JP2007217222A - Hydrogen generator and fuel cell system having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、COセンサの燃焼不良検知の精度を維持するための構成を提供した燃料電池システムの水素生成器に関するものである。 The present invention relates to a hydrogen generator for a fuel cell system that provides a configuration for maintaining the accuracy of detection of combustion failure of a CO sensor.
従来この種のCOセンサは、ガス給湯器等のバーナの燃焼排ガスが流動する排気路中のCO濃度を検出するように備えられ、CO濃度検知の精度を維持するために定期的にCOセンサの温度を上昇させてクリーニング(ヒートクリーニング)を行うようにしている。クリーニングのタイミングは、ガス給湯器等の燃焼開始時に行うと、燃焼中に行われるため、COセンサの周囲に燃焼排ガスが存在し、燃焼排ガス中のHC等の物質により、COセンサの付着物質の除去が不十分になるので、燃焼停止検出手段により燃焼運転動作の停止信号を検出したときにCOセンサへの通電量を多くしてCOセンサの温度をクリーニングの温度まで高めてクリーニングを行うことにより、COセンサのクリーニングを効率良く、確実に行うことができ、燃焼運転動作やCO安全動作を長期間にわたって的確に行うことができるように構成しているものがある(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、前記従来の構成では、ガス給湯器等の燃焼運転動作の停止した状態で、COセンサのクリーニングを行いその性能の維持を図っているので、そのガス給湯器等の使用状態によるが、1日に何回も燃焼運転動作が停止する機会が得られるので、クリーニングも十分に行うことができる可能性がある。 However, in the conventional configuration, since the CO sensor is cleaned and the performance is maintained in a state where the combustion operation of the gas water heater or the like is stopped, the performance is maintained depending on the use state of the gas water heater or the like. Since there is an opportunity to stop the combustion operation many times a day, there is a possibility that the cleaning can be sufficiently performed.
しかし、燃料電池システムの水素生成器の加熱用に使用する燃焼装置は、燃焼運転動作を停止する機会がガス給湯器等に比較して非常に少ない。これは、燃料電池システムは、発電装置であり、連続で運転することが多く、燃焼運転停止動作も1週間や1月といった期間になる場合がある。水素生成器の燃焼装置では、起動時には都市ガス(13A)やLPGを燃焼させ、発電時には燃料電池から戻ったオフガス(水素主体の混合ガス)を燃焼させるので、クリーニングの機会が減少することはCOセンサの付着物質が増加してCO濃度検知の精度が低下し、また検知不良を起こすという課題を有していた。 However, the combustion apparatus used for heating the hydrogen generator of the fuel cell system has very few opportunities to stop the combustion operation compared to a gas water heater or the like. This is because the fuel cell system is a power generator, and is often operated continuously, and the combustion operation stop operation may be in a period of one week or one month. In the combustion apparatus of the hydrogen generator, city gas (13A) and LPG are combusted at startup, and off-gas (mixed gas mainly composed of hydrogen) returned from the fuel cell is combusted at the time of power generation. There is a problem in that the amount of substances attached to the sensor increases, the accuracy of CO concentration detection decreases, and a detection failure occurs.
また、オフガス中に含まれる水蒸気が多いので、燃焼排ガスの水蒸気量が増加し、COセンサに水分が吸収され、ゼロ点がずれ、正確なCO濃度検知が行われ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、水素生成器の加熱用燃焼装置の燃焼運転動作中でもCOセンサのクリーニングを行い、長期間にわたって燃焼装置を停止しないでCOセンサによる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。
In addition, since the water vapor contained in the off-gas is large, the amount of water vapor in the combustion exhaust gas is increased, moisture is absorbed by the CO sensor, the zero point is shifted, and accurate CO concentration detection is not performed. .
The present invention solves the above-mentioned conventional problems. The CO sensor is cleaned even during the combustion operation of the hydrogen generator heating combustion device, and the combustion failure is detected by the CO sensor without stopping the combustion device for a long period of time. An object of the present invention is to provide a hydrogen generator that can perform with high accuracy.
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COセンサのクリーニング動作を行うときに前記COセンサの周囲に空気を供給し、燃焼排ガスを排除するための空気供給部を備えたものである。 In order to solve the conventional problems, a hydrogen generator according to the present invention includes a reforming unit that generates a product gas containing hydrogen by a reforming reaction of a hydrocarbon-based raw material, and a combustion apparatus provided in the reforming unit. And a CO sensor that detects the component of the combustion exhaust gas of the combustion device, and an air supply unit that supplies air around the CO sensor when the cleaning operation of the CO sensor is performed and excludes the combustion exhaust gas. It is a thing.
これによって、水素生成器の加熱用燃焼装置の燃焼運転動作を停止することなく、COセンサのクリーニングを行い、COセンサの付着物や水分を除去して長期間にわたってCOセンサによる加熱用燃焼装置の燃焼不良検知を精度良く行うことができる。 As a result, the CO sensor is cleaned without stopping the combustion operation of the hydrogen generator heating combustion device, and the CO sensor deposits and moisture are removed, and the CO sensor heating combustion device is removed over a long period of time. Combustion failure detection can be performed with high accuracy.
本発明の水素生成器は、COセンサのクリーニングのために加熱用燃焼装置の燃焼運転動作を停止することがないので、長期間にわたって燃料電池システムにより発電を継続して行うことができる。 Since the hydrogen generator of the present invention does not stop the combustion operation of the heating combustion device for cleaning the CO sensor, power generation can be continuously performed by the fuel cell system for a long period of time.
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生成ガスを生成する改質部と、この改質部の加熱用の燃焼装置と、この燃焼装置の燃焼排ガスの成分検知を行うCOセンサと、このCOセンサのクリーニング動作を行うときにCOセンサの周囲に空気を供給し、燃焼排ガスを排除するための空気供給部を備えたことにより、水素生成器の加熱用燃焼装置の燃焼運転動作を停止することなく、COセンサのクリーニングを行い、COセンサの付着物や水分を除去して長期間にわたってCOセンサによる加熱用燃焼装置の燃焼不良検知を精度良く行うことができる。
第2の発明は、特に、空気供給部は、COセンサのクリーニング動作の終了後にCOセンサのゼロ点補正を行うためにCOセンサの周囲に空気を供給し、燃焼排ガスを排除することにより、COセンサの周囲や内部に残留する残留する燃焼排ガスまたはクリーニングにより生成する成分を排除し、新鮮な空気を供給してゼロ点補正の精度を向上することができる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a reforming section that generates a product gas containing hydrogen by a reforming reaction of a hydrocarbon-based raw material, a combustion apparatus for heating the reforming section, and component detection of combustion exhaust gas of the combustion apparatus. A CO sensor to be performed and an air supply unit for supplying air around the CO sensor to eliminate combustion exhaust gas when performing the cleaning operation of the CO sensor are provided. Without stopping the combustion operation, it is possible to clean the CO sensor, remove deposits and moisture on the CO sensor, and accurately detect defective combustion in the combustion apparatus for heating by the CO sensor over a long period of time.
