JP2014214050A - Hydrogen generator and fuel cell system - Google Patents
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Abstract
【課題】燃焼器のオフ燃焼ガスの酸欠状態を解消し、ガスセンサにより正確な火炎の燃焼不良検知を行うことのできる水素生成器および燃料電池システムを提供することを目的とする。【解決手段】オフ燃焼ガス経路12のうちガスセンサ17の上流側に配置され、オフ燃焼ガスを蓄えるバッファタンク14を備え、燃焼器1bの燃焼において、COが多量に発生するようなオフ燃焼ガスの燃焼状態悪化時に、オフ燃焼ガスが酸欠状態になることを防止して、ガスセンサ17の検知不良を防止することが可能となる。【選択図】図1An object of the present invention is to provide a hydrogen generator and a fuel cell system capable of eliminating an oxygen deficiency state of off-combustion gas in a combustor and accurately detecting defective combustion of a flame with a gas sensor. An off-combustion gas path 12 is disposed upstream of a gas sensor 17 and includes a buffer tank 14 for storing off-combustion gas. The combustion of combustor 1b generates off-combustion gas that generates a large amount of CO. When the combustion state deteriorates, the off-combustion gas can be prevented from becoming deficient, and the detection failure of the gas sensor 17 can be prevented. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、ガス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。 The present invention relates to a hydrogen generator of a fuel cell system that provides a configuration for preventing a detection failure of a gas sensor.
燃料電池システムでは、都市ガス等の原料ガスは、水素生成器にて水素リッチな燃料ガスに触媒反応により改質される。この水素生成器を改質反応が可能な温度に加熱するために必要な熱エネルギーを水素生成器に供給する燃焼器が備えられている。燃焼器は、原料ガスやオフ燃料ガス(燃料電池から排出される反応後の燃料ガスで可燃成分を含んでいるガス)を燃焼し、熱を水素生成器に与えている。このとき、燃焼器は、燃料電池システムの外部から新鮮な空気を燃焼用空気として取り込んで、安定した燃焼状態を確保している。燃焼器での燃焼により生じたオフ燃焼ガスは、オフ燃焼ガスとして筐体に設けられた排気口から燃料電池システムの外部に放出される。 In a fuel cell system, a source gas such as city gas is reformed by a catalytic reaction into a hydrogen-rich fuel gas in a hydrogen generator. A combustor is provided for supplying the hydrogen generator with heat energy necessary to heat the hydrogen generator to a temperature at which a reforming reaction is possible. The combustor burns a raw material gas or off-fuel gas (a gas containing a combustible component after being reacted from the fuel cell) and gives heat to the hydrogen generator. At this time, the combustor takes in fresh air from the outside of the fuel cell system as combustion air to ensure a stable combustion state. Off-combustion gas generated by combustion in the combustor is discharged to the outside of the fuel cell system from an exhaust port provided in the casing as off-combustion gas.
このオフ燃焼ガスには通常は一酸化炭素(以下、「CO」とも言う。)はほとんど含まれない。しかし、燃焼器に供給される酸素の量が不足すると、オフ燃焼ガスにCOが含まれるようになる。例えば、燃料電池システムの全体が、カバー部材で覆われて密閉されると、燃焼器に新鮮な空気が取り込まれない。よって、燃焼器において不完全燃焼が起き、オフ燃焼ガス中に徐々にCOが含まれて、カバー部材の内部のCO濃度が一層高まる。この高濃度のCOにより、燃料電池システムにおける発電量の低下や、システムの停止、或いはシステムの故障等の不具合が発生する。 This off-burning gas usually contains almost no carbon monoxide (hereinafter also referred to as “CO”). However, when the amount of oxygen supplied to the combustor is insufficient, the off-combustion gas contains CO. For example, when the entire fuel cell system is covered and sealed with a cover member, fresh air is not taken into the combustor. Therefore, incomplete combustion occurs in the combustor, and CO is gradually included in the off-combustion gas, so that the CO concentration inside the cover member is further increased. Due to this high concentration of CO, problems such as a decrease in the amount of power generation in the fuel cell system, system shutdown, or system failure occur.
