のＣＯをＣＯ検知器で適切に検知できる。

以下、本実施形態の水素生成装置の具体例について、以下の実施例で述べる。

（第１実施例）
第２実施形態の第１実施例の水素生成装置は、第２実施形態の水素生成装置において、制御器は、改質器において水素含有ガスの生成を開始するとき、遮断器を遮断する。

改質器で水素含有ガスの生成を開始するとき、改質器に水蒸気が供給される。このとき、改質器に供給された水蒸発の容積に相当するガスが改質器から燃焼器に押し出される。この場合、燃焼器の燃焼状態が変化する。このとき、例えば、燃焼器の消火等により、燃焼器に押し出されたガスを燃焼器で燃焼処理できないと、燃焼器からの排ガスに水素が含まれる可能性がある。しかし、本実施例では、改質器において水素含有ガスの生成を開始するとき、遮断器を遮断するので、改質器において水素含有ガスの生成を開始するときに遮断器を遮断しない場合に比べ、ＣＯ検知器の水素暴露による劣化の可能性が低減する。

本実施例の水素生成装置は、上記特徴以外は、第２実施形態の水素生成装置と同様に構成してもよい。

［装置構成］
本実施例の水素生成装置１００は、図１と同様の構成であり、改質器１と、燃焼器２と、第１の排ガス流路８と、ＣＯ検知器９と、遮断器１０と、分岐路１１と、制御器１２とを備える。構成については第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

［動作］
図３は、第２実施形態の第１実施例の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、制御器１２により制御される。

図３に示す例では、ステップＳ１０１Ｂで改質器１において水素含有ガスの生成を開始するか否かが判定される。例えば、改質器１において水素含有ガスの生成を開始するとき、改質器１で水蒸気改質を行う場合、改質器１への水蒸気の供給が開始される。この場合、上記のとおり、燃焼器２からの排ガスに水素が含まれる可能性が生じる。

よって、ステップＳ１０１Ｂで改質器１において水素含有ガスの生成を開始すると、遮断器１０が遮断される（ステップＳ１０２）。

なお、遮断器１０が遮断された後、所定のタイミングで遮断器１０を開放してもよい。ここで、上記所定のタイミングは、燃焼器２からの排ガスに水素が含まれる可能性が低下したと想定されるタイミングであり、水素生成装置の構成、動作等により適宜設定される。

以上により、改質器１において水素含有ガスの生成を開始するとき、上記遮断器１０を遮断するので、ＣＯ検知器９の水素暴露による劣化の可能性が低減する。

（第２実施例）
第２実施形態の第２実施例の水素生成装置は、第２実施形態の水素生成装置において、制御器は、燃焼器の燃料を原料から水素含有ガスに切り替えるとき、遮断器を遮断する。

燃焼器の燃料を原料から水素含有ガスに切り替えると、燃焼器の燃焼状態が変化する。このとき、例えば、燃焼器の消火等により、燃焼器でガスを燃焼処理できないと、燃焼器からの排ガスに水素が含まれる可能性がある。しかし、本実施例では、燃焼器の燃料を原料から水素含有ガスに切り替えるとき、遮断器を遮断するので、燃焼器の燃料を原料から水素含有ガスに切り替えるときに遮断器を遮断しない場合に比べ、ＣＯ検知器の水素暴露による劣化の可能性が低減する。

本実施例の水素生成装置は、上記特徴以外は、第２実施形態の水素生成装置と同様に構成してもよい。

［装置構成］
本実施例の水素生成装置１００は、図１と同様の構成であり、改質器１と、燃焼器２と、第１の排ガス流路８と、ＣＯ検知器９と、遮断器１０と、分岐路１１と、制御器１２とを備える。構成については第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

［動作］
図４は、第２実施形態の第２実施例の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、制御器１２により制御される。

図４に示す例では、ステップＳ１０１Ｃで燃焼器２の燃料を原料から水素含有ガスに切り替えるか否かが判定される。上記のとおり、燃焼器２の燃料を原料から水素含有ガスに切り替える場合、燃焼器２からの排ガスに水素が含まれる可能性が生じる。

よって、ステップＳ１０１Ｃで燃焼器２の燃料を原料から水素含有ガスに切り替えると、遮断器１０が遮断される（ステップＳ１０２）。

なお、遮断器１０が遮断された後、所定のタイミングで遮断器１０を開放してもよい。ここで、上記所定のタイミングは、燃焼器２からの排ガスに水素が含まれる可能性が低下したと想定されるタイミングであり、水素生成装置の構成、動作等により適宜設定される。