In the second aspect of the invention, in particular, the air supply unit supplies air around the CO sensor in order to perform zero correction of the CO sensor after completion of the cleaning operation of the CO sensor, and eliminates the combustion exhaust gas. The remaining combustion exhaust gas remaining around or inside the sensor or components generated by cleaning can be eliminated, and fresh air can be supplied to improve the accuracy of zero point correction.
第3の発明は、特に、空気供給部は、燃焼装置の燃焼動作を維持しながら、COセンサのクリーニング動作を行うときにCOセンサの周囲に空気を供給することにより、燃焼排ガスをCOセンサの周囲から排除して、新鮮な空気によりクリーニング動作を行い、燃焼装置の燃焼動作中でもCOセンサのクリーニング動作を行うことで、燃焼装置を停止しないで、水素生成器の連続運転を行うことができる。
第4の発明は、特に、空気供給部は、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空気を供給し、燃焼排ガスをCOセンサの周囲から排除することにより、新鮮な空気により挿入通路内の燃焼排ガスを排気ダクトに押し出すことで、COセンサの周囲に新鮮な空気を充満させ、COセンサのクリーニング動作を確実に行うことができる。
In the third aspect of the invention, in particular, the air supply unit supplies the air around the CO sensor when performing the cleaning operation of the CO sensor while maintaining the combustion operation of the combustion device. The hydrogen generator can be continuously operated without stopping the combustion device by removing it from the surroundings, performing the cleaning operation with fresh air, and performing the CO sensor cleaning operation even during the combustion operation of the combustion device.
In the fourth invention, in particular, the air supply unit supplies fresh air to the exhaust duct by supplying air into an insertion passage provided for the CO sensor to face the exhaust duct, and removing combustion exhaust gas from the surroundings of the CO sensor. By extruding the combustion exhaust gas in the insertion passage to the exhaust duct, fresh air is filled around the CO sensor, and the cleaning operation of the CO sensor can be performed reliably.
第5の発明は、特に、空気供給部は、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供給し、センサキャップ内から燃焼排ガスを排除することにより、新鮮な空気によりセンサキャップ内の燃焼排ガスを排気ダクトに押し出すことで、センサキャップ内のCOセンサの周囲に新鮮な空気を充満させ、COセンサのクリーニング動作を確実に行うことができる。 In the fifth aspect of the invention, in particular, the air supply unit faces the CO sensor in the exhaust duct, supplies air to a sensor cap provided around the CO sensor in order to capture a part of the combustion exhaust gas, and from the inside of the sensor cap. By excluding the combustion exhaust gas, the fresh exhaust air pushes the combustion exhaust gas in the sensor cap into the exhaust duct, so that the CO sensor in the sensor cap is filled with fresh air and the CO sensor cleaning operation is ensured. It can be carried out.
第6の発明は、特に、空気供給部は、燃焼装置の送風手段により空気の供給を行うことにより、水素生成器の既存の構成部品で空気の導入を行うことができるので、新たなコストアップを防止することができる。 In the sixth aspect of the invention, in particular, the air supply unit can introduce air with the existing components of the hydrogen generator by supplying air with the air blowing means of the combustion device. Can be prevented.
また、燃焼装置の送風手段を用いるので、送風圧力や送風量の供給能力に余力があり、空気供給部に所定の空気を導入することができる。 Further, since the blowing means of the combustion apparatus is used, there is a surplus in the supply capability of the blowing pressure and the blowing amount, and predetermined air can be introduced into the air supply unit.
第7の発明は、特に、空気供給部は、独立した供給空気送風手段により空気の供給を行うことにより、一定の空気量を維持できるので供給空気送風手段を構成や制御方法で簡素化することができる。 In the seventh aspect of the invention, in particular, since the air supply unit can maintain a constant amount of air by supplying air with an independent supply air blowing unit, the supply air blowing unit can be simplified with a configuration and a control method. Can do.
また、空気供給部に対して専用の空気供給を行うので、故障した時に水素生成器の他の部分に影響を与えないでメンテナンスを行うことができる。 In addition, since dedicated air is supplied to the air supply unit, maintenance can be performed without affecting other parts of the hydrogen generator when a failure occurs.
第8の発明は、特に、空気供給部は、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空気の供給を行うことにより、燃料電池システムの既存の構成部品で空気の供給を行うことができるので、新たなコストアップを防止することができる。 In the eighth aspect of the invention, in particular, the air supply unit supplies air with the existing components of the fuel cell system by supplying air with the selective oxidation air supply means of the selective oxidation unit of the hydrogen generator. Therefore, a new cost increase can be prevented.
また、選択酸化空気手段により、一定の圧力で所定の空気量の供給を維持できるので、構成や制御方法で簡素化することができる。 Further, since the supply of a predetermined amount of air can be maintained at a constant pressure by the selective oxidizing air means, the configuration and the control method can be simplified.
第9の発明は、特に、空気供給部は、空気弁を介して選択酸化部の冷却用空気の供給を行うことにより、燃料電池システムの既存の構成部品に空気の供給を行うことができるので、新たなコストアップを防止することができる。 In the ninth aspect of the invention, in particular, the air supply unit can supply air to the existing components of the fuel cell system by supplying cooling air for the selective oxidation unit via the air valve. New cost increases can be prevented.
また、冷却用空気は、選択酸化部の温度により供給をコントロールされるので、空気弁の開閉という簡素化された構成で行うことができる。 Further, since the supply of the cooling air is controlled by the temperature of the selective oxidation unit, it can be performed with a simplified configuration of opening and closing the air valve.
第10の発明は、特に、空気供給部は、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空気の供給を行うことにより、燃料電池システムの既存の構成部品で空気の供給を行うことができるので、新たなコストアップを防止することができる。 In the tenth aspect of the invention, in particular, the air supply unit supplies air with the existing components of the fuel cell system by supplying air with the cathode air supply means for supplying air to the cathode of the fuel cell. Therefore, a new cost increase can be prevented.
また、カソード空気の一部を空気供給管に送るので、熱交換器で加熱した空気を供給することになり、空気による燃焼排ガス中の水蒸気の結露を軽減して、COセンサの水蒸気によるCO濃度検知不良を防止することができる。 In addition, since a part of the cathode air is sent to the air supply pipe, the air heated by the heat exchanger is supplied, reducing the condensation of water vapor in the combustion exhaust gas by the air, and the CO concentration by the water vapor of the CO sensor. Detection failure can be prevented.
