JP2006282425A

JP2006282425A - 水素生成器

Info

Publication number: JP2006282425A
Application number: JP2005102146A
Authority: JP
Inventors: Norio Yotsuya; 規夫肆矢; Katsuzo Konakawa; 勝蔵粉川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP4609157B2

Abstract

【課題】燃焼装置の燃焼排ガスの酸欠状態を解消し、ＣＯセンサにより正確な火炎の燃焼不良検知を行うこと。
【解決手段】水素生成器６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４を生成する改質部１と、改質部１の加熱用の燃焼装置５と、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、ＣＯセンサ３７の上流側から燃焼排ガス３５中に希釈空気４０を導入させ、燃焼装置５のオフガス８の燃焼において、ＣＯが多量に発生するような燃焼排ガス３５の悪化時に、燃焼排ガス３５が酸欠状態になることを防止して、ＣＯセンサ３７のＣＯ濃度検知不良を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＯセンサの検知不良を防止する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。

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センサが収納配置される収納空間と排気路の内部空間との間に微小量のみ燃焼排ガスを通過させる拡散制限体と収納空間に空気を供給し、収納空間内の燃焼排ガスを外部に排出可能な開口を設け、ＣＯセンサは、燃焼排ガスが空気にて希釈された状態でＣＯ濃度を検出す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）。
特開平０８−２３３２６１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、ＣＯセンサに対して燃焼排ガスの流速を低下させて検知出力を安定させることや燃焼排ガスの流量を微小にして検知能力の劣化を防止することを目的としており、例えば燃料電池システムから戻るオフガス（水素ガスやメタンの混合ガス）を水素生成器の加熱用の燃料とする場合、オフガスの燃焼では水素生成器の熱効率を向上させるために、低空気比で燃焼する必要があるので、ＣＯが多量に発生するときは、燃焼排ガスが酸欠状態になり、接触燃焼式のＣＯセンサではＣＯ濃度の検知ができなくなる場合がある。また、微小の酸欠状態の燃焼排ガスを収納空間で空気により希釈しようとしても均一に混合せず、正確な検知出力が得られないという課題を有していた。
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、微小な燃焼排ガスを供給しようとする拡散制限体では、結露して目詰まりし燃焼排ガスが通過できなくなる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、燃焼排ガスの酸欠状態を防止し、またオフガス中の水蒸気の影響を受けないようにして、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ようにした水素生成器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、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センサの上流側から燃焼排ガス中に空気を導入させたものである。

これによって、水素生成器の燃焼装置のオフガス燃焼において、ＣＯが多量に発生するような燃焼排ガスの悪化時に、燃焼排ガスが酸欠状態になることを防止して、ＣＯセンサのＣＯ濃度検知不良を防止することができる。

また、オフガスの燃焼排ガス中の水蒸気による結露により目詰まりを起こすような構成を除去して、空気により均一に均一に希釈された燃焼排ガスをＣＯセンサに供給し、ＣＯ濃度検知の精度を向上することができる。

本発明の水素生成器は、燃焼装置の燃焼排ガスの酸欠状態を防止し、ＣＯセンサのＣＯ濃度検知不良を防止し、検知精度の低下を防止することができる。

また、燃焼排ガス中の水蒸気による結露の影響を防止して、水素生成器の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センサの上流側から燃焼排ガス中に空気を導入させたことにより、ＣＯが多量に発生するような燃焼排ガスの酸欠状態を解消して、ＣＯセンサ（接触燃焼方式のＣＯセンサ）の検知不良を防止することができる。

また、オフガス中に含まれる水蒸気とオフガスが燃焼して生成する水分が燃焼排ガス中に多量に含まれても、空気と均一に混合してＣＯセンサに供給したことにより、ＣＯ濃度検知の精度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ＣＯセンサは、接触燃焼式で構成したことにより、ＣＯ濃度検知部の温度を燃焼排ガスの温度よりも高く設定したので、水素生成器の燃焼装置の燃焼排ガス雰囲気においても耐熱性を維持して、ＣＯ濃度検知を精度良く行うことができる。

また、接触燃焼式のＣＯセンサにより、水素生成器の起動時の燃焼装置に使用する都市ガス等の炭化水素系の燃料と燃料電池システムの発電中の燃焼装置に使用するオフガス（水素が多量に燃焼排ガス中に残っていても）のどちらの燃焼排ガス中のＣＯ濃度検知も行うことができる。