以上により、燃焼器２の燃料を原料から水素含有ガスに切り替えるとき、上記遮断器１０を遮断するので、ＣＯ検知器９の水素暴露による劣化の可能性が低減する。

（第３実施例）
第１実施形態の第３実施例の水素生成装置は、第２実施形態及び第２実施形態の第１実施例−第２実施例のいずれかの水素生成装置において、制御器は、燃焼器の消火後、第１の排ガス流路に排ガスが流れる期間の少なくとも一部において、遮断器を遮断する。

燃焼器の消火が発生すると、第１の排ガス流路を流れる排ガスは、未燃ガスとなる。すると、燃焼器からの未燃ガスに水素が含まれる。そして、燃焼器の消火時から一定時間が経過すると、このような未燃ガスがＣＯ検知器に到達する。しかし、本実施例では、燃焼器の消火後、第１の排ガス流路に排ガスが流れる期間の少なくとも一部において、遮断器を遮断するので、燃焼器の消火後に遮断器を遮断しない場合に比べ、ＣＯ検知器の水素暴露による劣化の可能性が低減する。

本実施例の水素生成装置は、上記特徴以外は、第２実施形態及び第２実施形態の第１実施例−第２実施例のいずれかの水素生成装置と同様に構成してもよい。

［装置構成］
本実施例の水素生成装置１００は、図１と同様の構成であり、改質器１と、燃焼器２と、第１の排ガス流路８と、ＣＯ検知器９と、遮断器１０と、分岐路１１と、制御器１２とを備える。構成については第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

［動作］
図５は、第２実施形態の第３実施例の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、制御器１２により制御される。

図５に示す例では、ステップＳ１０１Ｄで燃焼器２の消火が発生したか否かが判定される。上記のとおり、燃焼器２の消火が発生した場合、燃焼器２からの未燃ガスに水素が含まれる。

よって、ステップＳ１０１Ｄで燃焼器２の消火が発生すると、燃焼器２の消火後、第１の排ガス流路８に排ガスが流れる期間の少なくとも一部において、遮断器１０が遮断される（ステップＳ１０２）。燃焼器２の消火時から一定時間が経過すると、燃焼器２からの未燃ガスがＣＯ検知器に到達する。よって、例えば、燃焼器２の消火後であって、この一定時間経過前の適時に、遮断器１０が遮断される。なお、この一定時間は、燃焼器２の出口からＣＯ検知器９までの流路の容量と、未燃ガスの流量とに基づいて算出できる。

なお、遮断器１０が遮断された後、所定のタイミングで遮断器１０を開放してもよい。ここで、上記所定のタイミングは、燃焼器２からの排ガスに水素が含まれる可能性が低下したと想定されるタイミングであり、水素生成装置の構成、動作等により適宜設定される。

以上により、燃焼器２の消火後、第１の排ガス流路８に排ガスが流れる期間の少なくとも一部において、遮断器１０を遮断するので、ＣＯ検知器９の水素暴露による劣化の可能性が低減する。

（第４実施例）
第２実施形態の第４実施例の水素生成装置は、第２実施形態及び第２実施形態の第１実施例−第３実施例のいずれかの水素生成装置において、第１の排ガス流路は、外部燃焼装置の排ガスが流れる第２の排ガス流路と合流しており、制御器は、外部燃焼装置が燃焼を開始するとき、又は燃焼を停止するとき、遮断器を遮断する。

燃焼器の第１の排ガス流路が、外部燃焼装置の排ガスが流れる第２の排ガス流路と合流している場合、外部燃焼装置が燃焼を開始するとき、又は燃焼を停止するとき、燃焼器の背圧が変化するので、燃焼器の燃焼状態が変化する可能性がある。このとき、例えば、燃焼器の消火等により、燃焼器でガスを燃焼処理できないと、燃焼器からの排ガスに水素が含まれる可能性がある。しかし、本実施例では、外部燃焼装置が燃焼を開始するとき、又は燃焼を停止するとき、遮断器を遮断するので、かかる燃焼開始及び燃焼停止のときに遮断器を遮断しない場合に比べ、ＣＯ検知器の水素暴露による劣化の可能性が低減する。
本実施例の水素生成装置は、上記特徴以外は、第２実施形態及び第２実施形態の第１実施例−第３実施例のいずれかの水素生成装置と同様に構成してもよい。