第11の発明は、特に、空気供給部は、燃料電池のパージガスの置換空気供給手段により空気の供給を行うことにより、燃料電池システムの既存の構成部品で空気の供給を行うことができるので、新たなコストアップを防止することができる。 In the eleventh aspect of the invention, in particular, the air supply unit can supply air with the existing components of the fuel cell system by supplying air with the replacement air supply means of the purge gas of the fuel cell. New cost increase can be prevented.
また、パージガスの置換空気供給手段は、燃料電池のカソード(空気極)のパージだけに使用し、燃料電池の発電中は作動していないので、空気供給管の空気の供給に有効な活用を図ることができる。 Further, the purge gas replacement air supply means is used only for purging the cathode (air electrode) of the fuel cell and is not activated during power generation of the fuel cell, so that it is effectively utilized for supplying air from the air supply pipe. be able to.
第12の発明は、特に、空気供給部は、燃焼装置のポストパージ時に、COセンサの周囲に空気量を供給するようにして、水素生成器を冷却するときに排気される高温の空気を空気供給部から供給する空気で冷却し、COセンサが高温の雰囲気に置かれることを防止してCOセンサの寿命を向上することができる。 In the twelfth aspect of the invention, in particular, the air supply unit supplies the amount of air around the CO sensor at the time of post-purge of the combustion device so that the high-temperature air exhausted when cooling the hydrogen generator is air. It is possible to improve the life of the CO sensor by cooling with the air supplied from the supply unit and preventing the CO sensor from being placed in a high temperature atmosphere.
第13の発明は、特に、燃料電池システムに搭載するようにしたことにより、水素生成器の加熱用燃焼装置の燃焼運転動作を停止することなく、COセンサのクリーニングを行い、COセンサの付着物や水分を除去するので、燃料電池システムを長期間にわたって連続運転してもCOセンサによる加熱用燃焼装置の燃焼不良検知を長期間に精度良く行うことができ、水素生成器の燃焼排ガス中のCO濃度が上昇した時に、燃料電池システムの停止処理を確実に行うができる。 In the thirteenth aspect of the invention, in particular, since the fuel cell system is mounted, the CO sensor is cleaned without stopping the combustion operation of the combustion apparatus for heating the hydrogen generator, and the CO sensor deposits are removed. In addition, even if the fuel cell system is continuously operated over a long period of time, it is possible to accurately detect the combustion failure of the heating combustion device using the CO sensor over a long period of time, and the CO in the exhaust gas of the hydrogen generator When the concentration rises, the fuel cell system can be reliably stopped.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1、図2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。
(Embodiment 1)
1 and 2 are configuration diagrams of a hydrogen generator (reforming unit) according to the first embodiment of the present invention.
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システムに供給する水素を生成する改質部であり、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を水蒸気改質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。改質部1と生成ガス4から一酸化炭素を除去するための変成部(図示なし)や選択酸化部(図示なし)とで水素生成器6を構成している。
In FIG. 1, 1 is a reforming unit that generates hydrogen to be supplied to a fuel cell system using city gas (or LPG or hydrocarbon fuel) as a raw material, and 2 is a treatment in a desulfurization apparatus (not shown). 3 is a raw material gas composed of city gas (or LPG or hydrocarbon fuel) and water vapor, and 3 is a catalyst layer filled with a catalyst mainly composed of nickel or ruthenium. Is subjected to a steam reforming reaction to produce a
燃焼装置5は、で都市ガス7(またはLPG)や燃料電池から排出されるオフガス8(未反応水素ガス)、または都市ガス7(またはLPG)とオフガス8を混合して、燃料ガス9としてディストリビュータ10から噴出し、空気噴出部11の周囲から空気12を供給することにより、火炎13を形成し燃焼を行う。円管状のディストリビュータ10の先端には、燃料ガス9を噴出する複数個のノズル14がディストリビュータ10の円周方向に設けられ、燃料ガス9を放射状に噴出する構成としている。空気噴出部11は、複数個の空気噴出孔15を空気噴出部11の側面に略直角に設けている。空気噴出部11は、ディストリビュータ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。
The
空気噴出孔15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10のノズル14は、空気噴出部11の空気噴出孔15の最下段に設ける空気噴出孔17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11の底部には複数個の下部空気噴出孔18を設け、ディストリビュータ10の軸方向と平行方向に空気12の一部を噴出する構成としている。
The air ejection holes 15 are arranged in a staggered manner in the vertical direction. The nozzle 14 of the
19は、空気12を供給する空気室で、空気噴出部11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12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13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、改質器1の外部に排出される。
26は、ディストリビュータ10の中央に、ディストリビュータ10を貫通するように設ける挿入通路で、挿入通路26は、ディストリビュータ10とは、隔離して構成され、燃料ガス9が進入することはない。27は、挿入通路26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27の周囲は、絶縁用の絶縁碍子28で被覆されている。絶縁碍子28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27の先端は、燃焼室16に臨み、ディストリビュータ10の天板29に火花放電が飛ぶように、位置決めを行っている。電極27の火花放電の動作は、制御器22によりコントロールしている。