第３の発明は、特に、第１の発明または第２の発明の空気供給管は、改質部に連通する排気ダクト内の燃焼排ガスの流れに対向するように臨ませたことにより、燃焼排ガスに空気を衝突させて拡散させ、燃焼排ガスと空気を均一に形成するので、ＣＯセンサによるＣＯ濃度検知の精度を向上することができる。

第４の発明は、特に、第１〜３の発明のいずれかの発明の空気供給管は、排気ダクトの垂直通路に臨まされ、上昇する燃焼排ガスの流れに対向するように開口したことにより、燃焼排ガス中の水蒸気が空気供給管内で結露しても排気ダクトに落下するので、空気の導入時の流量を低下させないで、燃焼排ガスの空気による希釈を安定に維持することができる。

第５の発明は、特に、第１〜４の発明のいずれかの発明の空気供給管は、燃焼装置の送風手段により空気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。

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、空気供給管に所定の空気を導入することができる。

第６の発明は、特に、第１〜４の発明のいずれかの発明の空気供給管は、独立した導入空気送風手段により空気の導入を行うことにより、一定の空気量を維持できるので導入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。

また、空気供給管に対して専用の空気供給を行うので、故障した時に燃料電池システム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。

第７の発明は、特に、第１〜４の発明のいずれかの空気供給管は、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。

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導入を維持できるので、
構成や制御方法で簡素化することができる。

第８の発明は、特に、第７の発明の導入空気送風手段は、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。

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。

第９の発明は、特に、第１〜４の発明のいずれかの発明の空気供給管は、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。

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導入することになり、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。

第１０の発明は、特に、第１〜４の発明のいずれかの発明の空気供給管は、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。

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導入に有効な活用を図ることができる。

第１１の発明は、特に、第１〜１０の発明のいずれかの発明の空気供給管から導入する空気は、燃焼装置の燃焼量の大きさに合わせて変化させたことにより、オフガス中の水蒸気量が多い定格の燃焼量の時は、空気供給管から導入する空気を減少させ、水蒸気量の少ない燃焼量の小さい時は、空気を増加し、空気による燃焼排ガスの冷却を防止しながら、燃焼排ガス温度を一定に維持し、ＣＯセンサの燃焼排ガス温度によるばらつきを防止して、ＣＯ濃度検知の精度を向上することができる。

第１２の発明は、特に、第１〜１１の発明のいずれかの発明の空気供給管から導入する空気は、燃焼装置のポストパージ時に、空気量を増加させたことにより、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管から導入する空気で冷却し、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。

第１３の発明は、特に、第１〜１２の発明のいずれかの発明の水素生成器を燃料電池システムに搭載するようにしたことにより、水素生成器の燃焼排ガス中のＣＯ濃度が上昇した時に、燃焼排ガスの酸欠状態を解消して、ＣＯセンサの検知不良を防止し、燃料電池システムの停止処理を精度良く行うができる。

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。

（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水素生成器（改質部）の構成図である。
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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、接触燃焼式のＣＯセンサで構成し、高温の燃焼排ガス３５中のＣＯ濃度を測定して、その信号を制御器２２に送る。制御器２２では、信号の大きさにより火炎１３から発生するＣＯ量を換算して燃焼状態を評価し、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。また、接触燃焼式では、燃焼排ガス３５中のＣＯを検知部分で触媒燃焼させその温度上昇を電気抵抗に変換して電圧出力として取り出すようにしている。

３８は、排気ダクト３６の途中に連通する空気供給管で、送風手段２１から送風管３９を介して希釈空気４０を排気ダクト３６内に導入している。空気供給管３８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。希釈空気４０は、排気ダクト３６内で燃焼排ガス３５と混合し、燃焼排ガス３５中の酸素濃度を上昇させ、希釈排気ガス４１としてＣＯセンサ３７に供給される。

４２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４２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。

