JP5566572B2 - 燃焼装置、燃料処理装置、及び燃料電池発電システム - Google Patents

Description

本発明は、燃焼装置、燃料処理装置、及び燃料電池発電システムに関する。

従来の燃焼装置は主として、そのガス供給路と一次側（ガスインフラ側）のガス供給部とをガス配管を介して接続し、前記燃焼装置にガスを供給し、燃焼による熱を給湯等に利用する。

図９は、従来の燃焼装置の構成を示すブロック図である。図９に示すように、従来の燃焼装置は、一般的に燃焼器１０１と、その熱を水等に伝達する熱交換器１０２と、燃焼器１０１および熱交換器１０２のそれぞれにガス、燃焼用空気、熱回収用水等を供給制御する制御部品と、それら制御部品を制御する制御ユニット１０３とを有している。

さらに、ガス配管と燃焼装置のガス供給路１０４とを接続する部位の下流側にガス遮断弁１０５が設けられており、燃焼装置は、ガス遮断弁１０５、燃焼器１０１及び熱交換器１０２等を含めた全体を金属等で構成された筐体１００で覆うように構成されていることが一般的である。すなわち、ガス遮断弁１０５が、筐体１００の内部に燃焼器１０１や熱交換器１０２等とともに配置されていた（例えば、特許文献１参照。）。

こうした燃焼装置のガス漏洩に対する対策は、前記燃焼装置内にガス漏れ検知ユニット１０７が設置され、ガス漏れを検知した検知信号によって、燃焼装置の制御ユニット１０３が前記ガス遮断弁を遮断することでガス漏れを防止する構成がとられている。
特開平４−２９２７４４号公報

上記のようにガス漏洩を検知し、ガス遮断弁１０５の下流側に位置する２次側（燃焼装置側）へのガス供給を遮断する場合、ガス遮断弁１０５が正常な場合には問題は生じないが、ガス遮断弁１０５が故障している場合は、ガス遮断弁１０５自体からガス供給路１０４の外部にガスが漏洩（外部漏洩）することがあり得る。尚、この外部漏洩に対して内部漏洩とは、ガス遮断弁１０５を閉止状態にした場合であっても、ガス遮断弁１０５が壊れているためガス供給路１０４が閉止されず、ガス供給路１０４内を通じて燃焼器１０１側に可燃性ガスが供給される状態を示すものである。

このような外部漏洩が発生した場合、ガス遮断弁１０５が筐体１００の内部に燃焼器１０１や熱交換器１０２等とともに配置されているため、外部漏洩したガスが筐体１００内に充満し筐体内の体積が可燃範囲のガス混合気で充満され、爆燃気範囲となったガスが、燃焼器１０１のバーナの高温化や、制御ユニット１０３内のリレー回路や高圧部で発生するスパークにより着火するおそれがあり、安全性が低下する場合があった。

本発明は、上記従来の燃焼装置の課題を考慮し、ガス遮断弁等のガス遮断部からガス供給路の外部へのガス漏洩が発生した場合であっても、発火等の危険事象を回避し、安全性を保つことが可能な燃焼装置、燃料処理装置、及び燃料電池発電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の本発明は、
可燃性ガスを供給するためのガス供給路と、
前記ガス供給路より供給される可燃性ガスを燃焼させるための単一の燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼の制御を行う制御器と、
前記燃焼器の上流側の前記ガス供給路上に設けられ、前記制御器により制御され、前記燃焼器への可燃性ガスの供給を停止する複数のガス遮断弁と、を備え、
前記複数のガス遮断弁のうち、マイコンガスメータ内に設けられたガス遮断弁とは異なる、少なくとも前記ガス供給路の最上流の前記ガス遮断弁と、最上流の前記ガス遮断弁よりも下流の少なくとも一つのガス遮断弁、前記燃焼器及び前記制御器とは空間的に仕切られている、燃焼装置である。

又、第２の本発明は、
前記燃焼器及び前記制御器を覆うように設けられた筐体を備え、
最上流の前記ガス遮断弁は、前記筐体の外部に配置され、
最上流の前記ガス遮断弁よりも下流の少なくとも一つのガス遮断弁は、前記筐体の内部に配置されている、第１の本発明の燃焼装置である。

又、第３の本発明は、
前記筐体内の空間が大気と連通する連通口を備えた、第２の本発明の燃焼装置である。

又、第４の本発明は、
前記連通口より前記筐体内の空間内のガスを大気に排出するための換気器を備え、
前記換気器によって前記筐体内の空間内のガスが強制的に排気される、第３の本発明の燃焼装置である。

又、第５の本発明は、
前記燃焼器、前記制御器、及び１以上の前記ガス遮断弁を覆うように設けられた筐体と、
前記筐体内の、前記燃焼器及び前記制御器と、前記燃焼器及び前記制御器と空間的に仕切られた前記ガス遮断弁との間に形成された隔壁とを備え、
前記筐体及び前記隔壁によって、前記燃焼器及び前記制御器と空間的に仕切られた前記ガス遮断弁を含む第１の空間と、前記燃焼器及び前記制御器を含む第２の空間が形成されている、第１の本発明の燃焼装置である。

又、第６の本発明は、
前記第１の空間が大気と連通する第１の連通口を備えた、第５の本発明の燃焼装置である。

又、第７の本発明は、
前記第２の空間が大気と連通する第２の連通口を備えた、第５の本発明の燃焼装置である。

又、第８の本発明は、
前記第２の連通口より前記第２の空間内のガスを大気に排出するための換気器を備え、
前記換気器によって前記第２の空間内のガスが強制的に排気される、第７の本発明の燃焼装置である。

又、第９の本発明は、
前記可燃性ガスは、付臭成分を含んでいる、第１の本発明の燃焼装置である。

又、第１０の本発明は、
前記付臭成分を除去するために前記ガス供給路に設けられた付臭成分除去器を備え、
前記付臭成分除去器は、前記ガス供給路の最上流の前記ガス遮断弁の下流側に設けられている、第９の本発明の燃焼装置である。