An
30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13の有無を検知している。炎検知手段30の周囲は、絶縁用の絶縁碍子31で被
覆されている。絶縁碍子31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30の先端は、燃焼室16に臨み、曲率をもって屈曲し、空気噴出部11の内壁に沿って、所定の間隙を有しながら、火炎13中に臨むように位置を決められている。炎検知手段30の装着は、空気噴出部11の上部に設ける燃焼筒23の下部の一部を拡管して設ける空間32から炎検知手段30の先端を延長して、空気噴出部11の内壁に沿って臨ませている。制御部22の指示により、炎検知手段30に交流もしくは直流の電圧を印加して、火炎13中のイオン電流を検知している。炎検知手段30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。炎検知手段30の動作は、制御器22によりコントロールしている。
33は、触媒容器24の周囲に設けられた排ガス通路で、燃焼ガス25が触媒容器24に沿って流れるように改質器1の上方に出口34を設け、燃焼ガス25を改質器1の外部に燃焼排ガス35として排出している。出口34には、筒状の排気ダクト36が連接されている。この排気ダクト36の他方は、熱交換器(図示無し)に連結し、燃焼排ガス35の熱を回収し、熱効率の低下を防止している。
33 is an exhaust gas passage provided around the
37は、排気ダクト36の途中に設けたCOセンサで、排気ダクト36に臨まされた検知部分に燃焼排ガス35の一部を取り込んで、成分を直接測定している。COセンサ37は、制御器22によりコントロールしている。
ここで、COセンサ37の構成を図2(a)、(b)により説明する。図2(a)はCO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。
Here, the configuration of the
図2(b)はCOセンサの一部切り欠き斜視図であり、COセンサは、金属製(例えば、ステンレス等)のケース42内にCO検知素子38と温度補償素子39を収納し、ケース42の一部に開口した燃焼排ガス35の取り入れ口43から流入する燃焼排ガス35の一部を受けてCO濃度の検知を行う。取り入れ口43には、メッシュ状の蓋が取り付けられ、ゴミ、水滴等の進入を防止している。CO検知素子38と温度補償素子39のケース42内での固定は、耐熱性のある樹脂材料(例えば、フェノール樹脂等)で構成する台座44を設け、そこで白金線を支えるようにしてCO検知素子38と温度補償素子39を空中に露出するように配置している。CO検知素子38と温度補償素子39の間には、台座44から仕切り部45を立設して、CO検知素子38と温度補償素子39の周囲に燃焼排ガス35の同一条件の流れが並行に流れるようにしている。台座44や仕切り部45は、白金線の絶縁を行い、形状の精度を向上させるために樹脂材料で構成している。
FIG. 2B is a partially cutaway perspective view of the CO sensor. The CO sensor houses a CO detection element 38 and a
また、図1において、COセンサ37は、CO量が所定の閾値を超えて燃焼状態が不良と判定できた時に燃料ガス9の供給を停止し、燃焼装置5を停止させる指示を行うようにしている。COセンサ37は、排気ダクト36に装着するときにその先端の検知部分を排
気ダクト36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。COセンサ37の排気ダクト36への装着は、COセンサ37のケース42の一部と排気ダクト36の外周との間にパッキン46(例えば、耐熱性のテフロン(登録商標)等の樹脂で構成する)を挟み込み、ベルト(図示なし)等で固定するようにしている。
Further, in FIG. 1, the
47は、排気ダクト36の途中に連通する空気供給部で、送風手段21から送風管48を介して新鮮空気49を排気ダクト36内に導入している。空気供給部47は、排気ダクト36のCOセンサ37装着部分の上流(燃焼排ガス35の流れに対して上流であり、例えば、燃焼排ガス35が上昇する流れのときは、COセンサ37の下方に設けることになる)に設けている。送風管48の途中には、開閉弁50が設けられている。
制御器22により、COセンサ37のクリーニング動作を行うときは、燃焼装置5の燃焼動作中に、開閉弁50を開放し、新鮮空気49を排気ダクト36内に導入し、排気ダクト36中に流通する燃焼排ガス35を新鮮空気49で排除し、COセンサ37の周囲に燃焼排ガス35が流入しないようにしている。開閉弁50は、電動式のバルブまたはダンパーで構成している。制御器22は、COセンサ37のクリーニング動作を燃焼装置5の連続燃焼時間の積算時間から一定時間ごとに行うか、または、日々の定刻ごとにきめられた時間ごとに行うかインプットされている。COセンサ37のクリーニングは、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)に加熱されている状態を更に電流を増加させ高温(450〜600℃)にすることで、COセンサのCO検知素子38や温度補償素子39の付着物や水分を除去するようにしている。
When performing the cleaning operation of the
51は、触媒層3の温度を検知する温度検知部で、水素生成器6を作動しているときは、
制御部22が、この温度検知部51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51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51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。
51 is a temperature detection part which detects the temperature of the
The
52は、断熱材で、改質部1の放熱を減少させ、熱効率を向上させるために改質部1の周囲に設けている。断熱材52は、グラスウールやセラミック繊維等の耐熱材料で構成している。
A
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、作用を説明する。
About the
まず、水素生成器6の起動時は、制御部22により送風手段21を作動し、燃焼用の空気12を送風する。空気12は、送風ダクト20を通り空気室19に流入し、空気噴出部11の空気噴出孔15から燃焼室16に供給される。ここで、ディストリビュータ10のノズル14から燃焼速度や流量の異なる都市ガス7(またはLPGまたは炭化水素系燃料)の燃料ガス9を噴出すると、このディストリビュータ10から放射状に噴出された燃料ガス9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12とが衝突し混合する。この時、ディストリビュータ10の中央に、ディストリビュータ10を貫通するように設ける挿入通路26から燃焼室16に臨ませた電極27により、火花放電が行なわれ、燃料ガス9に着火が行なわれる。燃料ガス9は空気噴出部11の開口部方向へ流れて行くが、空気噴出部11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9の流路断面積が連続的に拡大し、それによって燃料ガス9の流速が減少し、その流速が都市ガス7の燃焼速度と同等またはそれ以下となった場所で、部分的な予混合の火炎13を生じて燃焼する。この燃焼により改質器1の触媒層3を加熱し、水蒸気改質反応を促進し生成ガス
4を発生させる。
First, when the
また、燃料電池システムの発電時は、水素生成器6から燃料電池(図示なし)に供給された生成ガス4の残りとして排出されるオフガス8(未反応水素ガス)を燃料ガス9として使用し、改質器1の触媒層3を加熱し、水蒸気改質反応を促進していく。
During power generation of the fuel cell system, off-gas 8 (unreacted hydrogen gas) discharged as the remainder of the
このとき、COセンサ37で燃焼排ガス35中のCO濃度を連続測定し、火炎13の状態を評価する。例えば、送風手段21が排気閉塞や給気閉塞により火炎13が空気不足になりCOを発生すると、COセンサ37で検知してその信号を制御器22に送る。制御部22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閾値の信号)を超える時は、燃焼装置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、制御部22は、水素生成器6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9の供給不良による供給量の減少により、火炎13が空気過剰になりCOを発生しても、同じようにCOセンサ37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。また、炎検知手段30では、火炎13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22により所定のデータ信号が得られているかを判定し、異常があれば燃焼装置5を停止させ安全を確保するようにしている。
At this time, the CO concentration in the