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。

まず、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。

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。

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、空気供給管３８により、送風手段２１から希釈空気４０を導入し、燃焼排ガス３５に空気を混入し、希釈排気ガス４１を形成する。この希釈排気ガス４１が排気ダクト３６を通過することにより、ＣＯセンサ３７に希釈排気ガス４１が供給される。希釈排気ガス４１には、常に酸素が存在し、その酸素を使用して接触燃焼式のＣＯセンサ３７の検知部分の触媒燃焼を可能にしている。これにより、オフガス８を燃焼したときの低空気比燃焼（改質器１の熱効率向上のため、余分な空気を抑制するための燃焼）において、火炎１３空気不足になり多量のＣＯ（一酸化炭素）が発生し、燃焼排ガス３５中の酸素が消費され酸欠状態になっても、空気供給管３８から導入される希釈空気４０により、ＣＯセンサ３７に酸素が供給され、ＣＯ濃度の検知不良を防止するようにしている。

このとき、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。都市ガス７は、燃料中に炭化水素が多いので、イオン電流が多く流れ、電圧値または電流値が大きく測定できる。また、改質部１が充分に加熱され、原料ガス２から生成ガス４が発生すると、発電に使用されない生成ガス４の残りをオフガス８として供給し燃焼を行うようにしている。しかし、オフガス８は、その成分の主体が水素のため炭化水素の濃度が少ないので、イオン電流が減少し、火炎１３の変化を出力として得ることが困難になる。そこで、炎検知手段３０では、火炎１３の有無だけを判定し、失火、消火等の確認を行い、ＣＯセンサ３７を補完するような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、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の上流側から燃焼排ガス３５中に希釈空気４０を導入させたので、燃焼排ガス３５の酸欠状態を解消して、ＣＯセンサ（接触燃焼方式のＣＯセンサ）３７の検知不良を防止することができる。

また、オフガス８中に含まれる水蒸気とオフガス８が燃焼して生成する水分が燃焼排ガス３５中に多量に含まれても、空気供給管３８を介して希釈空気４０を供給したので、微小な燃焼排ガス３５を供給するような構成で水蒸気が希釈空気４０の供給を妨げることなく、燃焼排ガス３５をＣＯセンサ３７に供給し、ＣＯ濃度検知の検知不良を防止することができる。

また、ＣＯセンサ３７の上流から燃焼排ガス３５中に希釈空気４０を混入したので、希釈排気ガス４１が均一になり、ＣＯセンサ３７の検知精度を向上することができる。

また、ＣＯセンサ３７は、接触燃焼式を採用しているので、高温の燃焼排ガス３５中のＣＯ濃度を測定できるので、燃焼装置５がどのような燃料ガス９で燃焼しても、また燃料ガス８の流量が変化して燃焼排ガス３５の温度が高低しても燃焼状態の評価を行うことができる。

また、ＣＯセンサ３７は、作動温度が３８０〜４００℃と高く、連続作動しているので、水蒸気量の多いオフガス８の燃焼排ガス３５中でも水蒸気の影響を受けないでＣＯ濃度の測定を行うことができる。

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。

また、ＣＯセンサ３７の上流から燃焼排ガス３５中に希釈空気４０を混入したので、燃焼排ガス３５の温度を低下させ、ＣＯセンサ３７の高温雰囲気による劣化を防止して、寿命を向上することができる。

また、ＣＯセンサ３７の上流から燃焼排ガス３５中に希釈空気４０を混入したので、燃焼排ガス３５が空気で希釈され、多量のスス（多量のＣＯ）を緩和してＣＯ濃度検知を行えるようにして、ＣＯセンサ３７の寿命を向上することができる。

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。

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。

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を設けたことにより、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。

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ため、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。

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。

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。

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。

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。

（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水素生成器６を示す断面図である。

図１において、ＣＯセンサ３７は、接触燃焼式で構成している。

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。

ＣＯセンサ３７で燃焼排ガス３５中のＣＯ濃度を連続測定してモニターし、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部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、気温の低下や燃料ガス８の供給不良による供給量の減少により、火炎１２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。

接触燃焼式のＣＯセンサ３７では、燃焼排ガス３５中のＣＯを検知部分で触媒燃焼させその温度上昇を電気抵抗に変換して電圧出力として取り出すようにしている。

この時、ＣＯセンサ３７の上流から空気供給管３８を介して燃焼排ガス３５に希釈空気４０を導入し、火炎１３が空気不足になり接触燃焼式のＣＯセンサ３７に酸素が供給されず、検知部分で触媒燃焼ができなくなるような酸欠状態を起こすことを防止している。