又、第１１の本発明は、
前記最上流のガス遮断弁が正常に閉止している状態における、前記最上流のガス遮断弁よりも上流側の前記ガス供給路内の圧力が、大気圧に対して正圧である、第１の本発明の燃焼装置である。

又、第１２の本発明は、
前記燃焼器は、前記可燃性ガスを燃焼させるバーナと、前記バーナの周囲に設けられた燃焼筒とを有し、
前記燃焼器より排出された燃焼排ガスを前記燃焼器及び前記制御器側の空間の外部へと前記燃焼排ガスを導くために、前記燃焼筒に接続された燃焼排ガス流路が設けられている、第１の本発明の燃焼装置である。

又、第１３の本発明は、
第１〜１２のいずれかの本発明の燃焼装置と、
前記燃焼装置の加熱により原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器とを備えた、燃料処理装置である。

又、第１４の本発明は、
第１３の本発明の燃料処理装置と、
前記燃料処理装置より送出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た、燃料電池発電システムである。

本発明によれば、ガス遮断弁等のガス遮断部からガス供給路の外部へのガス漏洩が発生した場合であっても、発火等の危険事象を回避し、安全性を保つことが可能な燃焼装置、燃料処理装置、及び燃料電池発電システムを提供することが出来る。

以下、図面を参照して本発明にかかる実施の形態の内容を説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃焼装置の概略構成を示したブロック図である。本実施の形態の燃焼装置は、ガスインフラ側からの可燃性ガスを供給するガス供給路１と、供給された可燃性ガスを燃焼するための燃焼器４とを備えている。この燃焼器４の上流側のガス供給路１には、燃焼器４に供給する可燃性ガスの流量を調整するガス流量調整ユニット３が配置されている。更に、このガス流量調整ユニット３の上流側のガス供給路１には、可燃性ガスを遮断するためのガス遮断弁２が配置されている。このガス遮断弁２は、ノーマルクローズ型の弁であり、停電等の際には閉止状態となり、燃焼器４へ可燃性ガスが供給されることを防ぐことが出来る。

又、可燃性ガスの流量に応じた燃焼用空気を燃焼器４に供給するための燃焼空気供給ユニット５と、燃焼器４から排出された燃焼排ガスが、ガス流路３０を介して導入される熱交換器６が設けられている。このような燃焼排ガスの導入により、燃焼排ガスから熱交換器６に吸熱された熱を利用するために、熱媒体を熱交換器６に供給する熱媒体供給ユニット７が設けられている。この熱媒体供給ユニット７から熱交換器６を経て熱利用される場所まで熱媒体を送る熱媒体流路７１が設けられている。

更に、上記ガス遮断弁２、ガス流量調整ユニット３、燃焼器４、及び燃料空気供給ユニット５等の動作を制御することで、燃焼器４の燃焼動作を制御する制御ユニット１０が設けられている。

上述した、ガス流量調整ユニット３、燃焼器４、燃焼空気供給ユニット５、熱交換器６、熱媒体供給ユニット７、及び制御ユニット１０は、金属で形成された筐体８で覆われている。尚、筐体８には本発明の連通口の一例である吸気口１４が設けられ、燃焼空気供給ユニット５によって空気を燃焼器４に導入するために、外気が吸気口３２より取り入れられる。また、熱交換器６を通過した排ガスを筐体８の外部へ排気するための排ガス流路３１が設けられている。これら排ガス流路３１、熱交換器６内の燃焼排ガス流路、及びガス流路３０が、本発明の燃焼排ガス流路の一例に相当する。

又、この筐体８内には、ガス漏洩を監視するためのガス漏洩検知ユニット９が配置されている。このガス漏洩検知ユニット９は、可燃性ガスセンサを有しており、ガス漏洩検知ユニット９が、この可燃性ガスセンサによる検出値によってガスが漏洩しているか否かを判断し、ガスが漏洩していると判断した場合には、制御ユニット１０は、ガス遮断弁２を動作させ、インフラ側からのガス供給が遮断される。尚、ガス遮断弁２は、上記筐体８の外部に配置されている。

次に、本実施の形態の燃焼器４及び熱交換器６の構成について説明する。

図２は、本実施の形態の燃焼器４及び熱交換器６の構成図である。図２に示すように、燃焼器４は、ガス供給路１に接続されたバーナ４１と、バーナ４１を囲むように形成された燃焼筒４２とを備えている。この燃焼筒４２にガス流路３０が接続されており、燃焼空気供給ユニット５からの空気が供給されて可燃性ガスが燃焼されると高温のガスが熱交換器６へと供給される。このように通常、燃焼器４は、バーナ４１で生成した燃焼排ガスを筐体８内部に拡散させず、筐体８の内部雰囲気と隔離し、熱交換器６へ燃焼排ガスを送出するための隔壁として燃焼筒４２を備えている。

又、熱交換器６は、熱交換器６内を流通する高温のガス流れを複数回横切るように熱媒体流路７１がサーペンタイン形状に形成された熱交換部６１を有している。この熱交換部６１には、フィン６２が設けられており、高温のガスとの熱交換が促進される。尚、図中、バーナ４１による炎４３が示されている。

次に、本実施の形態の燃焼装置の動作について説明する。

上記燃焼装置によれば、通常の燃焼動作においては、図１に示すように制御ユニット１０が、ガス遮断弁２を開放することで可燃性ガスはガス供給路１からガス遮断弁２を通過し、ガス流量調節ユニット３にて所定量が計量され下流の燃焼器４に供給される。一方、図２に示すように計量供給されたガスに応じた燃焼用の空気が制御ユニット１０の制御により燃焼空気供給ユニット５から燃焼器４に供給され、燃焼筒４２内でバーナ４１により燃焼が行われる。燃焼した高温のガスは、ガス流路３０を通じて熱交換器６へと導入され、熱交換器６において水等の熱媒体に熱交換された後、排ガス流路３１を通じて、筐体８の外へと排気される。熱交換された水は、お湯として利用される。

また、本燃焼装置の燃焼動作を停止する場合は、制御ユニット１０が、ガス遮断弁２を閉止し、可燃性ガスの燃焼器４への供給を停止するとともに、燃焼空気供給ユニット５から燃焼器４への燃焼用空気の供給も停止する。