燃焼装置5の燃焼動作が継続中に、制御器22は、所定の積算時間または時刻になると開閉弁50を開放し、新鮮空気49を排気ダクト36内に導入し、排気ダクト36中に流通する燃焼排ガス35を新鮮空気49で排除し、COセンサ37の周囲に燃焼排ガス35が流入しないようにしている。この新鮮空気49中で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、電流が流れるが、この電流を増加させ高温(450〜600℃)にすることで、COセンサのCO検知素子38や温度補償素子39の付着物や水分を除去するようにして、COセンサのクリーニングを燃焼装置5の燃焼動作中に定期的に行い、COセンサ37の検知性能を長期間維持するようにしている。
While the combustion operation of the
以上のように、本実施の形態においては、水素生成器6の加熱用燃焼装置5の燃焼運転動作を停止することなく、COセンサ37のクリーニングを行い、COセンサ37の付着物や水分を除去して長期間にわたってCOセンサ37による加熱用燃焼装置5の燃焼不良検知を精度良く行うことができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、燃焼装置5をCOセンサ37のクリーニング動作のために停止する必要がないので、水素生成器6の連続運転が可能となり水素の生成を長期間維持することができる。
Further, since it is not necessary to stop the
また、クリーニング動作を行うときに新鮮空気49を空気12から分配するので、送風機の能力を十分に利用して新鮮空気49を増加し、COセンサ37の周囲から燃焼排ガス35を排除して、不純物の含まれない新鮮空気49中の酸素によりクリーニングを確実に行うことができる。
In addition, since
また、送風管48の途中に開閉弁50を設けて、クリーニング動作以外は、送風管48を閉止するので、燃焼装置5作動時の燃焼排ガス35の送風管48への逆流を防止して燃焼排ガス35のCO濃度検知精度の低下を防止することができる。
In addition, since the opening / closing
また、COセンサ37は、接触燃焼式を採用しているので、燃焼排ガス35中の水素成分にも感度があるので、オフガス8の燃焼状態が変化して、燃料ガス9中の水素が多量にスリップしても燃焼装置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。
In addition, since the
また、火炎13の有無を炎検知手段30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、COセンサ37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。
Further, since the flame detection means 30 determines the presence or absence of the
また、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、このCOセンサ37の信号から燃焼装置5の燃焼状態が不良と判定できた時に燃焼装置5を停止させる制御部22を備えたので、燃焼用の空気12の変動や燃料ガス9の変動により火炎13が燃焼不良になった時に、COセンサ37により燃焼排ガス35の成分を直接測定することにより、燃焼不良状態が判定できるので、精度良く燃焼装置5を停止し、水素生成器6(燃料電池システム)の安全性を確保することができる。
In addition, a
また、燃料ガス9を周囲方向に噴出するディストリビュータ10と、このディストリビュータ10を囲むように周囲から中央方向に空気12を噴出する空気噴出部11を設けたので、燃料ガス9と空気12の混合を促進し、火炎13を短炎化し、水素生成器6の小型化を行うことができる。
Further, since the
また、燃料ガス9と空気12が混合を促進するためにノズル14と最下段の空気噴出孔17を略対向して配置しているので、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13は常に安定した状態を維持し、燃焼排ガス35の特性を向上できる。
Further, since the nozzle 14 and the lowermost air ejection hole 17 are arranged substantially opposite to promote the mixing of the
また、下部空気噴出孔18を介して空気12を燃料ガス9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9と空気12の混合をより良好にすることができる。この空気12は、単にガスの混合を良くするのみではなく、燃焼ガス9の流量に対して空気12の流量が相対的に過剰に供給した場合でも火炎13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。
Further, since the air 12 is ejected from the position intersecting the
また、ディストリビュータ10のノズル14から都市ガス7(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8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る。
Further, since the city gas 7 (or LPG or hydrocarbon fuel) or the
また、ディストリビュータ10からは常に都市ガス7(またはLPGまたは炭化水素系燃料)またはオフガス8が噴出するので、ディストリビュータ10が冷却され、火炎13で過熱されず、長期間の使用に耐えることができる。
Further, since the city gas 7 (or LPG or hydrocarbon fuel) or the
なお、COセンサ37で検知してその信号を制御部22に送り、制御部22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、燃焼装置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が、制御部22により、COセンサ37の信号が所定の値よりも低い値で、送風手段21をコントロールして(例えば、所定の値よりも低いCOの値でも空気12を増加させてCO濃度を低減し、CO濃度が上昇するごとにこの動作を繰り返す)、送風手段21の能力の限界になった時にCOセンサ37が前記の所定の値を超える場合は、燃焼装置5を停止するようにすることも可能である。
また、空気供給部47は、COセンサ37のクリーニング動作の終了後にCOセンサ37のゼロ点補正を行うためにCOセンサ37の周囲に空気を供給し、燃焼排ガス35を排除するようにしている。
The signal is detected by the
The
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。
About the
燃焼装置5の燃焼動作中に、COセンサ37のゼロ点補正動作を行うときは、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の一部を送風管48に導入し、排気ダクト36内のCOセンサ37装着位置の上流から新鮮空気49として供給し、COセンサ37の上流で燃焼排ガス35の流れを新鮮空気49で変化させ、COセンサ37の周囲から燃焼排ガス35を除去して行うようにしている。制御器22では、新鮮空気49中でのCOセンサ37の出力値をゼロ点として再設定している。
When the zero point correction operation of the
以上のように、本実施の形態においては、COセンサ37に燃焼排ガス35が到達する前に新鮮空気49でCOセンサ37の周囲を充満するので、新鮮空気49をベースとしたゼロ点を精度よく再設定でき、COセンサ37の長期間の連続使用に対して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。
As described above, in the present embodiment, the
また、クリーニング動作の終了後にCOセンサ37の周囲に新鮮空気49を供給するので、COセンサ37の周囲や内部に残留する残留する燃焼排ガス35またはクリーニングにより生成する成分を排除してゼロ点補正の精度を向上することができる。
In addition, since
また、空気供給部47は、排気ダクト36に送風管48を連通させる簡素な構成なので、コストアップも低く抑えることができる。
Moreover, since the
なお、COセンサ37のゼロ点補正を行うときに、初期のゼロ点の出力値とその後定期的に行うゼロ点補正のゼロ点出力値の変異を比較するようにすれば、COセンサ37の劣化状況が判定でき、変異が所定の値を超えることでCOセンサ37の交換時期を指示することも可能である。
Note that when the zero point correction of the
さらに、空気供給部47は、燃焼装置5の燃焼動作を維持しながら、COセンサ37のクリーニング動作を行うときにCOセンサ37の周囲に新鮮空気49を供給するようにしている。
Further, the
