JP2014214049A - 水素生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼器を着火させる際に発生する一酸化炭素を用いて、ＣＯ検知器の動作確認を従来よりも簡易に実行し得る、水素生成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】炭化水素成分を含む原料を改質させて水素を含む改質ガスを生成する改質器１と、炭化水素成分を含む可燃性ガスを燃焼して前記改質器を加熱する燃焼器２と、
燃焼器２に空気を供給する空気供給器３と、燃焼器２に可燃性ガスを供給する可燃性ガス供給器４と、燃焼器２から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素を検出するＣＯ検知器５と、燃焼器２を着火させる際に発生する一酸化炭素をＣＯ検知器５が所定濃度以上検出しなかった場合に、報知および燃焼器２の動作の停止のうちの少なくとも一方を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼器からの燃焼排ガス中の一酸化炭素を検知するＣＯ検知器を備えた水素生成装置に関する。

近年、発電システムの一つである燃料電池を用いた燃料電池システムに対して、幅広い需要が見込まれている。燃料電池システムは発電する際に、燃料電池システムの発電部の本体である燃料電池スタック（以下、燃料電池）に、水素含有ガスと空気（酸化剤ガス）とが供給される。燃料電池では供給された水素含有ガスに含まれる水素と空気に含まれる酸素とを用いた電気化学反応により発電が行われ、さらに反応により生じた熱を回収して湯水として有効利用するものもある。しかしながら、発電時に用いられる水素は一般的にインフラ整備されていないため、通常、一般的に整備されている天然ガスや都市ガスから水素を生成させる改質器を有する水素生成装置が備えられている。
改質器では、水蒸気改質反応が一般的に用いられている。この水蒸気改質反応は、例えば、原料ガスとなる都市ガスと水蒸気とを改質触媒を用いて、６００℃〜７００℃程度の高温で反応させることにより、水素を主成分とした水素含有ガスを生成するものである。
改質器の温度を、改質反応を行うのに適した温度に昇温・維持するために、改質器には、改質器中の触媒を加熱する燃焼器が設けられているものが一般的である。このような水素生成装置においては燃焼器から排出される燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を検出するＣＯ検知器を備えていることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、特許文献１に開示されている燃料電池システムに備えられているＣＯ検知器では、従来から、一酸化炭素を含む校正ガスを用いて、ＣＯ検知器が一酸化炭素を検知できるか否かを検査する動作確認を行うことが知られている（例えば、特許文献２参照）。

国際公開第２０１０／０１０６９９号 特開２００４−９３２０４号公報

しかしながら、従来の水素生成装置が備えるＣＯ検知器において、校正ガスによる動作確認を実行しようとすると、水素生成装置に校正ガス供給設備を備えておかなければならない。これは、水素生成装置の大型化、コスト増加につながり好ましくない。また、水素生成装置に校正ガスの供給設備を備えない場合には、ＣＯ検知器の動作確認の際に、水素生成装置の設置場所まで校正ガス供給設備を運搬しなければならず、校正作業が煩雑になり、動作確認を頻繁に行うことが事実上不可能となるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ＣＯ検知器の動作確認を従来よりも簡易に実行し得る、水素生成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の水素生成装置は、炭化水素成分を含む原料を改質させて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、炭化水素成分を含む可燃性ガスを燃焼して前記改質器を加熱する燃焼器と、燃焼器に空気を供給する空気供給器と、燃焼器に可燃性ガスを供給する可燃性ガス供給器と、燃焼器から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素
を検出するＣＯ検知器とを備えている。そして、燃焼器で着火させる際に発生する一酸化炭素をＣＯ検知器が所定濃度以上検出しなかった場合に、報知および燃焼器の動作の停止のうちの少なくとも一方を行うことができる。

本発明の水素生成装置によれば、ＣＯ検知器が健全であるか異常であるかを検査できるため、ＣＯ検知器の動作確認を簡易に実行し得る水素生成装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１における水素生成装置の構成を示すブロック図 同実施の形態１における水素生成装置の概略の動作を示すフローチャート 実施の形態２における水素生成装置の構成を示すブロック図 同実施の形態２における水素生成装置の概略の動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態３における水素生成装置の構成を示すブロック図 同実施の形態３における水素生成装置の概略の動作を示すフローチャート 実施の形態４における水素生成装置の概略の動作を示すフローチャート 実施の形態５における水素生成装置の概略の動作を示すフローチャート 実施の形態６における水素生成装置の概略の動作を示すフローチャート

第１の発明の水素生成装置は、炭化水素成分を含む原料を改質させて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、炭化水素成分を含む可燃性ガスを燃焼して改質器を加熱する燃焼器と、燃焼器に空気を供給する空気供給器と、燃焼器に可燃性ガスを供給する可燃性ガス供給器と、燃焼器から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素を検出するＣＯ検知器とを備えている。そして、燃焼器で着火を行う際に発生する一酸化炭素をＣＯ検知器が所定濃度以上検出しなかった場合に、報知および燃焼器の動作の停止のうちの少なくとも一方を行う水素生成装置である。

これにより、水素生成装置の通常動作である燃焼器での着火動作を用いて燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を用いてＣＯ検知器の動作確認を行うことができるため、ＣＯ検知器の動作確認を簡易に実行することができる。