上述したようにガス遮断弁２を除いて、本実施の形態の燃焼装置は金属でできた筐体８で覆われており、その内部にはガス漏洩検知ユニット９が設けられ、ガスの外部漏洩が監視されている。万一、上記燃焼装置の燃焼動作中にガス漏洩が発生した場合は、ガス漏洩検知ユニット９は、可燃性ガス漏洩を検知し、検知信号を制御ユニット１０に供給する。検知信号を受けると、制御ユニット１０は、燃焼空気供給ユニット５からの燃焼用空気供給を停止させるとともに、ガス遮断弁２を遮断させ、可燃性ガスの供給を停止することにより、継続したガスの漏洩を防止し、拡大被害の防止を図る。

ここで、通常の燃焼装置の燃焼動作の停止や可燃性ガスの漏洩等によりガス遮断弁を閉じても、ガス遮断弁２自体が故障し、ガス遮断弁２からガス供給路１の外部へのガス漏洩を遮断できない場合、従来の筐体（図１の二点鎖線で示された筐体１００）では、ガス遮断弁２が筐体８の内部にあるため、筐体１００内にガスが充満するおそれがある。

例えば、ガスインフラから供給される可燃性ガスである都市ガス１３Ａの供給圧は、通常、大気圧に対して正圧（例えば、＋２ＫＰａ程度）になるよう維持されているため、例え、ガス遮断弁２からガス供給路１の外部へのガス漏洩が微少であったとしてもガス漏洩が長時間継続し、筐体１００内にガスが充満することになる。

それに対して、本実施の形態の燃焼装置では、筐体８の外側にガス遮断弁２が配置されるように構成されているため、万一ガス遮断弁２が故障し、ガス遮断弁２から外部にリークが発生しても、漏洩ガスが筐体８内に充満しない。更に、高温化した燃焼器４及び制御ユニット１０内のリレー回路や高圧部分等の可燃性ガスの着火源が筐体８に覆われ、ガス遮断弁２と空間的に仕切られているため、可燃性の漏洩ガスは、この着火源と接触せず、燃焼装置の系外へ拡散するため安全性を保つことが可能となる。

しかもガスには付臭剤がついているためガス漏洩が発生した場合には使用者が臭いでガスの漏洩を早期に発見することが可能となるため、安全性が向上し、商品性が向上することとなる。

尚、ガス遮断弁２の上流側のガス供給路１にマイコンガスメータが設けられている場合、ガス遮断弁２からガス供給路１の外部にガス漏洩が生じた場合であっても、漏洩量が一定以上であれば、マイコンガスメータの保護動作機能により、マイコンガスメータ内に設けられているガス遮断弁によってガス供給路が速やかに遮断される。

しかしながら、ガス遮断弁からの外部漏洩量が微少である場合には、保護動作機能が速やかには作動せず、例えば、３０日程度の日数が経過しないとガス供給路が遮断されない。このような場合、従来の燃焼装置のように燃焼器および制御ユニットがガス遮断弁と同一の空間内に存在する場合、同様に筐体内への漏洩量によっては、高温化した燃焼器４や制御ユニット内のリレー回路や高圧部で発生したスパークにより着火するおそれがある。

このように、本実施の形態の燃焼装置では、通常の保護動作機能を有するマイコンガスメータが設けられている場合であっても対応困難な場合があるガス遮断弁からのガスの外部漏洩の問題に対して、より安全性を保つ効果を発揮することが出来る。

尚、本実施の形態では、ガス遮断弁が１つしか設けられていないが、漏洩をより確実に防止するためにガス遮断弁が複数個設けられた構成としても良い。これらの複数のガス遮断弁は、同時に開閉の制御が行われる。

図３は、ガス遮断弁が複数設けられた場合の一例としてガス遮断弁を２つ設けた燃焼装置の構成図である。

図３に示す燃焼装置では、ガス遮断弁２とガス流量調整ユニット３との間に、更にガス遮断弁２´が設けられている。このガス遮断弁２´は、筐体８内に配置されている。

このように複数のガス遮断弁が配置されることによって、筐体８内のガス遮断弁２´が故障した場合であっても、上流側のガス遮断弁２が故障していなければガス遮断弁２が閉止されることによってガス供給路１が閉止し、ガス供給路１内のガス流れを停止することが出来るため、ガス遮断弁２´からの外部漏洩を防ぐことが可能となる。

一方、ガス遮断弁２が故障して、ガス遮断弁２から外部漏洩した場合には、外部漏洩を止めることは出来ないが、ガス遮断弁２が筐体８の外部に配置されているため、漏洩ガスが筐体８内に充満しない。そのため、筐体８内部の高温化した燃焼器４（例えば、燃焼筒４２の表面）及び制御ユニット１０内のリレー回路や高圧部分等により着火することが抑制され、安全性を確保出来る。

又、ガス遮断弁２´が、ガス遮断弁２とガス流量調整ユニット３との間ではなく、ガス流量調整ユニット３と燃焼器４との間に設けられていても良いし、ガス遮断弁２と同様に、ガス遮断弁２´も筐体８外に配置されていても良い。

なお、ガス流量調整ユニット３と燃焼器４との間にもガス遮断弁２´を配置し、合計３個のガス遮断弁が配置された構成であっても良く、燃焼器４に至るガス供給路１上に設けられるガス遮断弁の数は限定されるものではない。要するに、複数のガス遮断弁がガス供給路１に設けられている場合、少なくとも最上流のガス供給路１のガス遮断弁が筐体８の外部に配置されておりさえすればよい。これは、最上流のガス遮断弁が故障していない場合は、最上流のガス遮断弁よりも下流のガス遮断弁が故障しても、最上流のガス遮断弁が遮断することで最上流のガス遮断弁より下流のガス供給路内のガス流れが停止し、下流側のガス遮断弁からの可燃性ガス漏洩が抑制されるが、最上流のガス遮断弁が故障すると、このガス遮断弁からの可燃性ガス漏洩を抑止することができないためである。尚、このガス供給路１の最上流のガス遮断弁は、その下流のガス遮断弁とともに制御ユニット１０によって開閉制御が行われるものであり、上記マイコンガスメーター内のガス遮断弁に相当するものではない。