［装置構成］
図６は、第２実施形態の第４実施例の水素生成装置の一例を示す図である。

図６に示す例では、本実施例の水素生成装置１００は、改質器１と、燃焼器２と、第１の排ガス流路８と、ＣＯ検知器９と、遮断器１０と、分岐路１１と、制御器１２と、外部燃焼装置１５と、第２の排ガス流路１６と、を備える。改質器１、燃焼器２、第１の排ガス流路８、ＣＯ検知器９、遮断器１０、分岐路１１及び制御器１２については第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

第２の排ガス流路１６は、外部燃焼装置１５の排ガスが流れる流路である。第２の排ガス流路１６は外部燃焼装置１５に接続されており、外部燃焼装置１５で生成された燃焼排ガスが第２の排ガス流路１６を流れて、大気に放出される。また、第１の排ガス流路８は、外部燃焼装置１５の排ガスが流れる第２の排ガス流路１６と合流している。よって、燃焼器２で生成された燃焼排ガスは、外部燃焼装置１５からの燃焼排ガスと一緒に、第２の排ガス流路１６を流れて、大気に放出される。なお、外部燃焼装置１５として、例えば、ボイラーが例示される。

［動作］
図７は、第２実施形態の第４実施例の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、制御器１２により制御される。

図７に示す例では、ステップＳ１０１Ｅで、外部燃焼装置１５の燃焼開始又は燃焼停止が行われたか否かが判定される。上記のとおり、外部燃焼装置１５が燃焼を開始するとき、又は燃焼を停止するとき、燃焼器２からの排ガスに水素が含まれる可能性が生じる。
よって、ステップＳ１０１Ｅで外部燃焼装置１５の燃焼開始又は、燃焼停止が行われると、遮断器１０が遮断される（ステップＳ１０２）。

なお、遮断器１０が遮断された後、所定のタイミングで遮断器１０を開放してもよい。ここで、上記所定のタイミングは、燃焼器２からの排ガスに水素が含まれる可能性が低下したと想定されるタイミングであり、水素生成装置の構成、動作等により適宜設定される。

以上により、外部燃焼装置１５が燃焼を開始するとき、又は燃焼を停止するとき、遮断器１０を遮断するので、ＣＯ検知器９の水素暴露による劣化の可能性が低減する。

（第３実施形態）
第３実施形態の水素生成装置は、第１実施形態、第２実施形態及び第２実施形態の第１実施例−第４実施例のいずれかの水素生成装置において、分岐路は第１の排ガス流路をバイパスするバイパス流路であり、少なくとも２つの遮断器が、バイパス流路に設けられ、ＣＯ検知器は、２つの遮断器間のバイパス流路に設けられている。

かかる構成により、水素含有ガスを燃焼器で燃焼して排出する際のＣＯ検知器で生じる問題を、従来よりも適切に対応し得る。上記のとおり、制御器は、第１の排ガス流路に排ガスが流れる期間の一部において、上記２つの遮断器を遮断する。このため、第１の排ガス流路上にＣＯ検知器が配置された従来例に比べ、ＣＯ検知器の劣化を促進する水素ガスにＣＯ検知器が曝される可能性が低減するので、ＣＯ検知器の水素暴露による劣化の可能性が低減する。また、本実施形態では、分岐路が、第１の排ガス流路をバイパスするバイパス流路となっており、このバイバス流路にＣＯ検知器が設けられている。このため、バイパス流路を用いて排ガスがＣＯ検知器を通過するように構成できるので、ＣＯ検知器に排ガスを容易に導き得る。例えば、分岐路が、下流端が封止され、大気に開放されないよう構成されている場合に比べ、流路の径を小さくでき、かつ遮断器を小型化できる。

本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第１実施形態、第２実施形態及び第２実施形態の第１実施例−第４実施例のいずれかの水素生成装置と同様に構成してもよい。

［装置構成］
図８は、第３実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。

図８に示す例では、本実施形態の水素生成装置１００は、改質器１と、燃焼器２と、第１の排ガス流路８と、ＣＯ検知器９と、第１遮断器１０Ａと、第２遮断器１０Ｂと、分岐路１１Ａと、制御器１２とを備える。なお、図示を省略するが、本実施形態の水素生成装置１００は、図６の如く、外部燃焼装置１５及び第２の排ガス流路１６を更に備えてもよい。

改質器１、燃焼器２、第１の排ガス流路８、ＣＯ検知器９及び制御器１２については第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

分岐路１１Ａは第１の排ガス流路８をバイパスするバイパス流路１１Ａである。つまり、バイパス流路１１Ａは、第１の排ガス流路８の途中にあって、バイパス流路１１Ａの上流端において第１のガス流路８から分岐し、バイパス流路１１Ａの下流端において第１のガス流路８と連通するように構成されている。