第２の発明は、特に、第１の本発明の水素生成装置において、改質器の温度を測定する温度測定器をさらに備え、制御器は、温度測定器で測定された温度が第１温度以下の時に、燃焼器での着火を行う。改質器の温度が第１温度以下になると、改質器１内に水素リッチガスが残存していた際に水素リッチガスが十分に冷却され、メタンリッチガスになる。燃焼器に可燃性ガスを供給するとき、改質器内に残っているガスは、供給された可燃性ガスに押し出され、燃焼器で着火開始されるまでの間、ＣＯ検知器に供給される。
これにより、ＣＯ検知器が水素曝露されることを防ぐことができるため、ＣＯ検知器の故障や検知精度の劣化を防ぐことができる。

第３の発明は、第１〜２の発明のいずれか１つの水素生成装置において、可燃性ガス供給器と改質器とを連通させる第１経路と、改質器と燃焼器とを連通させる第２経路と、第１経路から改質器をバイパスして第２経路に接続するように構成されているバイパス経路をさらに備え、制御器は、改質器の温度が第１温度より高い場合には、バイパス経路を介して燃焼器へ可燃性ガスを供給する。

これにより、改質器の温度によらず、燃焼器で燃焼を開始し、その着火時に生成される燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を用いてＣＯ検知器の動作確認を行うことができるため、ＣＯ検知器の動作確認を、さらに簡易に実行することができる。

第４の発明は、第１〜３の発明のいずれか１つの水素生成装置において、制御器は、バイパス経路を介して燃焼器へ可燃性ガスを供給している場合に燃焼器で着火の際に発生する一酸化炭素をＣＯ検知器が検出した場合は、その後、改質器の温度が第２温度以上になった場合、及び、ＣＯ検出器が一酸化炭素を検出してから第１時間が経過した場合、のうちの少なくとも一方の場合に、可燃性ガスの供給先をバイパス経路から第１経路に変更する。

これにより燃焼器に供給される可燃性ガスの流量が一時的に低下することを防ぐことができるため、安定して水素生成装置１００の運転の継続を行うことができる。
第５の発明は、第１〜４の発明のいずれか１つの水素生成装置において、制御器は、燃焼器で着火を行う際に発生する一酸化炭素が燃焼排ガス中に所定比率以上含まれるように可燃性ガスの供給量および空気の供給量の比率の空燃比を設定して、燃焼器で着火を行う。

これにより、予め、発生する一酸化炭素の濃度を予測することができ、確実に動作確認を行うことができる。

第６の発明は、第１〜５の発明のいずれか１つの水素生成装置において、燃焼器で着火させる際に発生する一酸化炭素をＣＯ検知器が所定濃度以上検出しなかった場合、空気供給器の空気供給量を増やして燃焼器の着火動作を再度実行させる再着火動作を行う。
これにより、ＣＯ検知器の出力濃度を確実に確認することができるため、誤検知を低減し、信頼性の高い水素生成装置を提供することができる。

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、この実施の形態は一例であり、この実施の形態にのみ本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
実施の形態１における水素生成装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明における水素生成装置の実施の形態１におけるシステム構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態における水素生成装置１００は、主に改質器１と、燃焼器２と、空気供給器３と、可燃性ガス供給器４と、ＣＯ検知器５と、制御器６とを備える。

改質器１は、内部に触媒を備え、改質反応により可燃性ガスから水素含有ガスである燃料ガスを生成するものである。改質器１の改質の方式としては、可燃性ガスを水蒸気と反応させて、一酸化炭素と水素を生成する水蒸気改質方式などがある。水蒸気改質方式を例に挙げると、図１には示されていないが、水蒸気を生成する蒸発器、及び蒸発器に水を供給する水供給器が設けられる。なお、可燃性ガスは、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ等の少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含むガスである。また、酸素と原料ガスの一部を反応させて一酸化炭素と水素を得る部分酸化方式や水蒸気改質方式と部分酸化方式を組み合わせたオートサーマル方式の改質器１などを用いても構わない。

燃焼器２は、可燃性ガスと水素含有ガスとのうち少なくとも一つを燃焼ガスとして、空気供給器３により燃焼器２に供給される燃焼空気と共に燃焼させることにより、改質器１を加熱し、改質器１内の触媒の温度を、触媒反応を行うのに適した温度に維持するものである。燃焼により発生した燃焼排ガスは、ＣＯ検知器５を介して外部に排出される。
空気供給器３は、燃焼器２に供給する燃焼空気の流量を調整する機器であり、例えば、送風ファンと流量計とで構成されるが、これに限定されるものではなく、定容積型ブロワを用いても良い。

可燃性ガス供給器４は、燃焼器２へ供給する可燃性ガスの流量を調整する機器であり、例えば、ブースタポンプなどの昇圧器と流量調整弁とにより構成されるが、これらのいずれか一方により構成されてもよい。昇圧器は、例えば、定容積型昇圧ポンプが用いられるが、これに限定されるものではない。本実施の形態１では、可燃性ガスとして、原料ガスが相当し、例えば、都市ガスやＬＰガスから供給されるメタンやプロパンを用いることができる。