以上のように、本実施の形態においては、接触燃焼式のＣＯセンサ３７の上流から希釈空気４０を導入して、燃焼排ガス３５の酸欠を防止しているので、接触燃焼式の特徴である検知部分の触媒燃焼を維持して、安定したＣＯ濃度検知を行うことができる。

また、接触燃焼式ＣＯセンサ３７は、ＣＯ濃度検知部の温度を燃焼排ガス３５の温度よりも高く設定したので、水素生成器６燃焼装置５の燃焼排ガス３５雰囲気においても耐熱性を維持して、ＣＯ濃度検知を精度良く行うことができる。

また、接触燃焼式のＣＯセンサ３７により、水素生成器６の起動時の燃焼装置５に使用する都市ガス７等の炭化水素系の燃料と燃料電池システムの発電中の燃焼装置５に使用するオフガス８（水素が多量に燃焼排ガス中に残っていても）とどちらの燃焼排ガス３５中のＣＯ濃度検知も行うことができる。

また、接触燃焼式のＣＯセンサ３７は、作動温度が３８０〜４００℃と高く、連続作動しているので、水蒸気量の多いオフガス８の燃焼排ガス３５中でも水蒸気の影響を受けないでＣＯ濃度の測定を行うことができる。

また、接触燃焼式のＣＯセンサ３７は、作動温度が高く設定できるので、連続作動することによりＣＯセンサ３７の検知部へのゴミや水分の付着を防止して、クリーニングのために水素生成器６を停止する必要がなく、燃料電池システムを連続で作動することができる。

（実施の形態３）
図２（ａ）は、本発明の第３の実施の形態における水素生成器６を示す構成図、図２（ｂ）は、その部分断面図である。

図２において、空気供給管３８は、改質部１に連通する排気ダクト３６内の燃焼排ガス３５の流れに対向するように臨ませている。

空気供給管３８から排気ダクト３６に導入される希釈空気４０が燃焼排ガス３５に対向する形で衝突するので、希釈空気４０が燃焼排ガス３５中に拡散し、希釈空気４０と燃焼排ガス３５の均一な混合気の希釈排気ガス４１が形成する。その希釈排気ガス４１がＣＯセンサ３７に供給され、ＣＯ濃度検知の精度を向上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、空気供給管３８により、希釈空気４０を燃焼排ガスに衝突させるので、希釈空気４０と燃焼排ガス３５の混合を促進し、ＣＯセンサ３７によるＣＯ濃度検知のばらつきを解消して、ＣＯ濃度検知の精度を向上することができる。

また、燃焼排ガス３５を排気ダクト３６に集束して均一化するので、ＣＯセンサ３７は、ＣＯの発生量を平均的な値として精度良く測定し、燃焼装置５を停止し、安全性を確保することができる。

（実施の形態４）
図３（ａ）は、本発明の第４の実施の形態における水素生成器６を示す構成図、図２（ｂ）は、その部分断面図である。

図３において、空気供給管３８は、排気ダクト３６の垂直通路４３に臨まされ、上昇する燃焼排ガス３５の流れに対向するように開口している。また、垂直通路４３の改質部１の出口３４側に連通する端部の他方の端部には、傾斜通路４４が連通している。

空気供給管３８は、排気ダクト３６の垂直通路４３に臨まされ、上昇する燃焼排ガス３５の流れに対向するように開口している。これにより、燃焼排ガス３５中の水蒸気が空気供給管３８内で結露しても排気ダクト３６に落下して、空気供給管３８が結露水で詰まることを防止して、希釈空気４０の導入を低下させないようにしている。また、傾斜通路４４では、ＣＯセンサ３７の下流側の結露水を傾斜面に伝わせて、排気ダクト３６を降下させ、ＣＯセンサ３７に直接落下しないようにしている。

以上のように、本実施の形態においては、空気供給管３８は、その先端を上昇する燃焼排ガス３５の流れに対向するように開口したので、燃焼排ガス３５中の水蒸気が空気供給管３８内で結露しても排気ダクト３６に落下し、希釈空気４０の導入する流量を低下させないで、燃焼排ガス３５の希釈空気４０による希釈を安定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水素生成器６を示す断面図である。