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。燃焼装置5の燃焼動作中にCOセンサ37のクリーニング動作を行うときは、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の一部を送風管48に導入し、排気ダクト36内のCOセンサ37装着位置の上流から新鮮空気49として供給し、COセンサ37の上流で燃焼排ガス35の流れを新鮮空気49で変化させ、COセンサ37の周囲から燃焼排ガス35を除去して行うようにしている。これにより、燃焼装置5を停止することなく、COセンサ37のクリーニング動作をおこなうようにしている。
About the
以上のように、本実施の形態においては、燃焼排ガス35をCOセンサ37の周囲から排除して、新鮮空気49によりクリーニング動作を行い、燃焼装置5の燃焼動作中でもCOセンサ37のクリーニング動作を行うことで、燃焼装置5を停止しないで、水素生成器6の連続運転を行うことができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、燃焼装置5をCOセンサ37のクリーニング動作のために停止する必要がないので、水素生成器6の連続運転が可能となり水素の生成を長期間維持することができる。
さらに、図1において、空気供給部47は、燃焼装置5の送風手段21により新鮮空気49の供給を行うようにしている。空気供給部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。
Further, since it is not necessary to stop the
Further, in FIG. 1, the
About the
燃焼装置5の燃焼動作中にCOセンサのクリーニング動作を行うときは、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の一部を送風管48に供給し、この送風管48を介して排気ダクト36に新鮮空気49を導入し、COセンサ37の周囲から燃焼排ガス35を排除している。この時、送風手段21は、制御部22により、燃焼装置5の燃焼動作に必要な空気12に加えて、新鮮空気49を送るように送風手段21のコントロール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、空気供給部47は、燃焼装置5の送風手段21により新鮮空気49の供給を行うことにより、燃焼装置5の既存の構成部品である送風手段21で、新鮮空気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。
When performing the cleaning operation of the CO sensor during the combustion operation of the
As described above, in the present embodiment, the
また、燃焼装置5の送風手段21を用いるので、送風圧力や送風量の能力に余力があり、空気供給部47に所定の新鮮空気49を導入することができる。
Further, since the blowing means 21 of the
(実施の形態2)
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を示す部分断面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the
図3において、空気供給部47は、排気ダクト36にCOセンサ37を臨ませるために設けた挿入通路53内に新鮮空気49を供給し、燃焼排ガス35をCOセンサ37の周囲から排除するようにしている。COセンサ37の取り付けは、挿入通路53の取り付け部54にパッキン55(例えば、耐熱性のテフロン(登録商標)等の樹脂を使用している)を介してCOセンサ37をビス等で固定するようにしている。挿入通路53は、COセンサ37の装着時にその組み立て性の向上のため設けている。
In FIG. 3, the
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。
About the
燃焼装置5の燃焼動作中にCOセンサ37のクリーニング動作を行うときは、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の一部を送風管48に供給し、この送風管48を介して排気ダクト36に設けた挿入通路53内に新鮮空気49を供給し、挿入通路53に侵入する高温の燃焼排ガス35を排除することで挿入通路53内のCOセンサ37の周囲を新鮮空気で充満し、クリーニング動作を行うようにしている。
When the cleaning operation of the
以上のように、本実施の形態においては、新鮮空気49により挿入通路53内の燃焼排ガス35を排気ダクト36に押し出すことで、COセンサ37の周囲に新鮮空気49を充満させ、COセンサ37のクリーニング動作を確実に行うので、ことができる
挿入通路53に侵入する燃焼排ガス35を排除するので、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。
As described above, in this embodiment, the
(実施の形態3)
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を示す部分断面図である。
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing the
図4において、空気供給部47は、排気ダクト36にCOセンサ37を臨ませ、燃焼排ガス35の一部を取り込むためにCOセンサ37の周囲に設けたセンサキャップ56に新鮮空気49を供給し、COセンサ37のクリーニング動作を行うようにしている。センサキャップ56は、COセンサ37に燃焼排ガス35の一部を取り込むときにその流速を押さえ、均一な流れを形成するために設けている。センサキャップ56は、挿入通路53にパッキン55を介してCOセンサ37と友締めにより固定するようにしている。
In FIG. 4, the
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。
About the
燃焼装置5の燃焼動作中にCOセンサ37のクリーニング動作を行うときは、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の一部を送風管48に供給し、この送風管48を介して挿入通路53内に設けたセンサキャップ56内に新鮮空気49を供給し、センサキャップ56内に侵入する燃焼排ガス35を排気ダクトに押し出すことで、センサキャップ56内のCOセンサ37の周囲に新鮮空気49を充満させるようにしてクリーニング動作を確実に行うようにしている。
When the cleaning operation of the
以上のように、本実施の形態においては、センサキャップ56内に新鮮空気49を供給するので、短時間で新鮮空気49によりCOセンサ37の周囲を新鮮空気49で置換し、確実にCOセンサ37のクリーニング動作を行うことができる。
As described above, in the present embodiment, since the
また、センサキャップ56内に残る燃焼排ガス35を新鮮空気49で定期的に置換するので、COセンサ37の周囲を定期的に掃除して、CO濃度検知のばらつきを低減することができる。
In addition, since the
(実施の形態4)
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を示す断面図である。
(Embodiment 4)
FIG. 5 is a sectional view showing a
図5において、空気供給部47は、独立した供給空気送風手段57により新鮮空気49の供給を行うようにしている。供給空気送風手段57は、新鮮空気49を導入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22により供給空気送風手段57のコントロールを行うようにしている。
In FIG. 5, the
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。
About the
燃焼装置5の燃焼動作中にCOセンサのクリーニング動作を行うときは、供給空気送風手段57により、新鮮空気49を空気供給部47から送風管48を介して排気ダクト36内に供給している。制御部22は、供給空気供給手段57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。
When the CO sensor cleaning operation is performed during the combustion operation of the
以上のように、本実施の形態においては、空気供給部47は、独立した供給空気送風手段57により新鮮空気49の供給を行うことにより、一定の空気量で新鮮空気49を維持できるので供給空気送風手段57を構成や制御方法で簡素化することができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、空気供給部47に対して、単独で新鮮空気49の供給を行うので、故障した時に水素生成器6の他の部分に影響を与えないで交換のメンテナンス等を行うことができる。
In addition, since
なお、供給空気供給手段57を送風機で構成するとあるが、高圧を出せるポンプやブースターを使用することも可能である。 Although the supply air supply means 57 is constituted by a blower, it is also possible to use a pump or a booster capable of producing a high pressure.
