JP2012201538A

JP2012201538A - 改質装置およびその制御装置

Info

Publication number: JP2012201538A
Application number: JP2011066397A
Authority: JP
Inventors: Yukitsugu Masumoto; 幸嗣桝本; Masami Hamaso; 正美濱走; Toshio Yamaki; 理生山木; Akio Inaya; 章雄稲家
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2012-10-22
Anticipated expiration: 2031-03-24
Also published as: JP5608120B2

Abstract

【課題】改質器の起動昇温時における改質器バーナの失火および着火に伴う温度変化に伴って、改質器やバーナ収容部に発生する熱疲労を防止する。
【解決手段】原燃料ガスを水蒸気改質するための改質器３と、改質器３を加熱する改質器バーナ３ａと、改質器温度を計測する改質器温度計測手段３ｂと、改質器３に接して設けられるバーナ収容部３ｄと、改質器バーナ３ａの失火を検出する失火検出手段Ｓと、改質器バーナ３ａを着火させる着火手段３ｃと、失火検出手段Ｓが改質器バーナ３ａの失火を検出すると、再着火させる着火リトライ動作を着火手段３ｃに実施させる着火制御手段Ｇとを備え、着火制御手段Ｇは、着火リトライ動作の許容回数を、改質器バーナ３ａの失火が検出されたときの改質器３の温度が高くなるにつれて少なくする関係で設定し、着火リトライ動作の回数を許容回数以下の回数に制限する。
【選択図】図１

Description

本発明は、原燃料ガスを水蒸気改質するための改質器と、改質器を加熱するための改質器バーナと、改質器の温度を計測する改質器温度計測手段と、改質器に接して設けられ、改質器バーナを収容するバーナ収容部と、改質器バーナの失火を検出する失火検出手段と、改質器バーナを着火させる着火手段と、失火検出手段が改質器バーナの失火を検出すると、改質器バーナを再着火させる着火リトライ動作を着火手段に実施させる着火制御手段とを備える改質装置およびその制御装置に関する。

従来の改質装置として、例えば、特許文献１には、燃料電池に改質ガスを供給する改質装置において、その改質器に備えられたバーナ等の失火を、バーナ収容部の下流の排気ガスの酸素濃度を酸素センサによって検出することで判定し、失火している場合には、着火手段による着火動作が行なわれる改質装置が開示されている。

このように、酸素濃度を検出して失火の判定を行なうと、酸素濃度変化の検出が温度変化の検出と比べて速いため、温度変化に基づいて失火を検出する場合に比べて応答性よく失火の判断をして着火動作ができるとされる。

特開２０１０−１４３０２号公報

そして、特許文献１に開示の改質器は、バーナ収容部での燃焼熱を効率的に改質器へ伝達するため、改質ガスが生成される改質器と燃焼領域であるバーナ収容部とが隣接されて一体となって設けられている。従って、特許文献１に開示の改質器において、昇温時に発生した失火に対して再度の着火動作を行なう場合、例えば、改質温度に近い温度にまで昇温された状態で失火が発生すると、バーナ収容部や改質器の外壁面の温度が、大気中への放熱により急速に低下する。この温度低下状態においてバーナ収容部に再度着火されると、特に、バーナ収容部における燃焼熱の影響を直接受けるバーナ収容部の外壁面や、バーナ収容部に接する改質器の外壁面などの温度が急速に上昇する状態となる。

このように、バーナ収容部や改質器の外壁面において、そのような急激な温度の低下および上昇が繰り返されると、改質器を構成する構成材の温度分布の高低差が激しくなり、構成材にとって大きな熱疲労の原因となる。特に、このような部材の温度変化を伴った熱疲労は、昇温過程においては、部材が高温状態にある程、顕著である。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、改質器の起動昇温時における改質器バーナの失火および着火に伴う温度変化によって改質器やバーナ収容部に発生する熱疲労を防止することができる改質装置およびその制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る改質装置は、
原燃料ガスを水蒸気改質するための改質器と、
前記改質器を加熱するための改質器バーナと、
前記改質器の温度を計測する改質器温度計測手段と、
前記改質器に接して設けられ、前記改質器バーナを収容するバーナ収容部と、
前記改質器バーナの失火を検出する失火検出手段と、
前記改質器バーナを着火させる着火手段と、
前記失火検出手段が前記改質器バーナの失火を検出すると、前記改質器バーナを再着火させる着火リトライ動作を前記着火手段に実施させる着火制御手段とを備える改質装置であって、
前記着火制御手段は、前記改質器バーナの失火に応じて行われる前記着火リトライ動作の許容回数を、前記失火検出手段が前記改質器バーナの失火を検出したときに前記改質器温度計測手段によって計測される前記改質器の温度が高くなるにつれて少なくする関係で設定し、前記着火手段に実施させる前記着火リトライ動作の回数を前記許容回数以下の回数に制限する点にある。