図１において、空気供給管３８は、加熱用の燃焼装置５の送風手段２１により、送風管３９を介して希釈空気４０の導入を行うようにしている。送風管３９は、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の途中から分岐している。

送風手段２１により供給する燃焼用の空気１２の一部が、送風管３９を介して空気供給管３８に送られ、排気ダクト３６内に噴出している。この時、送風手段２１は、制御部２２により、燃焼装置５に必要な空気１２に加えて、希釈空気４０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、空気供給管３８は、加熱用の燃焼装置５の送風手段２１により希釈空気４０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ある送風手段２１で、希釈空気４０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。

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、空気供給管３８に所定の希釈空気４０を導入することができる。

また、燃焼装置５の燃焼量に合わせて送風手段２１の空気１２の流量が変化しても、燃焼排ガス３５の流量に合わせて希釈空気４０の流量も連動して変化するので、ＣＯセンサ３７の酸欠防止のための希釈空気４０の配分量を確保して、ＣＯセンサ３７の検知不良を防止することができる。

（実施の形態６）
図４は、本発明の第６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４において、空気供給管３８は、送風管３９を介して独立した導入空気送風手段４５により、希釈空気４０の導入を行うようにしている。導入空気送風手段４５は、希釈空気４０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により導入空気送風手段４５のコントロールを行うようにしている。

燃焼装置５が送風手段２１により燃焼用の空気１２を供給され、燃焼を開始するのに合わせ、導入空気送風手段４５により、希釈空気４０を送風管３９を介して空気供給管３８から排気ダクト３６内に導入している。制御部２２は、導入空気供給手段４５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。

以上のように、本実施の形態においては、空気供給管３８は、独立した導入空気送風手段４５により希釈空気４０の導入を行うことにより、一定の空気量を維持できるので導入空気送風手段４５を構成や制御方法で簡素化することができる。

また、空気供給管３８に対して、単独で希釈４０の導入を行うので、故障した時に燃料電池システム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。

なお、本実施例の形態では、制御部２２により一定の状態を保つようにしているが燃焼装置５の燃焼量に合わせて、導入空気送風手段４５の希釈空気４０の流量を可変することも可能である。

なお、導入空気供給手段４５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。

（実施の形態７）
図５は、本発明の第７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５において、空気供給管３８は、水素生成器６の選択酸化部４６の選択酸化空気供給手段４７により希釈空気４０の導入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４８や選択酸化部４６とで構成している。選択酸化空気供給手段４７は、この選択酸化部４６に選択酸化用空気４９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４６と選択酸化空気供給手段４７は、選択酸化空気供給管５０で連通している。

この選択酸化空気供給管５０の途中に選択酸化空気弁５１が設けられている。選択酸化空気弁５１と選択酸化空気供給手段４７の途中の選択酸化空気供給管５０から送風管３９が分岐され、空気供給管３８に連結されている。この構成により、選択酸化供給手段４７から希釈空気４０を空気供給管３８に送るようにしている。選択酸化供給手段４７は、選択酸化用空気４９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。

燃焼装置５が送風手段２１により燃焼用の空気１２を供給され、燃焼を開始するのに合わせ、制御部２２の指示により、選択酸化供給手段４７により選択酸化空気供給管５０と送風管３９を介して、希釈空気４０を空気供給管３８から排気ダクト３６内に導入して、燃焼排ガス３５と混合させている。改質器１が燃焼装置５により加熱され、所定の温度に到達すると選択酸化空気弁５１を開放して選択酸化用空気４９を選択酸化部４６に供給する。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４７により、希釈空気４０と選択酸化用空気４９を供給するようにしている。発電が停止するときは、選択酸化空気弁５１を閉止して、選択酸化部４６に希釈空気４０が逆流しないようにしている。

以上のように、本実施の形態においては、燃料電池システムの既存の構成部品である選択酸化空気供給手段４７で、希釈空気４０の導入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。

また、選択酸化空気手段４７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、制御方法を簡素化することができる。

（実施の形態８）
図６は、本発明の第８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６において、導入空気送風手段４５は、空気弁５２を介して選択酸化部４６の冷却用空気５３の供給を行うようにしている。導入空気送風手段４５と空気供給管３８を連通する送風管３９の途中に冷却空気供給管５４を分岐している。冷却空気供給管５４の他方は、選択酸化部４６の周囲に設ける冷却空気通路５５に連通している。この冷却空気通路５５と送風管３９の間の冷却空気供給管５４に空気弁５２を設けている。また、選択酸化部４６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５２を開閉して冷却用空気５３の供給をコントロールしている。５６は、選択酸化部４６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。