又、本実施の形態では、図１及び図２で説明したように燃焼器４と熱交換器６が別々に設けられているが、例えば、燃焼筒４２内に熱交換部６１が配置されることによって一体化されていてもよい。さらに、熱媒体流路７１が、燃焼筒４２の外周に巻き付けるように配置されることによって、燃焼器４と熱交換器６が一体化されていてもよい。

（実施の形態２）
図４は、本発明にかかる実施の形態２の燃焼装置のブロック図である。

本実施の形態２の燃焼装置の基本的構成は、実施の形態１と同じであるが、筐体の構成が異なっている。そのため、本相違点を中心に説明する。尚、実施の形態１と同一の構成要素については同一符号を付している。

本実施の形態２の燃焼装置では、実施の形態１と異なり、筐体１１が２つのブロック１１ａ、１１ｂに分割されており、ガス遮断弁２とそれ以外の構成部品（ガス流量調整ユニット３、燃焼器４、燃焼空気供給ユニット５、熱交換器６、及び熱媒体供給ユニット７、ガス漏洩検知ユニット９、及び制御ユニット１０）がそれぞれ別のブロック１１ａ、１１ｂ内に配置されている。尚、本発明の第１の空間の一例は、本実施の形態のブロック１１ａに相当し、本発明の第２の空間の一例は、本実施の形態のブロック１１ｂに相当する。

このような構成の燃焼装置において、前述したガス遮断弁２からガス供給路１の外部への可燃性ガス漏洩が発生した場合、ガス遮断弁２が格納されているブロック１１ａにのみ可燃性ガスが漏洩することになる。一方、燃焼器４や制御ユニット１０内は、可燃性ガスが漏洩するブロック１１ａ内には存在せず、ブロック１１ｂ内に配置されているため、漏洩した可燃性ガスが燃焼器４の高温部や制御ユニット１０内のリレー回路または高圧部で発生したスパークに接触し、着火することを抑制することが可能となる。

そのため、ガス遮断弁２からガス供給路１の外部に可燃性ガスが漏洩した場合であっても、安全性を保つことが可能となる。

さらに、ガス遮断弁２が配置されているブロック１１ａは気密体であるため可燃性ガスの漏洩が進み、ブロック１１ａ内の圧力がガス供給圧力とつりあった時点で可燃性ガスの漏洩は止まるためさらに安全性を担保することが可能である。

又、ガス遮断弁２が筐体１１で保護されているため、ガス遮断弁２を外部からの衝撃や風雨等による腐食等から保護することが可能となる。

尚、ブロック１１ａ内の空間が大気と連通するための連通口をブロック１１ａの筐体の筐体上に設けることにより、実施の形態１と同様に燃焼装置の系外へ漏洩した可燃性ガスを拡散させても良い。

また、上記実施の形態１と同様に、燃焼器４に至るガス供給路１上にガス遮断弁を複数設けてもよく、その場合は、少なくとも最上流のガス供給路１のガス遮断弁がブロック１１ａに配置されておりさえすればよく、下流のガス遮断弁は、ブロック１１ｂに配置されていても構わない。

（実施の形態３）
図５は、本発明にかかる実施の形態３の燃焼装置のブロック図である。

本実施の形態３の燃焼装置の基本的構成は、実施の形態２と同じであるが、ブロック１１ａが大気と連通する連通口を備えている点が異なる。そのため、本相違点を中心に説明する。尚、実施の形態２と同一の構成要素については同一符号を付している。

本実施の形態３の燃焼装置では、実施の形態２における２つのブロック１１ａ、１１ｂのおのおのに換気ファン１３と、換気に伴う吸気口１４が設けられている。なお、本発明の第１の連通口は、ブロック１１ａ内の空間が大気と連通し、ブロック１１ａ内に漏洩した可燃性ガスが大気に拡散排気されることが可能となる筐体１２１に設けられた開口部であり、一例としては、本実施の形態のブロック１１ａに設けられている換気ファン１３の換気口（図示せず）が挙げられる。また、ブロック１１ａに設けられている換気ファン１３が停止している場合は、ブロック１１ａに設けられている吸気口１４からもブロック１１ａ内のガスが大気に拡散排気されるので、吸気口１４も本発明の連通口として機能する。

一方、本発明の第２の連通口の一例は、ブロック１１ｂ内の空間が大気と連通し、ブロック１１ｂ内に漏洩した可燃性ガスが大気に拡散排気されることが可能となる筐体１２１に設けられた開口部であり、本実施の形態のブロック１１ｂに設けられている換気ファン１３の換気口（図示せず）が連通口の一例として挙げられる。

また、ブロック１１ｂに設けられている換気ファン１３が停止している場合は、ブロック１１ｂに設けられている吸気口１４からもブロック１１ａ内のガスが大気に拡散排気されるので、吸気口１４も本発明の連通口として機能する。また、本発明の換気器の一例は、本実施の形態の換気ファン１３に相当する。なお、本実施の形態の燃焼装置においては、本発明の連通口として、換気ファンが設けられた換気口及び吸気口の両方を備えた場合について例示したが、ブロック１１ａ及びブロック１１ｂに、それぞれ少なくとも一つの開口部が設けられていれば構わない。

このような構成の燃焼装置において、ガス遮断弁２からガス供給路１の外部へ可燃性ガス漏洩が発生した場合、ガス遮断弁２が格納されているブロック１１ａにのみ可燃性ガスが漏洩するが、ブロック１１ａは常時換気されているため漏洩した可燃性ガスは希釈された状態で換気ファン１３を介して燃焼装置の系外へ拡散排気される。更に、燃焼器１６や制御ユニット１０は、ガスが漏洩したブロック１１ａ内には存在せず、ブロック１１ｂ内に配置されているため、漏洩した可燃性ガスが燃焼器１６等の高温部や制御ユニット１０内のリレー回路や高圧部分等の着火源に接触することを抑制することが出来る。