上記特徴構成によれば、改質器の昇温時において、改質器バーナに繰り返し失火が発生しても、それらの失火に対して再度着火する着火リトライ動作を行なうことができる。また、改質器やバーナ収容部においては、その温度が高くなるほど失火による温度低下および着火リトライ動作による着火による温度上昇に伴う局所的な温度差が大きくなり、それに伴って発生する熱ひずみも大きくなるが、本特徴構成によれば、着火リトライ動作の許容回数を、改質器バーナの失火を検出したときの改質器の温度が高くなるにつれて少なくする関係で設定されるので、高温における大きな熱ひずみの発生回数を少なくすることができる。また、着火リトライ動作の回数が許容回数以下の回数に制限されるので、失火および着火リトライ動作に伴って生じる温度変化が許容回数以下に制限され、改質器やバーナ収容部に発生する熱ひずみを抑制して、改質器やバーナ収容部の熱疲労を低減することができる。

本発明に係る改質装置の更なる特徴構成は、前記着火制御手段は、前記改質器温度計測手段によって計測される温度の範囲を複数の温度範囲に分け、当該複数の温度範囲のうち、高い方の温度範囲ほど前記許容回数を少なく設定する点にある。

上記特徴構成によれば、改質器温度の温度範囲を複数に分けることによって、明確かつ簡単に許容回数を設定することができる。さらに、高い方の温度範囲ほど許容回数を少なく設定するので、設定された許容回数によって温度が高くなるほど着火リトライ動作の回数が制限され、失火および着火によって改質器やバーナ収容部に繰り返して発生する熱ひずみを抑制し、改質器やバーナ収容部の熱疲労を低減することができる。

本発明に係る改質装置の更なる特徴構成は、前記着火制御手段は、所定の期間内における前記着火リトライ動作の回数を、前記許容回数以下の回数に制限する点にある。

上記特徴構成によれば、所定の期間内における着火リトライ動作の回数を許容回数以下の回数に制限するので、所定の期間内における失火および着火によって繰り返される温度変化に伴って、改質器やバーナ収容部に発生する熱ひずみの発生回数を制限して、改質器やバーナ収容部の熱疲労を低減することができる。一方で、所定の期間が経過したときには、新たな所定の期間内において着火リトライ動作を許容回数以下の回数で、繰り返し発生する失火に対して実行できる。

本発明に係る改質装置の更なる特徴構成は、前記失火検出手段は、前記改質器の温度が、所定の温度降下速度以上となったときに失火を検出する点にある。

上記特徴構成によれば、改質器が所定の温度降下速度以上となったときに失火を検出するので、改質器バーナの燃焼状態を確認することなく、改質器の温度変化によって失火を直接検出することができる。また、所定の温度降下速度未満の場合は失火が検出されないので、失火によらない温度変化の範囲における温度変化を許容しつつ、失火の発生時のみに失火が検出されることを可能にしている。これにより正確に改質器バーナの失火を検出することができる。

本発明に係る改質装置の更なる特徴構成は、前記改質器温度計測手段は、前記改質器と前記改質器バーナとの間の前記改質器側に設けられる点にある。

上記特徴構成によれば、改質器温度計測手段が、特に改質器バーナの燃焼による温度変化の影響を受ける改質器と改質器バーナの間に設けられるので、その温度に基づいて着火リトライ動作の許容回数を設定することができる。例えば、改質器温度計測手段を、改質器バーナの燃焼による温度変化の影響を受ける改質器と改質器バーナの間の壁面に設けることで、この壁面の温度によって許容回数が設定される。従って、特に温度変化の影響を受ける壁面において大きな熱ひずみの発生回数を抑制して、改質器やバーナ収容部の熱疲労破壊を防止することができる。

上記目的を達成するための本発明に係る改質装置の制御装置の特徴構成は、原燃料ガスを水蒸気改質するための改質器を加熱するための改質器バーナと、前記改質器の温度を計測する改質器温度計測手段と、前記改質器バーナの失火を検出する失火検出手段と、前記改質器バーナを着火させる着火手段と、
前記失火検出手段が前記改質器バーナの失火を検出すると、前記改質器バーナを再着火させる着火リトライ動作を前記着火手段に実施させる着火制御手段とを備える改質装置の制御装置であって、
その特徴構成は、前記改質器バーナの失火に応じて行われる前記着火リトライ動作の許容回数を、前記失火検出手段が前記改質器バーナの失火を検出したときに前記改質器温度計測手段によって計測される前記改質器の温度が高くなるにつれて少なくする関係で設定し、前記着火手段に実施させる前記着火リトライ動作の回数を前記許容回数以下の回数に制限する点にある。