燃焼装置５が送風手段２１により燃焼用の空気１２を供給され、燃焼を開始するのに合わせ、制御部２２の指示により、導入空気送風手段４５により送風管３９を介して、希釈空気４０を空気供給管３８から排気ダクト３６内に導入して、燃焼排ガス３５と混合させている。制御部２２では、選択酸化部４６の温度を温度検知部５６で測定し、温度が所定の範囲を越えたときに、空気弁５２を開放し冷却用空気５３を冷却空気通路５５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、導入空気送風手段４５により、希釈空気４０と冷却用空気５３を供給するようにしている。また、冷却用空気５３は、選択酸化部４６の温度が低下したときは、空気弁５２を閉止し、空気弁５２を開閉することを繰り返して、選択酸化部４６の温度を一定の範囲に保つようにしている。

以上のように、本実施の形態においては、導入空気送風手段４５は、空気弁５２を介して選択酸化部４６の冷却用空気５３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の選択酸化部４６に冷却用空気５３の供給を行う動作を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。

また、冷却用空気３５は、空気弁５２の開閉という簡素化された構成で供給を行うことができるので、信頼性を向上できる。

（実施の形態９）
図７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７において、空気供給管３８は、燃料電池のカソード（空気極）５７にカソード空気５８を供給するカソード空気供給手段５９により希釈空気４０の導入を行うようにしている。カソード空気用供給手段５９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５９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５９は、カソード空気供給管６０を介してカソード５７の入口６１に連通している。このカソード空気供給管６０の途中から送風管３９を分岐し、カソード空気５８の一部を希釈空気４０として空気供給管３８から排気ダクト３６内に導入して、燃焼排ガス３５と混合させている。送風管３９の分岐した部分とカソード５７の入口６１との間のカソード空気供給管６０の途中に空気開閉弁６２を設けて、カソード５７でカソード空気５８を必要とする以外は、空気開閉弁６２を閉止して、希釈空気４０がカソード５７に逆流しないようにしている。空気開閉弁６２とカソード５７の入口６１との間に熱交換器６３が設けられ、カソード５７から排出されたカソードオフガス６４（カソード空気５８の残りとカソード５７で生成する水蒸気の混合ガス）とカソード空気５８の熱交換を行うようにしている。

燃焼装置５が送風手段２１により燃焼用の空気１２を供給され、燃焼を開始するのに合わせ、制御部２２の指示により、カソード空気供給手段５９により送風管３９を介して、希釈空気４０を空気供給管３８から排気ダクト３６内に導入して、燃焼排ガス３５と混合させている。制御部２２では、カソード５７にカソード空気５８を供給するときは、空気開閉弁６２を開放するようにしている。カソード５７にカソード空気５８が必要ない時は、空気開閉弁６２を閉止し、その間は、燃焼装置５が作動している時は、カソード空気供給手段５９により希釈空気４０を連続して導入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５９で、希釈空気４０の導入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。

なお、熱交換器６３とカソード５７の入口６１との間のカソード空気供給管６０の途中に空気開閉弁６２を設けて、熱交換器６３の下流から送風管３９を介して、カソード空気５８の一部を空気供給管３８に送ることも可能で、熱交換器６３で加熱した希釈空気４０を導入することになり、希釈空気４０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１０）
図８は、本発明の第１０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８において、空気供給管３８は、燃料電池のカソード５７側のパージガス６４（都市ガス７等の炭化水素系のガス）の置換空気供給手段６５により希釈空気４０の導入を行うようにしている。置換空気供給手段６５は、パージガス６４を置換空気６６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６５は、カソード空気供給管６０の途中から分岐する置換空気供給管６７によりカソード５７の入口６１と連通している。これにより、置換空気供給手段６５に供給される置換空気６６によりカソード５７内のパージガス６４を押し出し、カソード５７内を置換空気６６で満たすようにしている。置換空気供給管６７の途中に置換空気弁６８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５７のパージガス６４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６８を閉止している。この置換空気弁６８と置換空気供給手段６５の間の置換空気供給管６７から送風管３９を分岐し、置換空気６６の一部を希釈空気４０として空気供給管３８から排気ダクト３６内に導入して、燃焼排ガス３５と混合させている。