このため、燃焼器における燃焼状態の良否を検知するため、オフ燃焼ガス経路に、燃焼不良時に発生する一酸化炭素の濃度を検知するCOセンサが配置されることがある(例えば特許文献1参照)。 For this reason, in order to detect the quality of the combustion state in the combustor, a CO sensor that detects the concentration of carbon monoxide generated at the time of poor combustion may be disposed in the off-combustion gas path (see, for example, Patent Document 1). .
特許文献1では、COセンサの上流側からオフ燃焼ガス中に希釈空気を導入させる空気供給管を備えており、空気供給管には、燃焼空気の送風手段または、独立した導入空気供給手段等から空気を供給することで、COが大量に発生するような燃焼器の燃焼状態悪化時に、オフ燃焼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できるように構成されている。 In Patent Document 1, an air supply pipe that introduces dilution air into the off-combustion gas from the upstream side of the CO sensor is provided, and the air supply pipe is provided with combustion air blowing means, independent introduction air supply means, or the like. By supplying air, when the combustion state of the combustor where a large amount of CO is generated is deteriorated, the off-combustion gas is prevented from becoming in an oxygen deficient state, so that CO concentration detection failure of the CO sensor can be prevented. It is configured.
しかしながら、前記従来の構成では、オフ燃焼ガスの酸欠防止のため、COセンサの上流側からオフ燃焼ガス中に希釈空気を導入させる空気供給管を新たに備える必要があるため、水素生成器の構成の簡素化に課題があった。また、空気供給管には、燃焼空気の送風手段または、独立した導入空気供給手段等から空気を供給する必要があるため、空気供給手段の大容量化または新規導入、および空気供給のための電力が必要であり、空気供給手段の低コスト化と省電力化に課題があった。 However, in the conventional configuration, it is necessary to newly provide an air supply pipe for introducing dilution air into the off-combustion gas from the upstream side of the CO sensor in order to prevent oxygen deficiency of the off-combustion gas. There was a problem in the simplification of the configuration. Moreover, since it is necessary to supply air to the air supply pipe from the combustion air blowing means or the independent introduction air supply means, etc., the capacity of the air supply means is increased or newly introduced, and the power for supplying the air Therefore, there are problems in reducing the cost and power saving of the air supply means.
本発明は、上記のように、COセンサのCO濃度検知不良を防止する場合において、水素生成器の構成の簡素化及び省電力化を図りながらも、COセンサによる燃焼器の燃焼不
良検知を精度よく行うようにした水素生成器および燃料電池システムを提供することを目的とする。
In the present invention, as described above, in the case of preventing the CO concentration detection failure of the CO sensor, it is possible to accurately detect the combustion failure of the combustor using the CO sensor while simplifying the configuration of the hydrogen generator and saving power. It is an object of the present invention to provide a hydrogen generator and a fuel cell system which are well performed.
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、原料ガスの改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、原料ガスまたは燃料ガスを燃焼させ改質器を加熱する燃焼器と、燃焼器において発生するオフ燃焼ガスを排出するオフ燃焼ガス経路と、オフ燃焼ガス経路に配置され、オフ燃焼ガスに含まれる特定ガスを燃焼させることで特定ガスを検出するガスセンサと、オフ燃焼ガス経路のうちガスセンサの上流側に配置され、オフ燃焼ガスを蓄えるバッファタンクと、を備えるものである。 In order to solve the above-described conventional problems, a hydrogen generator of the present invention includes a reformer that generates a fuel gas containing hydrogen by a reforming reaction of a source gas, and a reformer that burns the source gas or the fuel gas. A combustor that heats, an off-combustion gas path that discharges off-combustion gas generated in the combustor, and a gas sensor that is disposed in the off-combustion gas path and detects the specific gas by burning the specific gas contained in the off-combustion gas And a buffer tank that is disposed upstream of the gas sensor in the off-combustion gas path and stores off-combustion gas.