改質器においては、その温度が高くなるほど改質器バーナの失火による温度低下および着火リトライ動作による着火による温度上昇に伴う局所的な温度分布が大きくなり、それに伴って大きな熱ひずみが発生するが、上記特徴構成によれば、着火リトライ動作の許容回数を、改質器の温度が高くなるにつれて少なくする関係で設定するので、高温における許容回数を少なく設定して、大きな熱ひずみの発生回数を少なくすることができる。また、着火リトライ動作の回数を許容回数以下の回数に制限されるので、失火および着火リトライ動作に伴って生じる温度変化が許容回数以下に制限され、改質器やバーナ収容部に発生する熱ひずみを抑制して、改質器やバーナ収容部の熱疲労を抑制することができる。

本実施形態における改質装置を適用した燃料電池システムを示す図である。本実施形態における着火リトライ動作を実施するプログラムのフローチャートを示す図である。本実施形態における基準失火検出温度と許容回数の関係を示す図である。失火の発生がない場合の改質器の昇温履歴の一例を示す図である。失火の発生がない場合の改質器の昇温履歴の一例を示す図である。失火が発生した場合の改質器の昇温履歴の一例を示す図である。別実施形態における基準失火検出温度と許容回数の関係を示す図である。

以下に図面を参照して本発明に係る改質装置について説明する。
図１に示すのは、本願発明に係る改質装置を適用した改質システムの実施の形態を示す図である。本発明に係る改質装置は、温度センサ３ｂ（改質器温度計測手段に相当）が設けられた改質器３と、改質器３を加熱するための改質器バーナ３ａを収容するバーナ収容部３ｄと、改質器バーナ３ａを着火させる点火プラグ３ｃ（着火手段に相当）とが設けられ、さらに、制御部Ｈにおいて、改質器バーナ３ａの失火を検出する失火検出手段Ｓと、改質器バーナ３ａが失火したときに着火させる着火リトライ動作を点火プラグ３ｃに実行させる着火制御手段Ｇとが設けられて構成されている。また、本発明に係る改質装置の制御装置は、改質器３に設けられた温度センサ３ｂと、改質器バーナ３ａと、改質器バーナ３ａを着火させる点火プラグ３ｃと、制御部Ｈに備えられた失火検出手段Ｓと着火制御手段Ｇより構成されている。

そして、図１に示した本願発明に係る改質装置が適用された改質システムの実施の形態においては、上述の本願発明に係る改質装置の構成に加えて、都市ガスなどの原燃料ガスの脱硫を行って改質器３に供給する脱硫器１と、改質器３における水蒸気改質反応で使用される水蒸気を改質器３に供給する水蒸気生成器５と、改質器３によって改質された改質ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成する一酸化炭素変成器６と、一酸化炭素変成器６を通過した改質ガス中に微量に含まれる一酸化炭素を選択酸化又は選択メタン化して、改質ガスに含まれる一酸化炭素濃度を更に低減させる一酸化炭素除去器７とが設けられている。また、この改質システムには原燃料バルブＶ１及び改質水蒸気バルブＶ２が設けられ、それらの動作を制御部Ｈが制御して、改質システムによる改質ガスの生成量を調整するように構成されている。

改質器３において、温度センサ３ｂは改質器３内の改質触媒（図示せず）の温度を計測可能（検出可能）とするように構成されている。また、改質器３に接触する状態でバーナ収容部３ｄが設けられており、改質器バーナ３ａによって発生する熱を効率よく改質器に伝えることができるとともに、改質器３によって原燃料の水蒸気改質を行なう改質温度にまで加熱することができる改質器バーナ３ａがバーナ収容部３ｄに収容されている。

改質器バーナ３ａは、制御部Ｈによって、バーナ燃料バルブＶ３の開度が調整されることで流量が調整される原燃料と、バーナ空気バルブＶ４の開度が調整されつつブロア１０を介して供給される空気（酸素）とを含む混合気を燃焼させる構成とされている。また、点火プラグ３ｃは図示しない電源に接続されており、制御部Ｈによって制御される点火タイミングで火花を発生させることができ、これにより、改質器バーナ３ａに点火することが可能である。

改質器バーナ３ａが点火プラグ３ｃにより着火されると、改質器バーナ３ａに燃料供給管８によって供給されたバーナ燃焼用燃料は燃焼して高温の燃焼ガスが発生し、この燃焼ガスによって改質器３が加熱される。また、図中においては示されていないが、改質器３が加熱した後の燃焼ガスを水蒸気生成器５に供給可能に構成することで、水蒸気生成器５において燃焼ガスと水との熱交換を行なって水蒸気を発生させることができる。