第１遮断器１０Ａ及び第２遮断器１０Ｂは、バイパス流路１１Ａに設けられている。また、ＣＯ検知器９は、これらの第１遮断器１０Ａ及び第２遮断器１０Ｂ間のバイパス流路１１Ａに設けられている。

第１遮断器１０Ａは、第１の排ガス流路８からバイパス流路１１Ａへの排ガスの流れを遮断できれば、どのような構成であっても構わない。第１遮断器１０Ａは、例えば、バイパス流路１１Ａを開閉する開閉弁であっても構わない。

第２遮断器１０Ｂは、バイパス流路１１Ａから第１の排ガス流路８への排ガスの流れを遮断できれば、どのような構成であっても構わない。第２遮断器１０Ｂは、例えば、バイパス流路１１Ａを開閉する開閉弁であっても構わない。

以上により、第１の排ガス流路８を流れる排ガスの一部は、バイパス流路１１Ａを通る。このため、バイパス流路１１Ａを用いてＣＯ検知器９に排ガスを容易に導き得る。

［動作］
動作については、ステップＳ１０２の遮断器１０の遮断に代えて、第１遮断器１０Ａ及び第２遮断器１０Ｂを遮断すること以外は、第１実施形態、第２実施形態及び第２実施形態の第１実施例−第４実施例のいずれかの水素生成装置の動作と同様である。よって、詳細な説明は省略する。

（第４実施形態）
第４実施形態の水素生成装置は、第１実施形態、第２実施形態、第２実施形態の第１実施例−第４実施例及び第３実施形態のいずれかの水素生成装置において、制御器は、遮断器の遮断後に、遮断器を開放する。

かかる構成により、遮断器を遮断後に、遮断器が開放されるので、遮断器の開放後に排ガス中のＣＯをＣＯ検知器により適切に検知できる。

本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第１実施形態、第２実施形態、第２実施形態の第１実施例−第４実施例及び第３実施形態のいずれかの水素生成装置と同様に構成してもよい。

［装置構成］
第４実施形態の水素生成装置１００の装置構成については、第１実施形態、第２実施形態の第４実施例及び第３実施形態のいずれかの水素生成装置と同様であるので説明を省略する。

［動作］
図９は、第４実施形態の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、制御器１２により制御される。

図９に示すように、ステップＳ１０３は、図２、図３、図４、図５及び図７のステップＳ１０２における遮断器１０の遮断から続く次のステップである。

ステップＳ１０３では、遮断器１０の遮断後、所定時間が経過したか否かが判定される。ステップＳ１０３で所定時間が経過するまでは、遮断器１０を遮断させたままの状態が維持される。そして、遮断器１０の遮断後、所定時間が経過すると、遮断器１０を開放する（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０３の所定時間は、燃焼器２からの排ガス中に水素が含まれる可能性が低下したと想定される時間として、水素生成装置の構成、動作等により適宜設定される。具体的には、例えば、以下の如く設定することができる。

燃焼器２が消火した場合は、燃焼器２の消火時から燃焼器２への燃料供給停止までの停止時間が導かれる。そして、この停止時間中に燃焼器２から排出された未燃ガスがＣＯ検知器９を通り過ぎるまでの通過予測時間に基づいて、ステップＳ１０３の所定時間を設定できる。なお、この通過予測時間は、燃焼器２の出口からＣＯ検知器９までの流路の容量と、排ガスの流量とに基づいて算出できる。

また、改質器１での水素含有ガス生成開始の場合、燃焼器２の燃料を原料から水素含有ガスに切り替える場合、又は、外部燃焼装置５が燃焼開始又は燃焼停止の場合は、まず、燃焼器２の火炎が保たれているか否かが確認される。燃焼器２の火炎の保持を確認できた場合、少なくとも本確認時以降は、燃焼器２から未燃ガスが排出されていないと判断できる。よって、上記の確認時に排出されたガスがＣＯ検知器９を通り過ぎるまでの通過予測時間に基づいて、ステップＳ１０３の所定時間を設定できる。なお、この通過予測時間は、燃焼器２の出口からＣＯ検知器９までの流路の容量と、排ガスの流量とに基づいて算出できる。

なお、遮断器１０を開放するタイミングを決定するステップＳ１０３は、一例であって、本例に限定されるものではない。遮断器１０を開放するタイミングの決定方法は、ステップＳ１０３のように、遮断器１０を遮断後の経過時間でなく、他の条件に基づき決定してもよい。