ＣＯ検知器５は、燃焼器２から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素を検出するものである。ＣＯ検知器５の方式としては、例えば、接触燃焼式や半導体式を採用することができる。ここで、接触燃焼式のＣＯ検知器５は、二つのヒータコイルを有しており、それぞれのヒータコイルに触媒添加された検知素子と触媒添加されていない補償素子とが付けられている。ヒータコイルは、素子が触媒反応をするのに適当な温度に昇温するためのものである。一酸化炭素や炭化水素を含んだガスがＣＯ検知器５の検知素子に触れると、検知素子において触媒燃焼が起こり、燃焼熱が発生し、検知素子の温度が上昇する。そして、ＣＯ検知器５は、検知素子と補償素子との２つの素子の温度差（抵抗値の差）を電気信号として出力する。検知素子は一酸化炭素の濃度に応じて温度上昇するため、一酸化炭素濃度が高いほど、出力値が増加する比例関係を有する。本実施の形態では、ＣＯ検知器５は、燃焼排ガスを外部に排出する経路に配置されているが、それに限らず、燃焼器２の内部に配置されていても良い。

制御器６は、ＣＯ検知器５の出力信号を受け取り、また、水素生成装置１００を構成する空気供給器３、可燃性ガス供給器４、ＣＯ検知器５、第１の弁７、第２の弁８を適宜制御するものである。制御器６と水素生成装置１００を構成する空気供給器３、可燃性ガス供給器４、ＣＯ検知器５とは、図１では信号線（図示せず）によって相互に接続されている。これにより、水素生成装置１００が動作する。

以上のように構成された水素生成装置１００について、以下、本実施形態の水素生成装置１００における起動時の動作の概略を、可燃性ガスを水蒸気と反応させて、一酸化炭素と水素を生成する水蒸気改質方式を例に挙げ説明する。

図１には示されていないが、水蒸気を生成する蒸発器が改質器１に接続され、蒸発器に水を供給する水供給器が設けられる。以下の動作は制御器６によって、水素生成装置１００の各部が制御されることにより遂行される。

起動を待機する待機状態において、起動要求があると、制御器６は起動指令を出力し、水素生成装置１００の改質器１の昇温動作を含む起動処理を開始する。ここで、改質器１の昇温動作とは、水素生成装置１００により安定して高濃度の水素を含む水素含有ガスを生成するのに好適な温度に改質器１の温度が到達するまで、水素生成装置１００を昇温させる動作のことである。起動処理においては、第１の弁７を閉鎖するとともに第２の弁８を開放した状態にし、可燃性ガス供給器４を動作させ、改質器１を介して可燃性ガスを燃焼器２に供給する。可燃性ガスは、空気供給器３により燃焼器２に供給される燃焼空気と共に燃焼され、改質器１の昇温動作を実行する。燃焼器２から排出される燃焼排ガスは、ＣＯ検知器５を介して外部に排出される。なお、燃焼器２では水素を１００％燃焼させる場合もあるが、少なくとも着火のときは炭化水素成分を燃焼して改質器１を加熱する。

上記昇温動作により改質器１及び蒸発器（図示せず）が加熱され、蒸発器（図示せず）の温度が水蒸気を生成可能な温度（蒸発可能温度）になると、改質水供給器（図示せず）を動作させ、蒸発器に改質水の供給を開始する。なお、上記蒸発可能温度は、１００℃以上の温度として設定される。蒸発器（図示せず）に改質水の供給を開始することで、蒸発
器（図示せず）で生成した水蒸気と、可燃性ガス供給器４を介して供給された可燃性ガスとから、水蒸気改質反応により水素含有ガスが生成される。そして、改質器１の温度が水素を高濃度に含む水素含有ガスを生成可能な改質反応に好適な安定温度に達するまで上記昇温動作を継続する。十分な水素含有ガスが生成された後、第２の弁８の解放を維持したまま、第１の弁７を解放し、水素利用機器９への水素含有ガス供給を開始する。

次に、本発明の実施の形態１における水素生成装置１００におけるＣＯ検知器５が、燃焼器２が着火する際に発生する一酸化炭素を所定濃度以上検出しなかった場合に、報知及び燃焼器２の動作の停止のうち少なくとも一方を行う方法について、図２を参照しながら説明する。

図２は、本実施の形態１の水素生成装置１００のＣＯ検知器５の動作確認の動作を示すフローチャートである。この動作は制御器６の制御によって実行される。

図２に示すように、制御器６は水素生成装置１００に作動指令が入力されたか否かを確認する（Ｓ１０１）。水素生成装置１００に作動指令が入力される例としては、例えば、水素生成装置１００の使用者が、図示されていないリモコンを操作して、水素生成装置１００が作動するように操作した場合や、予め設定された水素生成装置１００の作動開始時間になった場合などが挙げられる。水素生成装置１００の作動指令が入力されていない場合（Ｓ１０１でＮｏ）には、制御器６は、水素生成装置１００の作動指令が入力されるまで、Ｓ１０１を繰り返す。

Ｓ１０１で水素生成装置１００に作動指令が入力された場合（Ｓ１０１でＹｅｓ）には、Ｓ１０２に進む。

Ｓ１０２では、制御器６は、第１の弁７を閉鎖するとともに第２の弁８が開放した状態にし、可燃性ガス供給器４を動作させ、可燃性ガスを、改質器１を介して燃焼器２に供給する。さらに、空気供給器３を動作させ、燃焼器２に燃焼空気を供給する。この時、安定して着火が行える所定の空燃比となるように可燃性ガス供給器４と空気供給器３は制御される。Ｓ１０３では、燃焼器２に供給された可燃性ガスと燃焼空気に着火させ、燃焼を開始する。着火時には、燃焼が不安定なため、一時的に燃焼排ガス中に一酸化炭素が含まれることが知られている。