制御部Ｈには、温度センサ３ｂ、点火プラグ３ｃ、および各バルブＶ１〜Ｖ４が接続されている。各バルブＶ１〜Ｖ４の開度を調整可能であるように構成されており、原燃料バルブＶ１、改質水蒸気バルブＶ２を制御することで改質器３に導入する原燃料ガスおよび水蒸気の流量を調整することができ、バーナ燃料バルブＶ３およびバーナ空気バルブＶ４の開度を調整することで改質器バーナ３ａにおける燃焼状態を調整して、改質器３内の温度を調整することが可能である。
また、制御部Ｈは、点火プラグ３ｃを制御して火花を発生させることができ、これによって改質器バーナ３ａを着火させる着火動作を行なうことができる。また、制御部Ｈには、温度センサ３ｂによって計測された改質器３の温度を記録する記録部を有するマイクロコンピュータ（図示せず）を備えている。そして、制御部Ｈは、温度センサ３ｂによる計測温度Ｔに基づいて失火を検出できる構造とされている。このように、温度センサ３ｂと制御部Ｈによって失火検出手段Ｓが構成されている。従って、制御部Ｈによって、失火検出手段Ｓによる失火検出の後に、改質器バーナ３ａに着火させる着火リトライ動作を行なうことができる。ここで、着火リトライ動作とは、点火プラグ３ｃによって改質器バーナ３ａへの着火が完了して、燃焼が開始されるまでの動作をいう。

そして、制御部Ｈの着火制御手段Ｇは失火検出手段Ｓによる失火検出時に、温度センサ３ｂによって計測された改質器３の温度に基づいて、その改質器３の昇温過程において繰り返して発生する可能性のある失火に対して着火リトライ動作を繰り返すことを許容する許容回数Ｎｍを設定する。また、着火制御手段Ｇは、前記改質器バーナの失火に応じて行われる前記着火リトライ動作の許容回数Ｎｍを、失火検出手段Ｓが改質器バーナ３ａの失火を検出したときに温度センサ３ｂによって検出される改質器３の温度が高くなるにつれて小さくする関係で設定される。これによって、改質器３の温度が高くなるにつれて、失火および着火リトライ動作に伴う、過大な熱ひずみの発生回数を制限することができ、改質器３やバーナ収容部３ｄに発生する熱ひずみを抑制して、それらの熱疲労を抑制することができる。

また、制御部Ｈは、図３に示すように、改質器３の昇温過程において、後述する基準となる失火（基準失火という）が検出されたときの温度センサ３ｂによる計測温度Ｔ（基準失火検出温度という）が、所定の温度（許容回数変更温度という）未満の場合は、着火リトライを繰り返す許容回数Ｎｍを予め定められた基準許容回数Ｎｍｓと設定し、一方、許容回数変更温度Ｔａ以上であるときの許容回数Ｎｍを基準許容回数Ｎｍｓよりも少なく設定された高温許容回数Ｎｍａとして、それぞれの場合において許容回数Ｎｍまで失火に対する着火リトライが繰り返されるように制御する。

上記のような構成とされた改質装置によって、失火検出手段Ｓにより改質器バーナ３ａの失火を検出する失火検出動作が行なわれ、その失火検出動作によって失火が検出された場合に、点火プラグ３ｃにより改質器バーナ３ａに着火させる着火リトライ動作を実行することが可能となっており、また、着火リトライ動作によって着火した後において、失火検出動作によって再び失火が検出された場合には、許容回数Ｎｍの範囲内であれば、繰り返し着火リトライ動作が実行されるように構成されている。

以下に本実施形態における改質装置の制御装置の動作について、図２および図３を参照して詳細に説明する。制御部Ｈは、図示しない起動スイッチをＯＮにすると、図２に示す処理工程を実施する。

まず、図２の処理フローに示すように、失火検出手段Ｓにより改質器バーナ３ａの失火を検出する失火検出動作が行なわれる。本実施形態においては、制御部Ｈにおいて温度センサ３ｂによる計測温度Ｔを記録しつつ温度履歴を解析して、計測温度Ｔの計測温度低下速度Ｔｒｍと予め設定された設定温度低下速度Ｔｒｓとを比較して、計測温度低下速度Ｔｒｍが設定温度低下速度Ｔｒｓ以上である場合は失火状態にあることを検出する失火検出動作が行なわれる（＃１０１）。
例えば、設定温度低下速度Ｔｒｓは３０℃／ｍｉｎとされ、この設定温度低下速度Ｔｒｓ以上の計測温度低下速度Ｔｒｍが確認されたときは、改質器バーナ３ａが失火状態にあるとして、改質器バーナ３ａの失火を検出することとされる。また、この処理工程によって最初に検出された失火を基準失火とする。
一方で、失火が検出されなかった場合（計測温度低下速度Ｔｒｍが設定温度低下速度Ｔｒｓ未満である場合）は、改質器バーナ３ａが正常に着火していると判断して、この処理工程を終了する。

そして、基準失火が検出された基準失火検出時ｔｓに、温度センサ３ｂによって計測された改質器３の計測温度Ｔを基準失火検出温度Ｔｓとする（＃１０２）。また、許容回数Ｎｍは、基準失火検出時ｔｓから所定の期間であるリトライ期間Ｐ内において検出された失火に対して着火リトライ動作を実行することが許容される回数とされるので、基準失火が検出された基準失火検出時ｔｓにリトライ期間Ｐを計測するリトライタイマ時間ｔｐを、ｔｐ＝０にリセットする（＃１０２）。なお、リトライタイマ時間ｔｐは制御部Ｈが有するクロック機能によってカウントされる。