以上より、ガス遮断弁２からガス供給路１の外部へと可燃性ガスの漏洩が発生した場合であっても、安全性を保つことが可能となる。

また、他方のブロック１１ｂの換気を行うことで、ブロック１１ｂ内の系からブロック１１ｂの空間内への可燃性ガス漏洩が生じた場合にも、ブロック１１ｂ外へと漏洩した可燃性ガスを拡散排気することが出来るため、より安全性を保つことが可能となる。

尚、ブロック１１ａに換気ファン１３がない場合でも、吸気口１４等で外気と連通した部位があれば、漏洩したガスは大気へ拡散排気されるため、ブロック１１ａ内に充満することはなく、燃焼装置の系外へ拡散するため、安全性を保つことが可能となる。しかもガスには付臭剤がついているためガス漏洩が発生した場合には、使用者が臭いでガスの漏洩を早期に発見することが可能となり安全性が向上し、商品性を向上することとなる。

又、ブロック１１ａと共に、ブロック１１ｂにも換気ファン１３を設けない構成としてもよい。

又、ブロック１１ａを換気ファン１３及び吸気口１４を設けずに密閉空間とし、ブロック１１ｂ側に、吸気口１４のみ若しくは換気ファン１３と吸気口１４を設けても良い。

又、上記実施の形態１と同様に、燃焼器４に至るガス供給路１上にガス遮断弁を複数設けてもよく、その場合は、少なくとも最上流のガス供給路１のガス遮断弁がブロック１１ａに配置されておりさえすればよく、下流のガス遮断弁は、ブロック１１ｂに配置しても構わない。

（実施の形態４）
図６は、本発明に係る実施の形態４における燃料処理装置のブロック図である。本実施の形態４の燃料処理装置は、実施の形態３の燃焼装置を用いたものであり、実施の形態３と同一の構成要素については、同一符号を付している。

本実施の形態の燃焼装置は、ガスインフラ側からのメタン等の少なくとも炭素元素及び水素元素から構成される有機化合物を含む可燃性の原料ガスを供給するガス供給路１と、供給された原料ガスを用いて改質反応によって水素含有ガスを生成するための燃料処理器１５を備えている。この燃料処理器１５では、水蒸気を用いた水蒸気改質法や、空気を用いた部分酸化改質法や、両方を併用したオートサーマル法等によって水素を発生することが出来る。

尚、本実施の形態では、水蒸気を用いた水蒸気改質法を用いているため、燃料処理器１５に水分を供給する水供給ユニット１８が設けられている。

この燃料処理器１５の上流側のガス供給路１には、供給される原料ガス中の付臭成分である硫黄を除去するための、本発明の付臭成分除去器の一例として脱硫器２７が設けられている。この脱硫器２７の上流側のガス供給路１には、燃料処理器１５に供給するガスの流量を調整するガス流量調整ユニット３が配置されている。更に、このガス流量調整ユニット３の上流側のガス供給路１には、ガスの供給を遮断するためのガス遮断弁２が配置されている。なお、上記ガス流量調整ユニット３は、脱硫器２７の下流側に設けられても構わない。

上記燃料処理器１５を加熱するための燃焼器１６が設けられており、燃料処理器１５の下流側には、燃料処理器１５によって生成された水素含有ガスを燃料処理装置の系外（燃料ガス流路１４２側）と燃焼器１６側へ分配する分配器１７が配置されている。

また、分配器１７で分配され、分配ガス流路１４１を通じて燃焼器１６に供給される水素含有ガス流量に応じた燃焼用空気を、吸気口３２より取り入れて燃焼器１６に供給する燃焼空気供給ユニット５が設けられている。燃焼器１６で燃焼した燃焼排ガスは、燃料処理器１５に導かれ、燃料処理器１５に必要な熱を供給し、その後、本発明の燃焼排ガス流路の一例に相当する排ガス流路１４０を通じて排気ガスとして排気される。

上記ガス遮断弁２、ガス流量調整ユニット３、燃料処理器１５、分配器１７、燃焼器１６、燃焼空気供給ユニット５及び水供給ユニット１８の動作等、燃焼器の動作だけでなく燃料処理装置全体の動作を制御するための制御ユニット２６が設けられている。

本実施の形態４の燃料処理装置には、実施の形態３と同様に、構成部品を覆うように、筐体１１が設けられており、筐体１１は、内側に形成された隔壁１２によって２つのブロック１１ａ、１１ｂに分割されている。一方のブロック１１ａには、構成部品のうち制御ユニット２６により動作が制御されるガス遮断弁２のみが配置されており、他方のブロック１１ｂには、ガス流量調整ユニット３、燃料処理器１５、分配器１７、燃焼器１６、燃焼空気供給ユニット５、水供給ユニット１８及び制御ユニット２６が設けられている。これらブロック１１ａ、１１ｂには、各々に換気ファン１３と、換気に伴う吸気口１４が搭載されている。

また、ブロック１１ｂ内には、その内部のガス漏洩を監視するガス漏洩検知ユニット９が配置されており、ガス漏洩検知ユニット９によるガス検知信号に基づいて制御ユニット２６がガス遮断弁２を動作させ、インフラ側からのガスの供給が遮断される。

次に、本実施の形態の燃料処理器１５及び燃焼器１６について説明する。

図７は、燃料処理器１５及び燃料処理器１５を加熱する燃焼器１６の断面構成図である。本実施の形態の燃料処理器１５は、同心円状に内筒１５１、中筒１５２、外筒１５３が配置されて構成されている。この構成により脱硫器２７から、内筒１５１と中筒１５２の間の環状空間を上方から下方へと通り、中筒１５２と外筒１５３の間の環状空間を下方から上方へと通って分配器１７へと続く流路が形成されている。

又、ルテニウムを主成分とする改質触媒１５４が、内筒１５１と中筒１５２の間の環状空間に配置されており、銅と亜鉛を主成分とする変成触媒１５５と、ルテニウムを主成分とする酸化触媒１５６が、中筒１５２と外筒１５３の間の環状空間に配置されている。尚、変成触媒を通過した後のガスに酸化ガスを送り込むための空気供給口１５７も設けられている。