これによって、水素生成器の燃焼器の燃焼において、COが多量に発生するオフ燃焼ガスの悪化時でも、オフ燃焼ガスが急激に酸欠状態になることを防止して、ガスセンサのCO濃度検知不良を防止することができる。 As a result, in the combustion of the combustor of the hydrogen generator, even when the off-combustion gas that generates a large amount of CO deteriorates, the off-combustion gas is prevented from suddenly becoming deficient, and the CO concentration detection failure of the gas sensor Can be prevented.
本発明の水素生成器によれば、燃焼器のオフ燃焼ガスの酸欠状態を防止し、ガスセンサの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。 According to the hydrogen generator of the present invention, it is possible to prevent an oxygen-deficient state of the off-combustion gas of the combustor, to prevent a CO concentration detection failure of the gas sensor, and to prevent a decrease in detection accuracy.
第1の発明は、原料ガスの改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、原料ガスまたは燃料ガスを燃焼させ改質器を加熱する燃焼器と、燃焼器において発生するオフ燃焼ガスを排出するオフ燃焼ガス経路と、オフ燃焼ガス経路に配置され、オフ燃焼ガスに含まれる特定ガスを燃焼させることで特定ガスを検出するガスセンサと、オフ燃焼ガス経路のうちガスセンサの上流側に配置され、オフ燃焼ガスを蓄えるバッファタンクと、を備える水素生成器とする。この構成により、水素生成器の燃焼器の燃焼において、COが多量に発生するオフ燃焼ガスの悪化時でも、オフ燃焼ガスが急激に酸欠状態になることを防止して、ガスセンサのCO濃度検知不良を防止することが可能となる。 The first invention includes a reformer that generates a fuel gas containing hydrogen by a reforming reaction of a raw material gas, a combustor that burns the raw material gas or the fuel gas and heats the reformer, and an off-state generated in the combustor. An off-combustion gas path for discharging the combustion gas; a gas sensor disposed in the off-combustion gas path for detecting the specific gas by burning the specific gas contained in the off-combustion gas; and an upstream side of the gas sensor in the off-combustion gas path And a buffer tank that stores off-burning gas. With this configuration, the combustion of the combustor of the hydrogen generator prevents the off-combustion gas from rapidly becoming deficient even when the off-combustion gas that generates a large amount of CO deteriorates, and the CO concentration detection of the gas sensor Defects can be prevented.
第2の発明は、特に第1の発明の水素生成器は、燃料電池のオフ酸化剤ガスを排出するオフ酸化剤ガス経路をさらに備え、オフ酸化剤ガス経路が、オフ燃焼ガス経路のうち、ガスセンサの上流に接続される構成とする。この構成により、水素生成器の燃焼器の燃焼において、COが多量に発生するオフ燃焼ガスの悪化時でも、燃料電池のオフ酸化剤ガスが供給されている間は、オフ燃焼ガスが酸欠状態になることを防止して、ガスセンサのCO濃度検知不良を防止することが可能となる。 According to a second aspect of the invention, in particular, the hydrogen generator of the first aspect of the invention further includes an off-oxidant gas path for discharging off-oxidant gas of the fuel cell, and the off-oxidant gas path is included in the off-combustion gas path. The gas sensor is connected upstream. With this configuration, in the combustion of the combustor of the hydrogen generator, the off-combustion gas is in an oxygen-deficient state while the off-oxidant gas of the fuel cell is being supplied even when the off-combustion gas in which a large amount of CO is generated is deteriorated. It becomes possible to prevent the CO sensor from being detected poorly.