なお、燃焼装置5の燃焼動作中にクリーニング動作を停止しているときは、送風管48に燃焼排ガス35が逆流しないように、送風管48の途中に開閉弁50を設け、送風管48を閉止することも可能である。
When the cleaning operation is stopped during the combustion operation of the
なお、燃焼装置5の燃焼動作中にクリーニング動作を停止しているときは、送風管48
に燃焼排ガス35が逆流しないように、COセンサ37のCO検知に影響を与えないような量の新鮮空気49を送風管48から排気ダクト36に導入することも可能である。
When the cleaning operation is stopped during the combustion operation of the
In order to prevent the
(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を示す断面図である。
(Embodiment 5)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a
図6において、空気供給部47は、水素生成器6の選択酸化部58の選択酸化空気供給手段59により、選択酸化用空気61の一部から新鮮空気49の供給を行うようにしている。水素生成器6は、改質部1と生成ガス4から一酸化炭素を除去するための変成部60や選択酸化部58とで構成している。選択酸化空気供給手段59は、この選択酸化部58に選択酸化用空気61を供給して生成ガス4中のCO(一酸化炭素を酸化してその濃度を低下させている)を除去している。
選択酸化部58と選択酸化空気供給手段59は、選択酸化空気供給管62で連通している。
選択酸化空気供給管62の途中に選択酸化空気弁63が設けられている。選択酸化空気弁63は、電動式のバルブやダンパーで構成している。選択酸化空気弁63と選択酸化空気供給手段59の途中の選択酸化空気供給管62から送風管48が分岐され、空気供給部47に連結されている。この構成により、選択酸化供給手段59から新鮮空気49を空気供給部47に送るようにしている。選択酸化供給手段59は、選択酸化用空気61を供給するために供給圧力が取れるポンプまたはブースターまたは送風機等で構成している。
In FIG. 6, the
The
A selective oxidation air valve 63 is provided in the middle of the selective oxidation air supply pipe 62. The selective oxidation air valve 63 is constituted by an electric valve or a damper. A blowing pipe 48 is branched from a selective oxidizing air supply pipe 62 in the middle of the selective oxidizing air valve 63 and the selective oxidizing air supply means 59, and is connected to the
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。
About the
燃焼装置5の燃焼動作中にCOセンサ37のクリーニング動作を行うときは、制御部22の指示により、送風管48の途中に設けた開閉弁50を開放し、選択酸化空気供給手段59により選択酸化空気供給管62と送風管48を介して、新鮮空気49を空気供給部47から排気ダクト36内に導入して、COセンサ37の周囲の燃焼排ガス35を排除する。この時、選択酸化空気供給手段59は、制御部22により、選択酸化用空気61に加えて、新鮮空気49を送るように選択酸化空気供給手段59のコントロールを行うようにしている。
When the cleaning operation of the
燃焼装置5の燃焼作動中にCOセンサ37のクリーニング動作を停止しているときは、選択酸化空気弁63を開放して選択酸化用空気61を選択酸化部58に供給する。このとき、送風管48の途中に設けた開閉弁50を閉止し、燃焼排ガス35が送風管48に逆流しないようにしている。以後、燃料電池システムにより発電が行われる間、選択酸化空気供給手段59により、選択酸化用空気61を供給するようにしている。
When the cleaning operation of the
以上のように、本実施の形態においては、空気供給部47は、水素生成器6の選択酸化部58の選択酸化空気供給手段59により新鮮空気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新鮮空気49の供給を行うことができるので、新たなコストアップを防止することができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、選択酸化空気供給手段59により、一定の圧力で所定の空気量の新鮮空気49を供給維持できるので、構成や制御方法で簡素化することができる。
(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を示す。
In addition, since the selective air supply means 59 can supply and maintain the
(Embodiment 6)
FIG. 7 shows a system diagram of the hydrogen generator in the sixth embodiment of the present invention.
図7において、空気供給部47は、選択酸化部58の冷却用空気65の一部から新鮮空気49の供給を行うようにしている。供給空気送風手段66は、空気弁64を介して選択
酸化部58の冷却用空気65の供給を行うようにしている。空気弁64は、電動式のバルブやダンパーで構成している。供給空気送風手段66と空気供給部47を連通する送風管48の途中に新鮮空気供給管67を分岐している。この新鮮空気供給管67を分岐している地点と空気供給部47の間の送風管48に開閉弁50を設けている。新鮮空気供給管67の他方は、選択酸化部58の周囲に設ける冷却空気通路68に連通している。この冷却空気通路68と送風管48の間の新鮮空気供給管67に空気弁64を設けている。また、選択酸化部58の温度を所定の温度範囲に保つために、制御部22により空気弁64を開閉して冷却用空気65の供給をコントロールしている。供給空気送風手段66は、冷却用空気65を供給するために供給圧力が取れるポンプまたはブースターまたは送風機等で構成している。69は、選択酸化部58の温度検知部で、熱電対またはサーミスタで構成している。
In FIG. 7, the
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。
About the
燃焼装置5の燃焼動作中にCOセンサ37のクリーニング動作を行うときは、制御部22の指示により、開閉弁50を開放して、供給空気送風手段66により送風管48を介して、新鮮空気49を空気供給部47から排気ダクト36内に導入して、COセンサ37の周囲から燃焼排ガス35を排除している。
When the cleaning operation of the
燃焼装置5が燃焼動作している時は、制御部22では、選択酸化部58の温度を温度検知部69で測定し、温度が所定の範囲を越えたときに、空気弁64を開放し冷却用空気65を冷却空気通路68に供給するようにしている。以後、燃料電池システムにより発電が行われる間、供給空気送風手段66により、冷却用空気65を供給するようにしている。また、冷却用空気65は、選択酸化部58の温度が低下したときは、空気弁64を閉止し、空気弁65を開閉することを繰り返すか供給空気送風手段66をオンオフして、選択酸化部58の温度を一定の範囲に保つようにしている。
When the
空気弁64が閉止していても供給空気送風手段66により、新鮮空気供給管67を介して空気供給部47に新鮮空気49を供給している。
Even when the
以上のように、本実施の形態においては、空気供給部47は、選択酸化部58の冷却用空気65の供給を行う供給空気送風手段66により、新鮮空気49の供給を行うことにより、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。
As described above, in the present embodiment, the
また、供給空気送風手段66は、燃焼装置5の作動中は、選択酸化部58の冷却用空気67の供給のみを行うので一定の空気を供給するという簡単なコントロールが可能であり、
空気供給部47に新鮮空気49を供給するときも容易に行うことができる。
Further, since the supply air blowing means 66 only supplies the cooling
When the
また、冷却用空気65は、選択酸化部58の温度により供給をコントロールされるので、空気弁64の開閉または供給空気送風手段66のオンオフという簡素化された構成で行うことができる。
(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を示す。
Further, the supply of the cooling air 65 is controlled by the temperature of the
(Embodiment 7)
FIG. 8 shows a system diagram of the hydrogen generator in the seventh embodiment of the present invention.