次に、基準失火検出温度Ｔｓを許容回数変更温度Ｔａ（所定の温度に相当：図３参照）と比較して、基準失火検出時ｔｓに検出された失火を含めてそれ以降に検出された失火に対して着火リトライ動作が実行される上限の回数である許容回数Ｎｍが設定される（＃１０３）。ここで、基準失火検出温度Ｔｓが、許容回数変更温度Ｔａ未満の場合は、許容回数Ｎｍを予め定められた基準許容回数Ｎｍｓとしつつリトライ期間Ｐを基準リトライ期間Ｐｓに設定する（＃１０４）。一方で、基準失火検出温度Ｔｓが許容回数変更温度Ｔａ以上であるときは、許容回数Ｎｍを、基準許容回数Ｎｍｓよりも少ない高温許容回数Ｎｍａとしつつ、リトライ期間Ｐを高温リトライ期間Ｐａに設定する（＃１０５）。

そして、例えば、この許容回数Ｎｍの設定は、図３に示すグラフに基づいて設定される。つまり、許容回数変更温度Ｔａを５００℃とすること、基準許容回数Ｎｍｓを１０回とすること、および、高温許容回数Ｎｍａを３回とすることが予め設定されている。一方、リトライ期間Ｐについては任意に設定が可能であるが、本実施形態においては、許容回数Ｎｍが小さくなるにつれて、短い期間となるように設定され、例えば、基準許容回数Ｎｍｓに対する基準リトライ期間Ｐｓを２０分とし、高温許容回数Ｎｍａに対する高温リトライ期間Ｐａを６分とすることが予め設定されている。
従って、基準失火検出温度Ｔｓが５００℃未満の場合は許容回数Ｎｍを１０回としつつリトライ期間Ｐを基準リトライ期間Ｐｓである２０分に設定する（＃１０４）。一方で、基準失火検出温度Ｔｓが５００℃以上であるときは、許容回数Ｎｍを高温許容回数Ｎｍａである３回としつつリトライ期間Ｐが高温リトライ期間Ｐａである６分に設定される（＃１０５）。

そして、許容回数Ｎｍおよびリトライ期間Ｐが設定されると、着火リトライ回数カウント値Ｎを、Ｎ＝０にリセットした後に、Ｎ＝１として（＃１０６、＃１０７）、制御部Ｈの制御によって点火プラグ３ｃに点火させて１回目の着火リトライ動作を行なう（＃１０８）。

着火リトライ動作が行なわれると（＃１０８）、その後に、上記のステップ＃１０１と同様の失火検出動作が行なわれる。つまり、温度センサ３ｂにより計測された温度の計測温度低下速度Ｔｒｍと予め設定された設定温度低下速度Ｔｒｓとを比較して、計測温度低下速度Ｔｒｍが設定温度低下速度Ｔｒｓ以上である場合は失火状態にあることを検出する失火検出動作が行なわれる（＃１０９）。この失火検出動作（＃１０９）は、着火リトライ動作（＃１０８）による改質器バーナ３ａの燃焼回復によって改質器３の温度上昇が確認するまでの時間をおいて行なってもよい。例えば、着火リトライ動作（＃１０８）の一分後に失火検出動作（＃１０９）を行なってもよい。その結果、失火が検出されなかった場合（計測温度低下速度Ｔｒｍが設定温度低下速度Ｔｒｓ未満である場合）は、改質器バーナ３ａが正常に燃焼していると判断して、ステップ＃１１０に進む。一方で、失火が検出された場合（計測温度低下速度Ｔｒｍが設定温度低下速度Ｔｒｓ以上である場合）は、ステップ＃１１１に進む。

改質器バーナ３ａが正常に燃焼して、ステップ＃１１０に進んだ場合は、リトライタイマ時間ｔｐがリトライ期間Ｐ以内であることが確認されると、再度ステップ＃１０９に戻る。ここで、改質器バーナ３ａが正常に燃焼をしている限りは、失火検出動作（＃１０９）とリトライタイマ時間ｔｐがリトライ期間Ｐ以内であることの確認（＃１１０）を繰り返すことになるが、この失火検出動作（＃１０９）を繰り返す時間を設定可能に構成されている。例えば、一分間隔で失火検出動作（＃１０９）を行なってもよい。一方で、リトライタイマ時間ｔｐがリトライ期間Ｐを経過していることを確認すると、この処理工程を終了する。