一方、燃焼器１６は、上述した内筒１５１、中筒１５２，及び外筒１５３の中央に設けられたバーナ１６１と、バーナ１６１を覆うように設けられた燃焼筒１６２とを有している。又、燃焼筒１６２の壁の一部は内筒１５１によって形成されており、ガスの燃焼による熱が、内筒１５１、中筒１５２、及び外筒１５３等の筐体を介して伝熱し、改質触媒１５４、変成触媒１５５、及び酸化触媒１５６が加熱される。

上述した分配ガス流路１４１は、バーナ１６１に接続されており、分配器１７によって分配された燃料ガスがバーナ１６１に供給される。

又、燃焼筒１６２は、排ガス流路１４０に繋がっており、燃焼された排ガスは筐体１１外へと排気される。図中、バーナ１６１による炎１６３が示されている。

尚、本実施の形態の燃料処理装置を起動時には、燃料処理器１５により生成されるガスは、分配器１７によって、全てバーナ１６１側へと供給され、改質触媒１５４，変成触媒１５５，及び酸化触媒１５６が十分に加熱され、一酸化炭素濃度の低い高品質の水素含有ガスが生成されるようになると、燃料ガス流路１４２側にも供給される。

このような構成の燃料処理装置において、ガス遮断弁２からガス供給路１の外部へとガス漏洩が発生した場合、ガス遮断弁２が格納されているブロック１１ａにのみ原料ガスが漏洩するが、ブロック１１ａは常時換気されているため、漏洩した原料ガスは希釈された状態で燃料処理装置の系外へ拡散排気される。更に、燃焼器１６等の高温部は、原料ガスが漏洩したブロック１１ａ内には存在せず、ブロック１１ｂ内に配置されている。

このため、ガス遮断弁２からガス供給路１の外部へ可燃性ガスが漏洩した場合であっても、高温で原料を改質する燃料処理器１５を加熱する燃焼器１６に漏洩した可燃性ガスが接触したり、リレー回路や高圧部でスパークを発生する制御ユニット２６に漏洩した可燃性ガスが接触することを防止できるため、安全性の確保された燃料処理装置を提供することが可能となる。

また、他方のブロック１１ｂには、７００℃弱の高温で燃料を改質する燃料処理器１５やリレー回路や高圧部でスパークを発生する制御ユニット２６が配置されているので、そのブロック１１ｂの換気も行うことで、ガス遮断弁２以外のブロック１１ｂ内の系から原料ガスや水素含有ガスの漏洩が生じた場合にも、外部へと漏洩ガスを排気することが出来るため、より安全性を保つことが可能となる。

尚、ブロック１１ａに換気ファン１３がない場合でも、吸気口１４等のように外気と連通した部位があれば、漏洩したガスは大気へ拡散排気されるため、筐体１８ａ内に充満することはなく、システム系外へ拡散するため安全性を保つことが出来る。しかもガスには付臭剤がついているためガス漏洩が発生した場合には使用者が臭いでガスの漏洩を早期に発見することが可能となり安全性が向上し、商品性を向上することとなる。

又、ブロック１１ａと共に、ブロック１１ｂにも換気ファン１３を設けない構成としても良い。

又、本実施の形態では、ガス遮断弁２と他の構成部品（燃焼器１６、燃料処理器１５等）が、筐体１１及び隔壁１２で形成された別々のブロック１１ａ、１１ｂに配置され、それぞれのブロック１１ａ、１１ｂ毎に換気ファン１３及び吸気口１４が設けられている構成について説明したが、実施の形態２において説明したように、ブロック１１ａに換気ファン１３及び吸気口１４を設けず、ブロック１１ｂ側に吸気口１４のみ（図４参照）若しくは換気ファン１３及び吸気口１４を設けた構成であっても良い。更に、実施の形態１において説明したように、ガス遮断弁２が筐体に覆われずに、外気に曝されている構成であってもよいし（図１参照）、ガス供給路１に制御ユニット２６により制御されるガス遮断弁を複数備え、少なくとも最上流のガス遮断弁がブロック１１ａ内に設けられ、下流のガス遮断弁がブロック１１ｂに設けられる構成であってもよい。なお、少なくとも最上流のガス供給路１のガス遮断弁を、実施の形態１の同様に筐体８の外部に配置しても構わない。

又、本実施の形態の燃料処理器１５は、改質触媒１５４を有する改質器、変成触媒１５５を有する変成器、及び酸化触媒１５６を有するＣＯ除去器が一体となって構成されているが、改質器、変成器及びＣＯ除去器が別々に設けられていても良い。

又、本実施の形態の燃料処理器１５は、改質触媒１５４、変成触媒１５５、及び酸化触媒１５６を有しているが、一酸化炭素の濃度を減少させる必要がない場合（溶融炭酸塩形の燃料電池に用いる場合）には、酸化触媒１５６を有していなくても良く、少なくとも改質触媒１５４を有する改質器でさえあれば、改質反応によって水素を生成することが出来る。

又、本実施の形態では、燃料処理器１５は筒形状であったが、本構成に限らなくてもよい。

（実施の形態５）
図８は、本発明の燃料電池発電システムの一例としての実施の形態５における燃料電池コージェネレーションシステムのブロック図である。

本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステムは、実施の形態４の燃料処理装置を用いたシステムであり、実施の形態４と同一の構成要素については、同一符号を付している。

本実施の形態５の燃料電池コージェネレーションシステムの燃料処理器１５において用いられている改質方法は、水蒸気改質方法であるため、燃料処理器１５に水蒸気を供給するための水供給ユニット１８が設けられている。

また、燃料処理器１５の下流側には、高分子電解質膜、アノード、カソード、及びセパレータ等から構成されたセルが積層された燃料電池スタック１９が設けられている。燃料処理器１５によって生成された水素含有ガスが燃料電池スタック１９のアノードに供給される。一方、燃料電池スタック１９のカソードに空気を供給するための空気供給ユニット２０が設けられている。また、燃料電池スタック１９で発生した電力を取り出すための電力取出ユニット２１と、燃料電池スタック１９で発生した熱を回収するための熱回収ユニット２２が設けられている。