第3の発明は、特に第2の発明の水素生成器は、オフ酸化剤ガス経路が、オフ燃焼ガス経路のうち、バッファタンクの下流に接続される構成とする。この構成により、バッファタンクを通流するガスをオフ燃焼ガスのみにすることができ、オフ酸化剤ガスがバッファタンクを通流することによるガス流量増大による圧力損失の増加を抑制することが可能となる。 In a third aspect of the invention, in particular, the hydrogen generator of the second aspect of the invention is configured such that the off-oxidant gas path is connected downstream of the buffer tank in the off-combustion gas path. With this configuration, the gas flowing through the buffer tank can be only off-burning gas, and it is possible to suppress an increase in pressure loss due to an increase in gas flow rate due to the flow of off-oxidant gas through the buffer tank. Become.
第4の発明は、特に第1から第3の発明のいずれかの発明のバッファタンクは、オフ燃焼ガスの流れ方向に垂直な断面の成分の均一化を促進させるガス拡散機構を備えている水素生成器とする。この構成により、水素生成器の燃焼器の燃焼において、COが多量に発
生するオフ燃焼ガスの悪化時でも、発生した低酸素濃度のオフ燃焼ガスと、バッファタンクに蓄えられていた高酸素濃度のオフ燃焼ガスとを流れ方向に垂直な断面で均一に混合してガスセンサに供給することで、バッファタンクに蓄えられていた高酸素濃度のオフ燃焼ガスを有効に利用することが可能となる。
According to a fourth aspect of the present invention, in particular, the buffer tank according to any one of the first to third aspects of the present invention is provided with a gas diffusion mechanism that promotes the homogenization of components in a cross section perpendicular to the flow direction of off-combustion gas. A generator. With this configuration, even when the off-combustion gas in which a large amount of CO is generated deteriorates in the combustion of the combustor of the hydrogen generator, the generated off-combustion gas having a low oxygen concentration and the high oxygen concentration stored in the buffer tank are reduced. The off-burning gas having a high oxygen concentration stored in the buffer tank can be effectively used by uniformly mixing the off-burning gas with the cross section perpendicular to the flow direction and supplying the mixed gas to the gas sensor.
第5の発明は、特に第1から第4の発明のいずれかの発明のバッファタンクは、オフ燃焼ガスに含まれる水分を排出する排水口を備えている水素生成器とする。この構成により、オフ燃焼ガスに含まれる水分が凝縮し、凝縮水として発生した場合も、凝縮水によるオフ燃焼ガス経路の詰りを抑制し、安定してガスセンサのCO濃度検知不良を防止することが可能となる。 According to a fifth aspect of the present invention, in particular, the buffer tank according to any one of the first to fourth aspects of the present invention is a hydrogen generator provided with a drain port for discharging water contained in the off-combustion gas. With this configuration, even when moisture contained in the off-combustion gas is condensed and generated as condensed water, clogging of the off-combustion gas path due to the condensed water is suppressed, and the CO concentration detection failure of the gas sensor can be prevented stably. It becomes possible.
第6の発明は、特に第1から第5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、水素生成器のオフ燃焼ガス中のCO濃度が上昇した時に、オフ燃焼ガスの酸欠状態を解消して、ガス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ことが可能となる。 In the sixth aspect of the invention, the concentration of CO in the off-combustion gas of the hydrogen generator is increased by mounting the hydrogen generator of any one of the first to fifth aspects of the invention in the fuel cell system. Sometimes, it is possible to eliminate the oxygen deficiency state of the off-burning gas, prevent the detection failure of the gas sensor, and perform the fuel cell system stop process with high accuracy.