他方、失火が検出されて、ステップ＃１１１に進んだ場合は、着火リトライ回数カウント値Ｎが許容回数Ｎｍに到達していないことを確認する。ここで、許容回数Ｎｍに到達していたときは、制御部Ｈの図示しないモニターに改質器バーナ３ａが失火状態にあることを示すエラー表示を行なって（＃１１３）処理を終了する。このとき、改質器の起動は行わないこととなる。一方、許容回数Ｎｍに到達していないときは、ステップ＃１１２に進んで、リトライタイマ時間ｔｐがリトライ期間Ｐ以内であるか否かが確認される。そして、リトライ期間Ｐ以内であることが確認されると、再度ステップ＃１０７およびステップ＃１０８に進んで再度の着火動作が行なわれる。一方で、リトライタイマ時間ｔｐがリトライ期間Ｐを経過している場合は、着火動作を行うために再度ステップ１０７に進むことなく、制御部Ｈの図示しないモニターに改質器バーナ３ａが失火状態にあることを示すエラー表示を行なって（＃１１３）処理を終了する。

次に、上述した処理工程を図４〜図６に示す改質器３の起動昇温時の温度履歴に基づいて説明する。図４〜図６は、横軸を改質器３の昇温開始からの時間ｔとし、縦軸を温度センサ３ｂによる計測温度Ｔとして、改質器３の温度履歴が示されている。図４および図５に示すのは、改質器３の起動昇温時に改質器バーナ３ａが失火しない場合の昇温履歴の一例である。ここで図４に示すのは昇温過程を１次昇温過程と２次昇温過程との２段階の昇温過程としたものである。一方、図５に示すのは昇温過程を２段階としない場合の昇温履歴である。例えば、図４に示すのは、起動時の温度から３００℃未満を１次昇温過程として、３００℃以上より改質温度までを２次昇温過程としたものである。そして、１次昇温過程においては温度上昇率を低くして、２次昇温過程において温度上昇率を高くして加熱している。このようにすることで、バーナ収容部３ｄや改質器３の局所的な加熱を防止することができ、図５に示す昇温過程を分けない場合に比べて、均一な加熱状態を実現することができる。

一方、図６に示すのは、図４に示したように昇温過程を１次昇温過程と２次昇温過程に分けて改質器３の起動昇温を行なっている場合に、改質器バーナ３ａの失火が発生したときの昇温履歴を示す図である。この場合、予め制御部Ｈにおいて、許容回数変更温度Ｔａが５００℃に設定されて、失火状態であることを判断する設定温度低下速度Ｔｒｓを３０℃／ｍｉｎとして設定されている。また、基準許容回数Ｎｍｓは１０回、高温許容回数Ｎｍａは３回、基準リトライ期間Ｐｓは２０分とされている。

図６において、横軸の時間ｔ上のある時刻を示す失火検出時ｔ１は、失火を検出した時刻であり、図２のフローチャートで示した処理工程においては、最初の失火である基準失火が検出された時刻を示す。従って、この失火検出時ｔ１は基準失火検出時ｔｓとされる。そして、この基準失火検出時ｔｓにおいて、リトライ期間Ｐを測定するリトライタイマ時間ｔｐがｔｐ＝０にリセットされる。
そして、基準失火検出時ｔｓの改質器３の計測温度Ｔである基準失火検出温度Ｔｓは５００℃（許容回数変更温度Ｔａ）未満であるため、図３に示すグラフに基づいて、許容回数Ｎｍを基準許容回数Ｎｍｓの１０回に設定されつつ、リトライ期間Ｐが基準リトライ期間Ｐｓとしての２０分に設定される。

図中、失火検出時ｔ２〜ｔ５は２回目〜５回目の失火が検出された時刻を示している。ここで、５回目の失火ｔ５までのすべての失火は、失火検出時ｔ１（基準失火検出時ｔｓ）からリトライ期間Ｐである２０分以内に検出されたものであり、かつ、許容回数Ｎｍである１０回以下の失火であるので、これらのすべての失火に対して着火リトライ動作が行なわれる。

その後、５回目の失火に対する着火リトライ動作が行われた後は、失火が発生することなく２次昇温過程に移行して５２０℃程度まで昇温したところで再度の失火が失火検出時ｔ６において検出されている。ここで、失火検出時ｔ１を基準失火検出時ｔｓとした処理工程において設定されたリトライ期間Ｐである２０分がすでに経過しているので、失火検出時ｔ１を基準失火検出時ｔｓとした処理工程はすでに終了している。従って、失火検出時ｔ６の時刻において検出された失火が、新たな処理工程における最初の失火である基準失火となるため、この失火検出時ｔ６を基準失火検出時ｔｓとして新たな処理工程が開始される。そして、この基準失火検出時ｔｓにおいて、リトライ期間Ｐを測定するリトライタイマ時間ｔｐがｔｐ＝０にリセットされる。また、基準失火検出時ｔｓの改質器３の計測温度Ｔである基準失火検出温度Ｔｓは５２０℃程度であり、５００℃（許容回数変更温度Ｔａ）以上であるため、例えば、図３のグラフに基づいて、許容回数Ｎｍを基準許容回数Ｎｍｓの１０回より少ない高温許容回数Ｎｍａとして予め決められた３回に設定され、さらに、リトライ期間Ｐは高温リトライ期間Ｐａとして予め決められた６分に設定される。