次に、制御器６はＳ１０４に進む。Ｓ１０４では、制御器６はＣＯ検知器５で検出した燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度Ｂが下限閾値（Ａ）以上であるか否かを確認する。下限閾値（Ａ）とは、通常の着火において発生する一酸化炭素濃度の下限濃度である。なお、下限閾値（Ａ）は用いる機器によりバラつきが生じるため、予め実験的に求めておけば良い。

制御器６は、ＣＯ検知器５で検出した濃度Ｂが下限閾値（Ａ）以上である（Ｓ１０４でＹｅｓ）は、次のＳ１０５に移る。Ｓ１０５では、制御器６は、起動動作を継続する。

一方、ＣＯ検知器５が経年劣化などによって、ＣＯ検知器５の一酸化炭素の検知感度が低下している場合には、前述の如くＣＯ検知器５に一酸化炭素を供給しても、ＣＯ検知器５が検出した濃度Ｂが下限閾値（Ａ）未満になる（Ｓ１０４でＮｏ）。この時、制御器６は、水素生成装置１００の安全性を確保するための適正な安全処置を講ずる。安全処置としては例えば、燃焼器２へのガス供給を停止させて水素生成装置１００の運転を停止することや、水素生成装置１００の利用者にＣＯ検知器５の異常を報知することが挙げられる（Ｓ１０６）。なお、制御器６は、ＣＯ検知器５が動作していないと判断してから水素生成装置１００の安全性を確保するための適正な安全処置を講じてもよい。

以上のように、本実施の形態１で示した水素生成装置１００では、水素生成装置１００の通常動作である燃焼器２で燃焼が開始する着火時に燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を用いてＣＯ検知器５の動作確認を行うことができるため、ＣＯ検知器５の動作確認を簡易に実行することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２における水素生成装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図３は、本発明における水素生成装置の実施の形態２におけるシステム構成を示すブロック図である。なお、実施の形態１と同様の構成要素については同一符号を付与し、その説明はここでは省略する。図３に示す水素生成装置１００は、改質器１の温度を測定する温度検知器１０をさらに備え、制御器６は、温度検知器１０で測定された温度が所定の範囲の時に、燃焼器２での着火を行う点で実施の形態１と異なっている。

図４は、本実施の形態２の水素生成装置１００のＣＯ検知器５の動作確認の動作を示すフローチャートである。この動作は制御器６の制御によって実行される。

図４に示すように、制御器６は、水素生成装置１００に作動指令が入力されたか否かを確認する（Ｓ２０１）。水素生成装置１００の作動指令が入力されていない場合（Ｓ２０１でＮｏ）には、制御器６は、水素生成装置１００の作動指令が入力されるまで、Ｓ２０１を繰り返す。

Ｓ２０２では、制御器６は、温度検知器１０で検出する改質器１中の触媒の温度Ｔが、所定の第１温度Ｔ１以下か否かを確認する。ここで第１温度Ｔ１は、改質器１内に水素リッチガスが残存していた際に水素リッチガスが十分に冷却され、メタンリッチガスになる温度である。改質器１を介して、燃焼器２に可燃性ガスを供給するとき、改質器１内に残っている水素リッチガスは、可燃性ガスに押し出され、ＣＯ検知器５に供給される。一般的に、水素ガスにＣＯ検知器５の素子が曝露されると、素子が異常加熱し、割れや変形を引き起こし、故障や検知精度の劣化を引き起こすことが知られている。このため、改質器１内の温度低下により、水素リッチガスがメタンリッチガスに変わるのを待ち、改質器１を介して、燃焼器２に可燃性ガスを供給すると、ＣＯ検知器５の素子が水素ガスに曝露されることを防ぐことができる。Ｓ２０２で、触媒の温度Ｔが第１温度Ｔ１よりも低い場合（Ｓ２０２でＹｅｓ）は、制御器６は次のＳ２０３に進む。Ｓ２０２で、触媒の温度Ｔが第１温度Ｔ１よりも高い場合（Ｓ２０２でＮｏ）には、制御器６は、触媒の温度Ｔが第１温度Ｔ１より低くなるまで、Ｓ２０２を繰り返す。

Ｓ２０３以降の制御の流れは、図２に示す実施の形態１の制御の流れと同じため、説明は省略する。

以上のように、本実施の形態２で示した水素生成装置１００では、ＣＯ検知器５に水素リッチガスが供給され、水素曝露されることによるＣＯ検知器５の故障や検知精度の劣化を防ぐことができる。

（実施の形態３）
実施の形態３における水素生成装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図５は、本発明における水素生成装置の実施の形態２におけるシステム構成を示すブロック図である。なお、実施の形態１〜２と同様の構成要素については同一符号を付与し、その説明はここでは省略する。

図５に示す水素生成装置１００は、可燃性ガス供給器４と改質器１とを連通させる第１
経路１１と、改質器１と燃焼器２とを連通させる第２経路１２と、第１経路１１から改質器１をバイパスして第２経路１２に接続するように構成されているバイパス経路１３をさらに備え、制御器６は、改質器１の温度が第１所定温度より高い場合には、バイパス経路１３を介して燃焼器２へ可燃性ガスを供給する点で実施の形態１〜２と異なっている。第１経路１１には、その流路の開閉を行うために第３の弁１４が設けられ、バイパス経路１３には、その流路の開閉を行うために第４の弁１５が設けられている。