燃焼装置５が送風手段２１により燃焼用の空気１２を供給され、燃焼を開始するのに合わせ、制御部２２の指示により、置換空気供給手段６５により送風管３９を介して、希釈空気４０を空気供給管３８から排気ダクト３６内に導入して、燃焼排ガス３５と混合させている。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５７のパージガス６４の排出処理時に置換空気弁６８開放し、置換空気６６をカソード５７に供給している。それ以外の時は、置換空気弁６８を閉止し、その間の燃焼装置５が作動している時は、置換空気供給手段６５により希釈空気４０を連続して排気ダクト３６に導入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、空気供給管３８は、カソード５７のパージガス６４の置換空気供給手段６５により希釈空気４０の導入を行うので、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６５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。

また、置換空気供給手段６５は、燃料電池のカソード（空気極）５７のパージガス６４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、空気供給管３８の希釈空気４０の導入を行うことで、有効な活用を図ることができる。

（実施の形態１１）
図４は、本発明の第１１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４において、空気供給管３８から導入する希釈空気４０は、制御部２２の指示により燃焼装置５の燃焼量の大きさに合わせて変化させるようにしている。空気供給管３８は、送風管３９を介して独立した導入空気送風手段４５により、希釈空気４０の導入を行うようにしている。導入空気送風手段４５は、希釈空気４０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により導入空気送風手段４５のコントロールを行うようにしている。制御部２２は、空気供給管３８から導入する希釈空気４０をオフガス８中の水蒸気量が多い定格の燃焼量の時は、空気供給管３８から導入する希釈空気４０を減少させ、水蒸気量の少ない燃焼量の小さい時は、希釈空気４０を増加しうるようにコントロールしている。

燃焼装置５の燃料電池の発電中に行うオフガス８の燃焼時に、その燃焼量が定格または定格に近い場合は、制御部２２により空気供給管３８から導入する希釈空気４０の流量を減少させる。これにより、燃焼排ガス３５の希釈空気４０による冷却を防止して、オフガス８中に水蒸気の多い定格燃焼時の燃焼排ガス３５の結露を防止するようにしている。オフガス８中に水蒸気の少ない燃焼量の小さいときは、制御部２２により空気供給管３８から導入する希釈空気４０の流量を増加させる。これにより、燃焼排ガス３５の温度を低下させ、定格から燃焼量の小さい範囲で燃焼排ガス３５の温度を一定の範囲内に保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、オフガス８中の水蒸気量が多い定格の燃焼量の時は、空気供給管３８から導入する希釈空気４０を減少させ、水蒸気量の少ない燃焼量の小さい時は、希釈空気４０を増加ので、希釈空気４０による燃焼排ガス３５の冷却を防止しながら、燃焼排ガス３５の温度を一定に維持し、ＣＯセンサ３７の水蒸気の結露による検知劣化を防止し、燃焼排ガス３５の温度による検知ばらつきを防止して、ＣＯ濃度検知の精度を向上することができる。

なお、制御部２２による混入空気送風手段４５のコントロールは、燃焼量に合わせて逆比例的に希釈空気４０の流量を変化させるか段階的に変化させるかのどちらも可能である。

（実施の形態１２）
図９は、本発明の第１２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９において、空気供給管３８から導入する希釈空気４０は、燃焼装置５のポストパージ時に、制御部２２の支持により流量を増加するようにしている。

燃料電池システムを停止する時は、燃焼装置５の燃焼を停止し送風手段２１により定常の燃焼に必要な空気１２の流量よりも増加させてポストパージを行い、改質部１の冷却動作に入る。この時、排気ダクト３６には、高温の空気１２が排出される。この高温の空気１２に対して空気供給間３８から希釈空気４０の空気量を増加させて導入し、高温の空気１２を冷却している。

以上のように、本実施の形態においては、燃焼装置５のポストパージ時に、希釈空気４０の流量を増加させ、排気ダクト３６に導入したので、改質部１を冷却するときに排気される高温の空気１２を希釈空気４０で冷却し、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の寿命を向上することができる。