そして、図中の失火検出時ｔ７およびｔ８は、この昇温過程においては７回目および８回目の失火が検出された時刻を示しているが、失火検出時ｔ６が基準失火検出時ｔｓとなっている新たな処理工程においては、２回目および３回目に検出された失火となる。
従って、失火検出時ｔ７およびｔ８における失火は、許容回数Ｎｍである３回以下であり、かつ、基準失火検出時ｔｓからリトライ期間Ｐである６分以内に検出されたものであるので失火検出時ｔ７およびｔ８の失火に対して着火動作が行なわれる。

また、図６において、破線で示した温度履歴によって失火検出時ｔ９における失火を示しているが、失火検出時ｔ９における失火は、基準失火検出時ｔｓからリトライ期間Ｐである６分以内に検出されたものであるが、許容回数Ｎｍである３回を超えた４回目の失火であるので、この失火に対しては着火リトライ動作を行なわず、制御部Ｈの図示しないモニターに改質器バーナ３ａに着火が正常になされておらず、失火状態にあることを示すエラー表示を行なって処理工程を終了する。

〔別実施形態〕
（Ａ）上記実施形態においては、図３に示すように、基準失火検出温度Ｔｓが許容回数変更温度Ｔａ以上である場合は許容回数Ｎｍを高温許容回数Ｎｍａに設定し、許容回数変更温度Ｔａ未満である場合は許容回数Ｎｍを基準許容回数Ｎｍｓに設定して、改質器３が昇温する温度範囲であり、基準失火検出温度Ｔｓが検出される温度範囲を２つの温度範囲に分けた状態で許容回数Ｎｍを設定したが、これに限らず、２以上の許容回数変更温度を設けることで、改質器３が昇温する温度範囲を許容回数変更温度によって３以上の複数の温度範囲に分けて、それぞれの温度範囲ごとに最適な許容回数Ｎｍを設定してもよい。

（Ｂ）上記実施形態においては、基準失火検出温度Ｔｓが許容回数変更温度Ｔａ以上である場合は許容回数Ｎｍを高温許容回数Ｎｍａに設定したが、これに限らず、高温許容回数Ｎｍａの決定については、図７において破線で示したように、基準失火検出温度Ｔｓが許容回数変更温度Ｔａより高くなるに伴って、高温許容回数Ｎｍａが基準許容回数Ｎｍｓより減少する関係となる線図を求めて、その線図によって求められる高温許容回数Ｎｍａの小数部分を切り捨てて、図７において実線で示したように高温許容回数Ｎｍａを決定するように構成してもよい。これにより、詳細に区切られた基準失火検出温度Ｔｓの温度範囲に対して高温許容回数Ｎｍａの設定が可能となり、この場合、図中に示すように、基準失火検出温度Ｔｓが互いに近接する温度としたＴｓ１およびＴｓ２において、例えば、それぞれの高温許容回数Ｎｍａを３回および２回として異なる値に設定することができる。

（Ｃ）上記実施形態においては、温度センサ３ｂは改質器３内の改質触媒の温度を計測可能とするように構成されたが、これに限らず、温度センサ３ｂが改質器３と改質器バーナ３ａが収容されているバーナ収容部３ｄとの間の改質器３の壁面３ｅに設けられてもよい。

（Ｄ）上記実施形態においては、温度センサ３ｂは改質器３の内部の温度を計測可能とするように構成されたが、これに限らず、温度センサ３ｂは改質器３の外部に設けられていてもよく、例えば、バーナ収容部３ｄの内部に設けられて、バーナ収容部３ｄ内の温度を計測することによって、改質器３の温度を予測して検出可能に構成されていてもよい。

（Ｅ）上記実施形態においては、改質器３内の温度を計測可能な温度センサ３ｂによる計測温度Ｔの計測温度低下速度Ｔｒｍによって失火を検出したが、これに限らず、例えば、バーナ収容部３ｄの内部に温度センサを設け、その温度センサによる計測温度Ｔによって失火を検出してもよい。

（Ｆ）上記実施形態においては、設定温度低下速度Ｔｒｓは３０℃／ｍｉｎとされ、この設定温度低下速度Ｔｒｓ以上の計測温度低下速度Ｔｒｍが確認されたときは、改質器バーナ３ａの失火を検出されたが、これに限らず、設定温度低下速度Ｔｒｓは３０℃／ｍｉｎ以外の温度に設定することができ、例えば、設定温度低下速度Ｔｒｓを３０℃／ｍｉｎより遅い値（小さい値）とすることで、失火をより早く検出することができる。一方、設定温度低下速度Ｔｒｓを３０℃／ｍｉｎより速い値（大きい値）とすることで、失火が検出されない温度変化範囲を拡大して、失火に基づかない温度変化を許容する範囲を広げ、失火の発生時のみに失火を正確に検出することができる。