図６は、本実施の形態３の水素生成装置１００のＣＯ検知器５の動作確認の動作を示すフローチャートである。この動作は制御器６の制御によって実行される。

図６に示すように、制御器６は、水素生成装置１００に作動指令が入力されたか否かを確認する（Ｓ３０１）。水素生成装置１００の作動指令が入力されていない場合（Ｓ３０１でＮｏ）には、制御器６は、水素生成装置１００の作動指令が入力されるまで、Ｓ３０１を繰り返す。

Ｓ３０２では、制御器６は、温度検知器１０で検出する改質器１中の触媒の温度Ｔが、第１所定温度Ｔ１以下か否かを確認する。ここで第１所定温度Ｔ１は、改質器１内に水素リッチガスが残存していた際に水素リッチガスが十分に冷却され、メタンリッチガスになる温度である。Ｓ３０２で、触媒の温度Ｔが第１所定温度Ｔ１よりも低い場合（Ｓ３０２でＹｅｓ）は、制御器６は次のＳ３０３に進む。Ｓ３０２で、触媒の温度Ｔが第１所定温度Ｔ１よりも高い場合（Ｓ３０２でＮｏ）には、改質器１を介して燃焼器２へ可燃性ガスを供給せず、バイパス経路１３を介して直接、燃焼器２へ可燃性ガスを供給する。次に、Ｓ３０４に移る。Ｓ３０４以降の制御の流れは、図２に示す実施の形態１の制御の流れと同じため、説明は省略する。なお、触媒の温度Ｔは、温度検知器１０をもちいて検知しても良いし、水素生成装置１００からの動作経過時間から温度を推測しても良い。また、可燃性ガスの一例として原料ガスが挙げられる。

以上のように、本実施の形態３で示した水素生成装置１００では、改質器１の温度によらず、燃焼器２で燃焼を開始し、その着火時に生成される燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を用いてＣＯ検知器５の動作確認を行うことができるため、ＣＯ検知器の動作確認を、さらに簡易に実行することができる。

（実施の形態４）
実施の形態４における水素生成装置の構成は、実施の形態３と同様のため、構成要素についての説明はここでは省略する。

実施の形態４における水素生成装置１００は、制御器６が、バイパス経路１３を介して燃焼器２へ可燃性ガスを供給している場合に燃焼器２で着火の際に発生する一酸化炭素をＣＯ検知器５に検知させる。そして、ＣＯ検知器５が検知した場合は、その後、改質器１の温度が第２温度以上になった場合、及び、ＣＯ検知器５が一酸化炭素を検出してから第１時間が経過した場合、のうちの少なくとも一方の場合に、可燃性ガスの供給先をバイパス経路１３から第１経路に変更する点で実施の形態３と異なる。

図７は、本実施の形態４の水素生成装置１００のＣＯ検知器５の動作確認の動作を示すフローチャートである。この動作は制御器６の制御によって実行される。
図７に示すように、制御器６は、水素生成装置１００に作動指令が入力されたか否かを確認する（Ｓ４０１）。水素生成装置１００の作動指令が入力されていない場合（Ｓ４０１でＮｏ）には、制御器６は、水素生成装置１００の作動指令が入力されるまで、Ｓ４０１を繰り返す。

Ｓ４０２では、制御器６は、温度検知器１０で検出する改質器１中の触媒の温度Ｔが、第１所定温度Ｔ１以下か否かを確認する。ここで第１所定温度Ｔ１は、改質器１内に水素リッチガスが残存していた際に水素リッチガスが十分に冷却され、メタンリッチガスになる温度である。

Ｓ４０２で、触媒の温度Ｔが第１所定温度Ｔ１よりも低い場合（Ｓ４０２でＹｅｓ）は、制御器６は次のＳ４０３に進む。Ｓ４０３では、制御器６は、第１の弁７を閉鎖するとともに第２の弁８が開放した状態にし、可燃性ガス供給器４を動作させ、可燃性ガスを、改質器１を介して燃焼器２に供給する。さらに、空気供給器３を動作させ、燃焼器２に燃焼空気を供給する。その後、Ｓ４０４へ移り、制御器６は、燃焼器２に供給された可燃性ガスと燃焼空気に着火させ、燃焼を開始する。なお、可燃性ガスの一例として原料ガスが挙げられる。

Ｓ４０２で、触媒の温度Ｔが第１所定温度Ｔ１よりも高い場合（Ｓ４０２でＮｏ）には、改質器１を介して燃焼器２へ可燃性ガスを供給せず、バイパス経路１３を介して直接、燃焼器２へ可燃性ガスを供給する。次に、Ｓ４０４に移る。Ｓ４０４の後、Ｓ４０５へ進む。

Ｓ４０５では、制御器６はＣＯ検知器５で検出した燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度Ｂが下限閾値（Ａ）以上であるか否かを確認する。下限閾値（Ａ）とは、通常の着火において発生する一酸化炭素濃度の下限濃度である。なお、下限閾値（Ａ）は用いる機器によりバラつきが生じるため、予め実験的に求めておけば良い。ＣＯ検知器５が経年劣化などによって、ＣＯ検知器５の一酸化炭素の検知感度が低下している場合には、前述の如くＣＯ検知器５に一酸化炭素を供給しても、ＣＯ検知器５が検出した濃度Ｂが下限閾値（Ａ）未満になる（Ｓ４０５でＮｏ）。この時、制御器６は、水素生成装置１００の安全性を確保するための適正な安全処置を講ずる。安全処置としては例えば、燃焼器２へのガス供給を停止させて水素生成装置１００の運転を停止することや、水素生成装置１００の利用者にＣＯ検知器５の異常を報知することが挙げられる（Ｓ４０６）。なお、制御器６は、ＣＯ検知器５が動作していないと判断してから水素生成装置１００の安全性を確保するための適正な安全処置を講じてもよい。