また、上記構成部品を制御駆動するための電源２３、制御用アクチュエータ２４、及び燃焼器１６の燃焼動作を含むシステム全体の動作を制御する制御ユニット２５が設けられている。

本実施の形態５の燃料電池コージェネレーションシステムは、実施の形態４の燃料処理装置と同様に、構成部品を覆うように、筐体１１が設けられており、筐体１１は、内側に形成された隔壁１２によって２つのブロック１１ａ、１１ｂに分割されている。一方のブロック１１ａには、構成部品のうち制御ユニット２５に制御されるガス遮断弁２のみが配置されており、他方のブロック１１ｂには、ガス流量調整ユニット３、燃焼空気供給ユニット５、燃料処理器１５、燃焼器１６、燃料電池スタック１９、空気供給ユニット２０、電力取出ユニット２１、熱回収ユニット２２、電源２３、制御用アクチュエータ２４、及び制御ユニット２５が配置されている。これらブロック１１ａ、１１ｂには、各々に換気ファン１３と、換気に伴う吸気口１４が搭載されている。

また、ブロック１１ｂ内には、その内部のガス漏洩を監視するガス漏洩検知ユニット９が設けられており、このガス漏洩検知ユニット９によるガス漏洩検知信号に基づいて制御ユニット２５がガス遮断弁２を動作させ、インフラ側からの原料ガス供給が遮断される。尚、制御ユニット２５は他の構成部品（ガス流量調整ユニット３等）の制御も行っている。

上記構成の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、ガス遮断弁２から原料ガス漏洩が発生した場合であっても、ガス遮断弁２と、電源、制御用アクチュエータである電気デバイス、制御ユニット２５に存在するリレー回路、及び燃料処理器等の高温部品とが、別々のブロック１１ａ、１１ｂに配置されているため、漏洩ガスが高温部品に接触したり制御ユニット２５内のリレー回路や高圧部で発生するスパークと接触して発火、ひいては爆発等が起こることを抑制することが出来る。

そのため、ガス遮断弁２から原料ガスが漏洩した場合であっても、安全性を保つことが可能となる。

尚、実施の形態４と同様に、ブロック１１ａに換気ファン１３がない場合でも、吸気口１４等のように外気と連通した部位があれば、漏洩した原料ガスは大気へ拡散排気されるため、筐体１８ａ内に充満することはなく、システム系外へ拡散するため安全性を保つことが出来る。しかもガスには付臭剤がついているためガス漏洩が発生した場合には臭いで原料ガスの漏洩を早期に発見することが可能となり安全性が向上し、商品性を向上することとなる。

又、ブロック１１ａと共に、ブロック１１ｂにも換気ファン１３を設けない構成としても良い。

又、本実施の形態では、ガス遮断弁２と他の構成部品（燃焼器１６、燃料処理器１５等）が、筐体１１及び隔壁１２で形成された別々のブロック１１ａ、１１ｂに配置され、それぞれのブロック１１ａ、１１ｂ毎に換気ファン１３及び吸気口１４が設けられている構成について説明したが、実施の形態２において説明したように、ブロック１１ａに換気ファン１３及び吸気口１４を設けず、ブロック１１ｂ側に吸気口１４のみ（図４参照）若しくは換気ファン１３及び吸気口１４を設けた構成であってもよい。更に、実施の形態１において説明したように、ガス遮断弁２が筐体に覆われずに、外気に曝されている構成であってもよいし（図１参照）、ガス供給路１に制御ユニット２６により制御されるガス遮断弁を複数備え、少なくとも最上流のガス遮断弁が、ブロック１１ａ内に設けられ、下流のガス遮断弁がブロック１１ｂに設けられる構成であってもよい。なお、少なくとも最上流のガス供給路１のガス遮断弁を、実施の形態１の同様に筐体８の外部に配置しても構わない。

又、実施の形態４、５において説明した脱硫器２７は、ガス流量調整ユニット３と燃料処理器１５の間に設けられているが、燃料処理器１５の触媒の被毒を防止出来ればよいため、燃料処理器１５の上流側であれば、ブロック１１ｂの内外問わず、いずれの位置に設けられていても良い。但し、ガス遮断弁２からガスが外部漏洩した場合に、臭いでガスの漏洩を早期に発見するために、ガス遮断弁２の下流側に脱硫器２７を設けた方が好ましい。

又、実施の形態４、５では、ガスインフラから供給される可燃性ガスに付臭成分として硫黄が含まれているため、脱硫器２７が設けられているが、付臭成分として例えば、窒素を含むイソニトリル化合物が用いられている場合には、このような窒素成分を含む付臭剤を除去する除去器を設ければよく、付臭剤の種類によって適切な除去器を設ければ良い。又、燃料処理器１５や燃料電池スタック１９内に設けられている触媒に影響を与えない付臭剤であれば、除去器を設ける必要はない。

又、上記実施の形態３〜５では、ブロック１１ａとブロック１１ｂのそれぞれの換気ファン１３は筐体１１の同じ面に設けられており、その面に対向する面にそれぞれの吸気口１４が設けられているが、この位置に限定されるものではない。但し、ガス遮断弁２から外部漏洩が発生し、換気ファン１３から排出されたガスが、ブロック１１ｂに出来るだけ吸い込まれないようにするために、ブロック１１ａの換気ファン１３と同一面や、ブロック１１ａの換気ファン１３の近傍にブロック１１ｂの吸気口１４を設けない方が好ましい。

又、実施の形態２〜５においても、図２における記載と同様に、燃焼器４、１６に至るガス供給路１のいずれかの位置に、ガス遮断弁が複数個設けられていても良い。

このように複数のガス遮断弁が設けられた場合には、臭いでガスの漏洩を早期に発見するために、実施の形態４、５における脱硫器２７は、複数のガス遮蔽弁のうち、少なくとも最上流のガス遮蔽弁の下流側に設けた方が好ましい。尚、このガス供給路１の最上流のガス遮断弁は、その下流のガス遮断弁とともに制御ユニット１０、２５、２６によって開閉制御が行われるものであり、マイコンガスメーター内のガス遮断弁に相当するものではない。