（Ｇ）上記実施形態においては、失火の検出は、温度センサ３ｂにより計測された温度の計測温度低下速度Ｔｒｍが予め設定された設定温度低下速度Ｔｒｓ以上である場合は失火状態にあることを検出することとしたが、これに限らず、例えば、改質器バーナ３ａにおける火炎を直接検出できる火炎検出装置（フレームロッドなど）をバーナ収容部３ｄ内に設け、これによって失火を検出することとしてもよい。

（Ｈ）上記実施形態においては、リトライ期間Ｐが、許容回数Ｎｍが小さくなるにつれて、短い期間となるように設定され、例えば、基準許容回数Ｎｍｓ（１０回）に対する基準リトライ期間Ｐｓを基準失火検出時ｔｓから２０分間とし、高温許容回数Ｎｍａ（３回）に対する高温リトライ期間Ｐａを基準失火検出時ｔｓから６分間とすることが予め設定されているが、これに限らず、リトライ期間Ｐが、基準失火検出時ｔｓから改質温度に到達して安定するまでの期間となるように構成されていてよい。

（Ｉ）上記実施形態においては、本願発明に係る改質装置と、その改質装置によって改質された改質ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成する一酸化炭素変成器６と、一酸化炭素変成器６を通過した改質ガス中に微量に含まれる一酸化炭素を更に低減させる一酸化炭素除去器７とを備えた改質システムで、例えば、固体高分子型燃料電池に適用される改質システムとしたが、これに限らず、一酸化炭素除去器７を持たない改質システムを、本願発明に係る改質装置と一酸化炭素変成器６とによって構成して、固体酸化物型燃料電池用の改質システムに採用することができる。

以上説明したように、改質器の起動昇温時における改質器バーナの失火および着火に伴う温度変化によって改質器やバーナ収容部に発生する熱疲労を防止することができる改質装置およびその制御装置を提供することができる。

３改質器
３ａ改質器バーナ
３ｂ温度センサ（改質器温度計測手段）
３ｃ点火プラグ（着火手段）
３ｄバーナ収容部
Ｇ着火制御手段
Ｎｍ許容回数
Ｐリトライ期間（所定の期間）
Ｓ失火検出手段
Ｔａ許容回数変更温度（所定の温度）
Ｔｒｓ設定温度低下速度（所定の温度降下速度）

Claims

原燃料ガスを水蒸気改質するための改質器と、
前記改質器を加熱するための改質器バーナと、
前記改質器の温度を計測する改質器温度計測手段と、
前記改質器に接して設けられ、前記改質器バーナを収容するバーナ収容部と、
前記改質器バーナの失火を検出する失火検出手段と、
前記改質器バーナを着火させる着火手段と、
前記失火検出手段が前記改質器バーナの失火を検出すると、前記改質器バーナを再着火させる着火リトライ動作を前記着火手段に実施させる着火制御手段とを備える改質装置であって、
前記着火制御手段は、前記改質器バーナの失火に応じて行われる前記着火リトライ動作の許容回数を、前記失火検出手段が前記改質器バーナの失火を検出したときに前記改質器温度計測手段によって計測される前記改質器の温度が高くなるにつれて少なくする関係で設定し、前記着火手段に実施させる前記着火リトライ動作の回数を前記許容回数以下の回数に制限する改質装置。
前記着火制御手段は、前記改質器温度計測手段によって計測される温度の範囲を複数の温度範囲に分け、当該複数の温度範囲のうち、高い方の温度範囲ほど前記許容回数を少なく設定する請求項１に記載の改質装置。
前記着火制御手段は、所定の期間内における前記着火リトライ動作の回数を、前記許容回数以下の回数に制限する請求項１又は２に記載の改質装置。
前記失火検出手段は、前記改質器の温度が所定の温度降下速度以上となったときに失火を検出する請求項１〜３の何れか一項に記載の改質装置。
前記改質器温度計測手段は、前記改質器と前記改質器バーナとの間の前記改質器側に設けられる請求項１〜４の何れか一項に記載の改質装置。
原燃料ガスを水蒸気改質するための改質器を加熱するための改質器バーナと、前記改質器の温度を計測する改質器温度計測手段と、前記改質器バーナの失火を検出する失火検出手段と、前記改質器バーナを着火させる着火手段と、
前記失火検出手段が前記改質器バーナの失火を検出すると、前記改質器バーナを再着火させる着火リトライ動作を前記着火手段に実施させる着火制御手段とを備える改質装置の制御装置であって、
前記改質器バーナの失火に応じて行われる前記着火リトライ動作の許容回数を、前記失火検出手段が前記改質器バーナの失火を検出したときに前記改質器温度計測手段によって計測される前記改質器の温度が高くなるにつれて少なくする関係で設定し、前記着火手段に実施させる前記着火リトライ動作の回数を前記許容回数以下の回数に制限する改質装置の制御装置。