一方、制御器６は、ＣＯ検知器５で検出した濃度Ｂが下限閾値（Ａ）以上である場合（Ｓ４０５でＹｅｓ）は、次のＳ４０８に移る。

Ｓ４０８では、改質器１の温度が第２温度以上になった場合、及び、ＣＯ検知器５が一酸化炭素を検出してから第１時間が経過した場合、のうちの少なくとも一方の場合を確認する。ここで、第２温度とは、燃焼器２での着火の継続が行われていることを確認できる温度のことである。また、第１時間とは、燃焼器２での燃焼が安定するのに十分な時間のことである。Ｓ４０８では、改質器１の温度が第２温度以上になった場合、及び、ＣＯ検知器５が一酸化炭素を検出してから第１時間が経過した場合、のうちの少なくとも一方の場合を確認したとき（Ｓ４０９でＹｅｓ）、Ｓ４０９に移る。

Ｓ４０９では、バイパス経路１３から第１経路に可燃性ガスの経路を切り替える動作を行う。このとき、制御器６は、切り替え動作のため第３の弁１４を開き、第３の弁１４および第４の弁１５が両方開いている状態にする。その後に第４の弁１５を閉じ、改質器１のみに可燃性ガスを供給する。

以上のように、本実施の形態４で示した水素生成装置１００では、燃焼器２に供給される可燃性ガスの流量が一時的に低下することを防ぐことができるため、安定して水素生成装置１００の運転の継続を行うことができる。

（実施の形態５）
実施の形態５における水素生成装置１００は、可燃性ガス供給器４の可燃性ガス供給量および空気供給器３の空気供給量のうちの少なくとも一方を変更させて、燃焼器２で着火を行う点で実施の形態１〜４と異なっている。

図８は、本実施の形態５の水素生成装置１００のＣＯ検知器５の動作確認の動作を示すフローチャートである。この動作は制御器６の制御によって実行される。

図８に示すように、制御器６は水素生成装置１００に作動指令が入力されたか否かを確認する（Ｓ５０１）。水素生成装置１００に作動指令が入力される例としては、例えば、水素生成装置１００の使用者が、図示されていないリモコンを操作して、水素生成装置１００が作動するように操作した場合や、予め設定された水素生成装置１００の作動開始時間になった場合などが挙げられる。水素生成装置１００の作動指令が入力されていない場合（Ｓ５０１でＮｏ）には、制御器６は、水素生成装置１００の作動指令が入力されるまで、Ｓ５０１を繰り返す。Ｓ５０１で水素生成装置１００に作動指令が入力された場合（Ｓ５０１でＹｅｓ）には、Ｓ５０２に進む。

Ｓ５０２では、制御器６は燃焼器２で着火を行う際に発生する一酸化炭素をＣＯ検知器５に検出させ、ＣＯ検知器５の動作確認を行うか否かを判断する。制御器６がＣＯ検知器５の動作確認を行うか否かの例としては、例えば、制御器６が一定期間の間、ＣＯ検知器５の動作確認を行っていないと判断した場合には動作確認を行ってもよいし、毎起動時にＣＯ検知器５の動作確認を行ってもよい。また、制御器６が水素生成装置１００の運転の異常を検知し、水素生成装置１００を停止させ、再度起動させる場合には、動作確認を行わなくてもよい。

制御器６はＣＯ検知器５の動作確認を行う場合（Ｓ５０２でＹｅｓ）には、燃焼排ガス中に所定の一酸化炭素濃度が含まれるように、可燃性ガス供給器４の可燃性ガス供給量および空気供給器３の空気供給量の比率である空燃比Ｄを第１所定空燃比以下又は第２所定空燃比以上（空燃比Ｄ≦第１所定空燃比、第２所定空燃比≦空燃比Ｄ）に変更して、次のＳ５０４へ移る。このとき、燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度Ｂが下限閾値（Ａ）と上限閾値（Ｃ）との間の第１範囲内であるような第１所定空燃比と第２所定空燃比を予め実験的に求めておけば良い。

Ｓ５０４では、燃焼器２に供給された可燃性ガスと燃焼空気とに着火させ、燃焼を開始する。次に、制御器６はＳ５０５に進む。

Ｓ５０５では、制御器６はＣＯ検知器５で検出した燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度Ｂが下限閾値（Ａ）と上限閾値（Ｃ）との間の第１範囲内であるか否かを確認する。また、下限閾値（Ａ）は、ＣＯ検知器５で検出可能な下限濃度以上とし、上限閾値（Ｃ）は排出され続けても人体に影響がない濃度以下となるように設定する。制御器６は、ＣＯ検知器５で検出した濃度Ｂが第１範囲内である場合（Ｓ５０５でＹｅｓ）は、次のＳ５０６に移る。Ｓ５０６では、制御器６は、起動動作を継続する。なお、本実施の形態のＣＯ検知器５の動作確認において、上限閾値（Ｃ）を設けているが、これ限りではなく、下限閾値（Ａ）を設けるだけでも良い。