（第５実施形態）
第５実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態、第２実施形態、第２実施形態の第１実施例−第４実施例、第３実施形態及び第４実施形態のいずれかの水素生成装置と、この水素生成装置から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える。

かかる構成により、水素含有ガスを燃焼器で燃焼して排出する際のＣＯ検知器で生じる問題を、従来よりも適切に対応し得る。上記のとおり、制御器は、第１の排ガス流路に排ガスが流れる期間の一部において、上記遮断器を遮断する。このため、第１の排ガス流路上にＣＯ検知器が配置された従来例に比べ、ＣＯ検知器の劣化を促進する水素ガスにＣＯ検知器が曝される可能性が低減するので、ＣＯ検知器の水素暴露による劣化の可能性が低減する。

[装置構成]
図１０は、第５実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。

図１０に示す例では、本実施形態の燃料電池システム２００は、第１実施形態、第２実施形態、第２実施形態の第１実施例−第４実施例、第３実施形態及び第４実施形態のいずれかの水素生成装置１００と、燃料電池２０とを備える。

燃料電池２０は、水素生成装置１００から供給される水素含有ガスを用いて発電する。燃料電池２０は、いずれの種類の燃料電池であってもよく、例えば、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）、固体高分子型燃料電池（ＳＯＦＣ）、又はリン酸型燃電池を用いることができる。

[動作]
燃料電池システム２００の発電運転では、燃料電池２０は、水素生成装置１００から供給される水素含有ガスを用いて発電する。

このとき、水素生成装置１００の動作は、燃料電池２０を第１実施形態、第２実施形態、第２実施形態の第１実施例−第４実施例、第３実施形態及び第４実施形態のいずれかの水素生成装置１００から供給される水素含有ガスを利用する水素利用機器と考えれば、第１実施形態、第２実施形態、第２実施形態の第１実施例−第４実施例、第３実施形態及び第４実施形態のいずれかの動作と同様である。よって、詳細な説明を省略する。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明の一態様の水素生成装置は、水素含有ガスを燃焼器で燃焼して排出する際のＣＯ検知器で生じる問題を、従来よりも適切に対応し得る。よって、本発明の一態様は、例えば、燃料電池システムに利用できる。

１ 改質器
２ 燃焼器
８ 第１の排ガス流路
９ ＣＯ検知器
１０ 遮断器
１１ 分岐路
１２ 制御器
１５ 外部燃焼装置
１６ 第２の排ガス流路
２０ 燃料電池
１００ 水素生成装置
２００ 燃料電池システム

Claims (9)

1. 原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記水素含有ガスを燃焼する燃焼器と、前記燃焼器からの排ガスが流れる第１の排ガス流路と、前記第１の排ガス流路上に設けられた分岐路と、前記分岐路に設けられたＣＯ検知器と、前記分岐路への排ガスの流入を遮断する遮断器と、前記第１の排ガス流路に排ガスが流れる期間の一部において、前記遮断器を遮断する制御器とを備え、前記ＣＯ検知器は化学センサである水素生成装置。
2. 前記制御器は、前記燃焼器からの排ガスに水素が含まれる可能性があるとき、前記遮断器を遮断する、請求項１に記載の水素生成装置。
3. 前記制御器は、前記改質器において水素含有ガスの生成を開始するとき、前記遮断器を遮断する請求項２に記載の水素生成装置。
4. 前記制御器は、前記燃焼器の燃料を前記原料から前記水素含有ガスに切り替えるとき、前記遮断器を遮断する請求項２に記載の水素生成装置。
5. 前記制御器は、前記燃焼器の消火後、前記第１の排ガス流路に排ガスが流れる期間の少なくとも一部において、前記遮断器を遮断する請求項２−４のいずれかに記載の水素生成装置。
6. 前記第１の排ガス流路は、外部燃焼装置の排ガスが流れる第２の排ガス流路と合流しており、前記制御器は、前記外部燃焼装置が燃焼を開始するとき、又は燃焼を停止するとき、前記遮断器を遮断する請求項２−５のいずれかに記載の水素生成装置。
7. 前記分岐路は前記第１の排ガス流路をバイパスするバイパス流路であり、
   少なくとも２つの前記遮断器が、前記バイパス流路に設けられ、
   前記ＣＯ検知器は、前記２つの遮断器間のバイパス流路に設けられている請求項１−６のいずれかに記載の水素生成装置。
8. 前記制御器は、前記遮断器の遮断後に、前記遮断器を開放する請求項１−７のいずれかに記載の水素生成装置。
9. 請求項１−８のいずれかに記載の水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える燃料電池システム。

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