（実施の形態１３）
図１０は、本発明の第１３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１０において、排気ダクト３６に空気供給管３８を連通させた水素生成器６を燃料電池システムに搭載するようにしている。制御器２２は、ＣＯセンサ３７の信号から燃焼装置５の燃焼状態を不良と判定し、水素生成器６を停止するとともに、この水素生成器６が搭載された燃料電池システム３８を停止するようにしている。燃料電池システム６９は、高分子電解質型燃料電池７０や給湯装置（図示無し）等で構成している。

燃焼装置５のオフガス８の燃焼において、火炎１３が空気不足になりＣＯが多量に発生している燃焼排ガス３５に空気供給管３８から希釈空気４０を導入して、接触燃焼式のＣＯセンサ３７の検知部分で触媒燃焼を行えるようにし、ＣＯ濃度検知の酸欠による検知不良を防止している。これにより、燃焼装置５の燃焼不良を精度良く検知して、燃料電池システム６９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、水素生成器６に設けた燃焼装置５の燃焼排ガス３５中のＣＯ濃度が上昇した時に、燃焼排ガス３５の酸欠状態を解消するので、ＣＯセンサ３７の検知不良を防止し、燃料電池システム６９の停止処理を精度良く行うができる。

また、ＣＯセンサ３７の燃焼排ガス３５の酸欠による検知不良を防止するので、ＣＯセンサ３７の誤動作を解消して、燃料電池システム６９の安定した運転を持続することができる。

また、ＣＯセンサ３７により燃焼装置５の燃焼不良を判定するので、燃料電池システム６９からのＣＯ発生を防止して、安全性を確保することができる。

以上のように、本発明にかかる水素生成器は、燃焼装置の燃焼状態の検知を行う時に燃焼排ガスの酸欠状態を解消して、ＣＯセンサにより検知するので、燃料電池から排出されるオフガス（未反応水素ガス）の燃料ガスの燃焼不良検知が可能となり、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、５における水素生成器の構成図（ａ）本発明の実施の形態３における水素生成器の構成図（ｂ）同器の部分断面図（ａ）本発明の実施の形態４における水素生成器の部分断面図（ｂ）同器の部分断面図本発明の実施の形態６、１１における水素生成器の構成図本発明の実施の形態７における水素生成器のシステム図本発明の実施の形態８における水素生成器のシステム図本発明の実施の形態９における水素生成器のシステム図本発明の実施の形態１０における水素生成器のシステム図本発明の実施の形態１２における水素生成器の構成図本発明の実施の形態１３における燃料電池システムの構成図

符号の説明

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
３６排気ダクト
３７ＣＯセンサ
３８空気供給管
４０希釈空気
４３垂直通路
４５導入空気送風手段
４６選択酸化部
４７選択酸化部空気供給手段
５２空気弁
５３冷却用空気
５７カソード
５９カソード空気供給手段
６５置換空気供給手段
６９燃料電池システム

Claims

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センサの上流側から燃焼排ガス中に空気を導入させる空気供給管を備えた水素生成器。
ＣＯセンサは、接触燃焼式で構成した請求項１に記載の水素生成器。
空気供給管は、改質部に連通する排気ダクト内の燃焼排ガスの流れに対向するように臨ませた請求項１または２に記載の水素生成器。
空気供給管は、排気ダクトの垂直通路に臨まされ、上昇する燃焼排ガスの流れに対向するように開口した請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素生成器。
空気供給管は、燃焼装置の送風手段により空気の導入を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素生成器。
空気供給管は、独立した導入空気送風手段により空気の導入を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素生成器。
空気供給管は、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導入を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素生成器。
導入空気送風手段は、空気弁を介して選択酸化部の冷却用空気の導入を行う請求項７に記載の水素生成器。
空気供給管は、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導入を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素生成器。
空気供給管は、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導入を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素生成器。
空気供給管から導入する空気は、燃焼装置の燃焼量の大きさに合わせて変化させた請求項１〜１０のいずれか１項に記載の水素生成器。
空気供給管から導入する空気は、燃焼装置のポストパージ時に、空気量を増加させた請求項１〜１１のいずれか１項に記載の水素生成器。
燃料電池システムに搭載するようにした請求項１〜１２のいずれか１項に記載の水素生成器。