一方、ＣＯ検知器５が経年劣化などによって、ＣＯ検知器５の一酸化炭素の検知感度が低下している場合には、前述の如くＣＯ検知器５に一酸化炭素を供給しても、ＣＯ検知器５が検出した濃度Ｂが前記第１範囲を逸脱する（Ｓ５０５でＮｏ）。この時、制御器６は、水素生成装置１００の安全性を確保するための適正な安全処置を講ずる。安全処置とし
ては例えば、燃焼器２へのガス供給を停止させて水素生成装置１００の運転を停止することや、水素生成装置１００の利用者にＣＯ検知器５の異常を報知することが挙げられる（Ｓ５０７）。なお、制御器６は、ＣＯ検知器５が動作していないと判断してから水素生成装置１００の安全性を確保するための適正な安全処置を講じてもよい。

Ｓ５０２で、制御器６はＣＯ検知器５の動作確認を行わない場合（Ｓ５０２でＮｏ）には、制御器６は、着火時に所定濃度未満のごく少ない一酸化炭素が発生する可燃性ガス量と燃焼空気量の空燃比Ｄ（第１所定空燃比＜空燃比Ｄ＜第２所定空燃比）となるように可燃性ガス供給器４と空気供給器３を制御する（Ｓ５０８）。次にＳ５０９に移る。
Ｓ５０９では、燃焼器２に供給された可燃性ガスと燃焼空気に着火させ、燃焼を開始する。次に、制御器６はＳ５０６に進む。Ｓ５０６では、制御器６は、起動動作を継続する。なお、制御器６は、燃焼器２で着火させた時の空燃比Ｄと、着火後の空燃比Ｄを変更させても構わない。

以上のように、本実施の形態５で示した水素生成装置１００では、水素生成装置１００の通常動作である燃焼器２で燃焼が開始する着火時に燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を用いてＣＯ検知器５の動作確認を行うことができるため、ＣＯ検知器の動作確認を簡易に実行することができる。予め、燃焼器２で燃焼が開始する着火時発生する一酸化炭素の濃度を予測することができるため、確実に動作確認を行うことができる。

（実施の形態６）
実施の形態６における水素生成装置の構成は、実施の形態５と同様のため、構成要素についての説明はここでは省略する。

実施の形態６における水素生成装置１００は、着火させる際に発生する一酸化炭素をＣＯ検知器５が所定濃度以上検出しなかった場合、空気供給器３の空気供給量を増やして燃焼器２の着火動作を再度実行させる再着火動作を行い、再着火動作においてもＣＯ検知器５が一酸化炭素を検出しなかった場合、報知および燃焼器２の動作の停止のうちの少なくとも一方を行う点で実施の形態１〜５と異なっている。

図９は、本実施の形態５の水素生成装置１００のＣＯ検知器５の動作確認の動作を示すフローチャートである。この動作は制御器６の制御によって実行される。

図９に示すように、制御器６は水素生成装置１００に作動指令が入力されたか否かを確認する（Ｓ６０１）。水素生成装置１００に作動指令が入力される例としては、例えば、水素生成装置１００の使用者が、図示されていないリモコンを操作して、水素生成装置１００が作動するように操作した場合や、予め設定された水素生成装置１００の作動開始時間になった場合などが挙げられる。水素生成装置１００の作動指令が入力されていない場合（Ｓ６０１でＮｏ）には、制御器６は、水素生成装置１００の作動指令が入力されるまで、Ｓ６０１を繰り返す。

Ｓ６０１で水素生成装置１００に作動指令が入力された場合（Ｓ６０１でＹｅｓ）には、Ｓ６０２に進む。

Ｓ６０２では、制御器６は、可燃性ガス供給器４を動作させ、改質器１に可燃性ガスを供給しながら、第１の弁７が閉鎖するとともに第２の弁８が開放し、燃焼器２に可燃性ガスを供給する。さらに、空気供給器３を動作させ、燃焼器２に燃焼空気を供給する。この時、安定して燃焼が行える所定の空燃比となるように可燃性ガス供給器４と空気供給器３は制御される。Ｓ６０３では、燃焼器２に供給された可燃性ガスと燃焼空気に着火させ、燃焼を開始する。着火時には、燃焼が不安定なため、一時的に燃焼排ガス中に一酸化炭素
が含まれることが知られている。

次に、制御器６はＳ６０４に進む。Ｓ６０４では、制御器６はＣＯ検知器５で検出した燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度Ｂが下限閾値（Ａ）と上限閾値（Ｃ）との間の第１範囲内であるか否かを確認する。また、下限閾値（Ａ）は、ＣＯ検知器５で検出可能な下限濃度以上とし、上限閾値（Ｃ）は排出され続けても人体に影響がない濃度以下となるように設定する。なお、本実施の形態のＣＯ検知器５の動作確認において、上限閾値（Ｃ）を設けているが、これ限りではなく、下限閾値（Ａ）を設けるだけでも良い。

制御器６は、ＣＯ検知器５で検出した濃度Ｂが第１範囲内である場合（Ｓ６０４でＹｅｓ）は、次のＳ６０５へ移り、起動動作を継続する。一方、Ｓ６０４で、ＣＯ検知器５で検出した燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度Ｂが第１範囲内を外れた場合（Ｓ６０４でＮｏ）は、Ｓ６０６へ移る。

Ｓ６０６では、燃焼器２に供給される燃焼空気と可燃性ガスとの空燃比を、Ｓ６０３における空燃比から変わるように、可燃性ガス供給器４と燃焼空気供給器との少なくとも一方を制御して流量を変化さる。