又、実施の形態１〜５では、制御ユニット１０、２５、２６と燃焼器４は、同じ筐体８、１１ｂ内に配置されているが、隔壁などを設けることによって制御ユニットと燃焼器の間が空間的に仕切られていても良い。

又、実施の形態１〜５では、ガス漏洩検知ユニット９による検出信号に基づいてガス漏洩検知ユニット９が漏洩の有無を判定しているが、ガス漏洩検知ユニット９が制御ユニット１０、２５、２６へ検出値を送信し、その検出値から制御ユニット１０、２５、２６が漏洩の有無を判定するようにしてもよい。

本発明の燃焼装置によれば、ガス遮断弁等からガス供給路の外部へのガス漏洩が発生した場合であっても、発火等の危険事象を回避し、安全性を保つことが可能な効果を有し、水素を発生する燃料処理装置、及び燃料電池コージェネレーションシステム等として有用である。

本発明にかかる実施の形態１における燃焼装置と従来例の概略構成を示したブロック図 本発明にかかる実施の形態１における燃焼器及び熱交換器の構成図 本発明にかかる実施の形態１の変形例における燃焼装置の概略構成を示したブロック図 本発明にかかる実施の形態２における燃焼装置の概略構成を示したブロック図 本発明にかかる実施の形態３における燃焼装置の概略構成を示したブロック図 本発明にかかる実施の形態４における燃料処理装置の概略構成を示したブロック図 本発明にかかる実施の形態４における燃料処理器の断面構成図 本発明にかかる実施の形態５における燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成を示したブロック図 従来の燃焼装置の概略構成を示したブロック図

符号の説明

１ ガス供給路
２ ガス遮断弁
３ ガス流量調整ユニット
４ 燃焼器
５ 燃焼空気供給ユニット
６ 熱交換器
７ 熱媒体供給ユニット
８ 筐体
９ ガス漏洩検知ユニット
１０ 制御ユニット
１１ 筐体
１１ａ、１１ｂ ブロック
１２ 隔壁
１３ 換気ファン
１４ 吸気口
１５ 燃料処理器
１６ 燃焼器
１７ 分配器
１８ 水供給ユニット
１９ 燃料電池スタック
２０ 空気供給ユニット

Claims (14)

1. 可燃性ガスを供給するためのガス供給路と、
   前記ガス供給路より供給される可燃性ガスを燃焼させるための単一の燃焼器と、
   前記燃焼器の燃焼の制御を行う制御器と、
   前記燃焼器の上流側の前記ガス供給路上に設けられ、前記制御器により制御され、前記燃焼器への可燃性ガスの供給を停止する複数のガス遮断弁と、を備え、
   前記複数のガス遮断弁のうち、マイコンガスメータ内に設けられたガス遮断弁とは異なる、少なくとも前記ガス供給路の最上流の前記ガス遮断弁と、最上流の前記ガス遮断弁よりも下流の少なくとも一つのガス遮断弁、前記燃焼器及び前記制御器とは空間的に仕切られている、燃焼装置。
2. 前記燃焼器及び前記制御器を覆うように設けられた筐体を備え、
   最上流の前記ガス遮断弁は、前記筐体の外部に配置され、
   最上流の前記ガス遮断弁よりも下流の少なくとも一つのガス遮断弁は、前記筐体の内部に配置されている、請求項１記載の燃焼装置。
3. 前記筐体内の空間が大気と連通する連通口を備えた、請求項２記載の燃焼装置。
4. 前記連通口より前記筐体内の空間内のガスを大気に排出するための換気器を備え、
   前記換気器によって前記筐体内の空間内のガスが強制的に排気される、請求項３記載の燃焼装置。
5. 前記燃焼器、前記制御器、及び１以上の前記ガス遮断弁を覆うように設けられた筐体と、
   前記筐体内の、前記燃焼器及び前記制御器と、前記燃焼器及び前記制御器と空間的に仕切られた前記ガス遮断弁との間に形成された隔壁とを備え、
   前記筐体及び前記隔壁によって、前記燃焼器及び前記制御器と空間的に仕切られた前記ガス遮断弁を含む第１の空間と、前記燃焼器及び前記制御器を含む第２の空間が形成されている、請求項１記載の燃焼装置。
6. 前記第１の空間が大気と連通する第１の連通口を備えた、請求項５記載の燃焼装置。
7. 前記第２の空間が大気と連通する第２の連通口を備えた、請求項５記載の燃焼装置。
8. 前記第２の連通口より前記第２の空間内のガスを大気に排出するための換気器を備え、
   前記換気器によって前記第２の空間内のガスが強制的に排気される、請求項７記載の燃焼装置。
9. 前記可燃性ガスは、付臭成分を含んでいる、請求項１記載の燃焼装置。
10. 前記付臭成分を除去するために前記ガス供給路に設けられた付臭成分除去器を備え、
    前記付臭成分除去器は、前記ガス供給路の最上流の前記ガス遮断弁の下流側に設けられている、請求項９記載の燃焼装置。
11. 前記最上流のガス遮断弁が正常に閉止している状態における、前記最上流のガス遮断弁よりも上流側の前記ガス供給路内の圧力が、大気圧に対して正圧である、請求項１記載の燃焼装置。
12. 前記燃焼器は、前記可燃性ガスを燃焼させるバーナと、前記バーナの周囲に設けられた燃焼筒とを有し、
    前記燃焼器より排出された燃焼排ガスを前記燃焼器及び前記制御器側の空間の外部へと前記燃焼排ガスを導くために、前記燃焼筒に接続された燃焼排ガス流路が設けられている、請求項１記載の燃焼装置。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載の燃焼装置と、
    前記燃焼装置の加熱により原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器とを備えた、燃料処理装置。
14. 請求項１３記載の燃料処理装置と、
    前記燃料処理装置より送出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た、燃料電池発電システム。

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