図8において、空気供給部47は、燃料電池のカソード70にカソード空気71を供給するカソード空気供給手段72により新鮮空気49の供給を行うようにしている。カソード空気用供給手段72は、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22によりカソード空気用供給手段72のコントロールを行うようにしている。カソード空気供給手段72は、カソード空気供給管73を介してカソード71の入口74に連通している。このカソード空気供給管73の途中から送風管48を分岐し、カソード空気71の一部を新鮮空気49として空気供給部47から排気ダクト36内に導入して、COセンサ37の周囲の燃焼排ガス35を排除している。送風管48の分岐した部分とカソード70の入口74との間のカソード空気供給管73の途中に空気開閉弁75を設けて、カソード70でカソード空気71を必要とする以外は、空気開閉弁75を閉止してカソード70を密閉状態に保つようにしている。カソード空気供給管73から送風管48を分岐する地点と空気供給部47の間に、開閉弁50を設け、燃焼装置5が燃焼動作し、COセンサ37のクリーニング動作を行わないときは、開閉弁50を閉止し、カソード空気71が空気供給部47から流出しないようにしている。
In FIG. 8, the
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。
About the
燃焼装置5の燃焼動作中に、COセンサ37のクリーニング動作を行うときは、制御部22の指示により、開閉弁50を開放して、カソード空気供給手段72により送風管48を介して、新鮮空気49を空気供給部47から排気ダクト36内に供給して、COセンサ37の周囲の燃焼排ガス35を排除している。制御部22では、カソード70にカソード空気71を供給するときは、空気開閉弁75を開放するようにしている。カソード70にカソード空気71が必要ない時は、空気開閉弁75を閉止している。燃焼装置5が作動している時は、カソード空気供給手段72によりカソード空気71を連続して供給し、COセンサ37のクリーニング動作を行わないときは、送風管48の開閉弁50を閉止している。
When the cleaning operation of the
以上のように、本実施の形態においては、空気供給部47は、燃料電池システムの既存の構成部品であるカソード空気供給手段72で、新鮮空気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。
As described above, in the present embodiment, the
また、カソード空気71の一部を空気供給管73に送るので、熱交換器(図示なし)で加熱した新鮮空気49を供給することになり、新鮮空気49による燃焼排ガス35中の水蒸気の結露を軽減して、COセンサ37の水蒸気によるCO濃度検知不良を防止することができる。
(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を示す。
Further, since a part of the
(Embodiment 8)
FIG. 9 shows a system diagram of the hydrogen generator in the eighth embodiment of the present invention.
図9において、空気供給部47は、燃料電池のパージガス76の置換空気供給手段77により新鮮空気49の供給を行うようにしている。置換空気供給手段77は、パージガス76を置換空気78で押し出すために供給圧力が取れるポンプまたはブースターまたは送風機等で構成している。置換空気供給手段77は、カソード空気供給管73の途中から分岐する置換空気供給管79によりカソード70の入口74と連通している。これにより、置換空気供給手段77に供給される置換空気78によりカソード70内のパージガス76を押し出し、カソード70内を置換空気78で満たすようにしている。置換空気供給管79の途中に置換空気弁80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70のパージガス76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80を閉止している。この置換空気弁80と置換空気供給手段77の間の置換空気供給管79から送風管48を分岐し、置換空気78の一部を新鮮空気49として空気供給部47から排気ダクト36内に供給して、COセンサ37の周囲から燃焼排ガス35を排除するようにしている。置換空気供給管79から送風管48を分岐する地点と空気供給部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80は、電動式のバルブやダンパーで構成している。
In FIG. 9, the
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。
About the
燃焼装置5の燃焼動作中に、COセンサ37のクリーニング動作を行うときは、制御部22の指示により、送風管47の開閉弁50を開放し、置換空気供給手段77により送風管47を介して、新鮮空気49を空気供給部47から排気ダクト36内に導入して、COセンサ37の周囲から燃焼排ガス35を排除している。
When the cleaning operation of the
制御部22では、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70のパージガス76の排出処理時に置換空気弁80を開放し、置換空気78をカソード70に供給している。それ以外の時は、置換空気弁80を閉止し、COセンサ37のクリーニング動作と同時に行わないようにしている。
In the
以上のように、本実施の形態においては、空気供給部47は、カソード70のパージガス76の置換空気供給手段77により供給空気49の供給を行うので、燃料電池システムの既存の構成部品である置換空気供給手段77を共用化することで、新たなコストアップを防止することができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、置換空気供給手段78は、燃料電池のカソード70のパージガス76の排出処理だけに使用し、燃料電池の発電中は作動していないので、空気供給部47から新鮮空気49の供給を行うことで、有効な活用を図ることができる。
Further, the replacement air supply means 78 is used only for discharging the purge gas 76 of the
(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6を示す断面図である。
図10において、空気供給部47は、燃焼装置5のポストパージ時に、COセンサ37の周囲に新鮮空気49を供給するようにして、水素生成器6を冷却するときに排気される高温の排気空気81を空気供給部47から供給する新鮮空気49で冷却している。制御器22により、改質部1の温度検知部52が所定の温度に低下するまで新鮮空気49の供給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。
(Embodiment 9)
FIG. 10 is a sectional view showing the
In FIG. 10, the
About the
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の一部を分配して新鮮空気49として排気ダクト36に供給する。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81を空気導入部47から導入する新鮮空気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、燃焼装置5のポストパージ時に、COセンサ37の周囲に新鮮空気49を供給するようにして、水素生成器6を冷却するときに排気される高温の排気空気81を冷却し、COセンサ37が高温の雰囲気に置かれることを防止して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。
(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、空気供給部47により、COセンサ37のクリーニング動作を行うために、COセンサ37の周囲に新鮮空気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。水素生成器は実施の形態1〜5に示すいずれかのものを用いることができる。
The
As described above, in the present embodiment, the
In addition, it is possible to easily control the timing of introducing the cooling
(Embodiment 10)
FIG. 11 is an overall configuration diagram showing a fuel cell system according to a tenth embodiment of the present invention.
In FIG. 11, in order to perform the cleaning operation of the
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。
About the
燃焼装置5の燃焼作動中に、COセンサ37のクリーニング動作を行うときは、制御部22の指示により、送風管47の開閉弁50を開放し、新鮮空気49を空気導入部47から排気ダクト36内に導入して、COセンサ37の周囲から燃焼排ガス35を排除し、COセンサ37のクリーニング動作を確実に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、燃料電池システム82に搭載するようにしたことにより、水素生成器6の加熱用燃焼装置5の燃焼運転動作を停止することなく、COセンサ37のクリーニング動作を行い、COセンサ37の付着物や水分を除去するので、燃料電池システムを長期間にわたって連続運転してもCOセンサによる加熱用燃焼装置の燃焼不良検知を長期間に精度良く行うことができ、水素生成器6の燃焼排ガス中のCO濃度が上昇した時に、燃料電池システムの停止処理を確実に行うができる。
When the cleaning operation of the
As described above, in the present embodiment, the
以上のように、本発明にかかる水素生成器は、加熱用燃焼装置のCOセンサの周囲に空気供給部から新鮮空気を導入し、燃焼装置の燃焼動作中にCOセンサのクリーニング動作を行い、長期間にわたって燃焼不良検知を精度良く行うことができるので、給湯機や暖房機の熱源にも適用できる。 As described above, the hydrogen generator according to the present invention introduces fresh air from the air supply unit around the CO sensor of the combustion apparatus for heating, and performs the cleaning operation of the CO sensor during the combustion operation of the combustion apparatus. Since combustion failure detection can be accurately performed over a period of time, it can be applied to a heat source of a water heater or a heater.
1 改質部
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 空気供給部
48 送風管
49 新鮮空気
50 開閉弁
DESCRIPTION OF
Claims (13)
A fuel cell system comprising the hydrogen generator according to any one of claims 1 to 12.
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