ここで、Ｓ６０６の空燃比は、Ｓ６０３の空燃比よりも高い空燃比とする方が良い。これは、Ｓ６０３の空燃比よりも低い比率側に空燃比をずらしていくと、燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が急激に上昇するし、高い比率側に空燃比をずらしていくと、比較的緩やかに一酸化炭素濃度が上昇するからである。ただし、空燃比を過度に上昇させると消火の恐れがあるため、使用する燃焼器２の燃焼特性を十分に把握する必要がある。そして、再びＳ６０４に戻り、ＣＯ検知器５の検知濃度を確認する。

Ｓ６０４で、ＣＯ検知器５で検出した燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度Ｂが第１範囲内を再度、外れた場合（Ｓ６０４でＮｏ）は、Ｓ６０６へ移る。Ｓ６０４からＳ６０６と数回繰り返した後、再びＳ６０４でＮｏの場合、制御器６は、水素生成装置１００の安全性を確保するための適正な安全処置を講ずる。安全処置としては例えば、燃焼器２へのガス供給を停止させて水素生成装置１００の運転を停止することや、水素生成装置１００利用者にＣＯ検知器５の異常を報知することが挙げられる。なお、制御器６は、ＣＯ検知器５が動作していないと判断してから水素生成装置１００の安全性を確保するための適正な安全処置を講じてもよい。

以上のように、本実施の形態６で示した水素生成装置１００では、水素生成装置１００の燃焼器２で燃焼が開始する起動運転時に燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を監視するＣＯ検知器５の出力濃度を数回確認することができるため、より安全性の高い水素生成装置１００を提供することができる。

本発明の水素生成装置は、燃焼排ガス流路に一酸化炭素を検知するＣＯ検知器を搭載しているシステムの安全性を確保するのに有用である。

１ 改質器
２ 燃焼器
３ 空気供給器
４ 可燃性ガス供給器
５ ＣＯ検知器
６ 制御器
７ 第１の弁
８ 第２の弁
９ 水素利用機器
１０ 温度検知器
１１ 第１経路
１２ 第２経路
１３ バイパス経路
１４ 第３の弁
１５ 第４の弁
１００ 水素生成装置

Claims (6)

1. 炭化水素成分を含む原料を改質させて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、
   炭化水素成分を含む可燃性ガスを燃焼して前記改質器を加熱する燃焼器と、
   前記燃焼器に空気を供給する空気供給器と、
   前記燃焼器に前記可燃性ガスを供給する可燃性ガス供給器と、
   前記燃焼器から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素を検出するＣＯ検知器と、
   前記燃焼器で着火を行う際に発生する一酸化炭素を前記ＣＯ検知器が所定濃度以上検出しなかった場合に、報知および前記燃焼器の動作の停止のうちの少なくとも一方を行う制御器と、
   を備えている水素生成装置。
2. 前記制御器は、前記改質器の温度が第１温度以下の場合において、前記燃焼器で着火を行う際に発生する一酸化炭素を前記ＣＯ検知器が所定濃度以上検出しなかった場合に、報知および前記燃焼器の動作の停止のうちの少なくとも一方を行う、
   請求項１に記載の水素生成装置。
3. 前記可燃性ガス供給器と前記改質器とを連通させる第１経路と、
   前記改質器と前記燃焼器とを連通させる第２経路と、
   前記第１経路から前記改質器をバイパスして前記第２経路に接続するように構成されているバイパス経路と、
   をさらに備え、
   前記制御器は、前記改質器の温度が第１温度より高い場合には、前記バイパス経路を介して前記燃焼器へ前記可燃性ガスを供給して、前記燃焼器で着火を行い、着火の際に発生する一酸化炭素を前記ＣＯ検知器が所定濃度以上検出しなかった場合に、報知および前記燃焼器の動作の停止のうちの少なくとも一方を行う、
   請求項１又は２に記載の水素生成装置。
4. 前記制御器は、前記バイパス経路を介して前記燃焼器へ前記可燃性ガスを供給している場合に前記燃焼器で着火を行う際に発生する一酸化炭素を前記ＣＯ検知器が一酸化炭素を検出した場合は、
   その後、前記改質器の温度が第２温度以上になった場合、及び、前記ＣＯ検出器が一酸化炭素を検出してから第１時間が経過した場合、のうちの少なくとも一方の場合に、前記可燃性ガスの供給先を前記バイパス経路から第１経路に変更する、
   請求項３に記載の水素生成装置。
5. 前記制御器は、前記燃焼器で着火を行う際に発生する一酸化炭素を前記ＣＯ検知器に検出させる場合には、前記燃焼排ガス中に所定比率以上の一酸化炭素が含まれるように前記可燃性ガスの供給量および前記空気の供給量の比率の空燃比を第１所定空燃比以下又は前記第１所定空燃比より大きい第２所定空燃比以上に設定して、
   前記燃焼器で着火を行う、
   請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の水素生成装置。
6. 前記制御器は、前記燃焼器で着火を行う際に発生する一酸化炭素を前記ＣＯ検知器が所定濃度以上検出しなかった場合、前記空気供給器の空気供給量を増やして前記燃焼器の着火動作を再度実行させる再着火動作を行い、
   前記再着火動作においても前記ＣＯ検知器が一酸化炭素を所定濃度以上検出しなかった場合、報知および前記燃焼器の動作の停止のうちの少なくとも一方を行う、
   請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の水素生成装置。

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