以下、本発明の実施の形態を具体的に例示する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically exemplified. In all the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, in all the drawings, only components necessary for explaining the present invention are extracted and illustrated, and other components are not illustrated. Furthermore, the present invention is not limited to the following embodiment.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る水素生成器1を備えた燃料電池システム100の概略構成を模式的に示すブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of a
図1に示すように、燃料電池システム100は、水素生成器1、改質器1a、燃焼器1b、原料供給部2、水供給器3、燃料ガス供給経路4a、オフ燃料ガス経路4b、燃料電池5、ブロアー6、酸化剤ガス経路7、排ガス熱交換器8、排空気熱交換器9、空気供給器10、空気流量計11、オフ燃焼ガス経路12、オフ酸化剤ガス経路13、バッファタンク14、ガスセンサ17、排熱回収水経路18、制御器101を備えている。
As shown in FIG. 1, a
水素生成器1は、改質器1aと該改質器を加熱するための燃焼器1bを有している。
The hydrogen generator 1 has a
改質器1aは、原料ガスと水を改質反応させて、水素を含む燃料ガスを生成するように構成されている。改質器1aで生成された燃料ガスは、燃料ガス供給経路4aを介して、燃料電池5のアノード(図示せず)に供給される。なお、水素生成器1の改質器1aには、原料供給部2と水供給器3が接続されている。原料供給部2は、その流量を調整しながら、改質器1aに気体状態の原料である原料ガスを供給するように構成されている。原料供給部2としては、例えば、流量調整弁とポンプで構成されていてもよく、流量調整可能なポンプで構成されていてもよい。
The
燃焼器1bは、燃料電池5と燃焼器1bとを連通させるオフ燃料ガス経路4bが接続されている。燃焼器1bは、オフ燃料ガス経路4bを介して、燃料電池5から排出される燃料ガスであるオフ燃料ガスを燃焼して、オフ燃焼ガスを生成する。なお、燃焼器1bには別途原料を供給するための経路を直接形成してもよい。ここで、原料とは、成分として少なくとも炭化水素を有する気体又は液体を意味し、例えば、天然ガス、石炭、石油、もしくはメタンハイドレートなどの化石燃料で、都市ガスなどである。
The
ここで、水素生成器1の燃焼器1bで生成されたオフ燃焼ガスは、改質器1aを加熱し
た後にオフ燃焼ガス経路12に排出され、オフ燃焼ガス経路12を介して、燃料電池システム100外に排出される。なお、オフ燃焼ガスには、酸素、二酸化炭素、窒素、一酸化炭素、窒素酸化物が含まれている。
水供給器3には、凝縮水タンク(図示せず)で貯えられている凝縮水を改質器1aに供給するものである。水供給器3としては、改質器1aにその流量を調整しながら、凝縮水を供給するように構成されていれば、どのような態様であってもよく、例えば、流量調整弁とポンプで構成されていてもよく、流量調整可能なポンプで構成されていてもよい。凝縮水タンクに貯えられている凝縮水は、若干の不純物を含むため、イオン交換樹脂を供えている浄化器(図示せず)を介して純水化され、水供給器3に供給される。
Here, the off-combustion gas generated by the
The
燃料電池5は、アノードとカソード(図示せず)を有している。なお、燃料電池5は、高分子電解質形燃料電池や直接内部改質型固体酸化物形燃料電池や間接内部改質型固体酸化物形燃料電池等の各種の燃料電池を用いることができる。なお、本実施の形態1においては、水素生成器1と燃料電池5とを別々に構成する態様を採用したが、これに限定されず、固体酸化物形燃料電池のように水素生成器1と燃料電池5が一体で構成されていてもよい。この場合、水素生成器1と燃料電池5とが共通の断熱材で覆われた一つのユニットとして構成され、水素生成器1の燃焼器1bは、改質器1aだけでなく燃料電池5も加熱する。また、直接内部改質型固体酸化物形燃料電池においては、燃料電池5のアノードが改質器1aの機能を有することから、燃料電池5のアノードと水素生成器1の改質器1aとが一体で構成されていてもよい。さらに、燃料電池5の構成は、一般的な燃料電池と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
The
燃料電池5のカソードは、ブロアー6から酸化剤ガス経路7を介して酸素を含む酸化剤ガス(本実施の形態では空気を用いている)が供給される。そして、アノードに供給された燃料ガスとカソードに供給された酸化剤ガスとが反応して、水が生成され、電気と熱が発生する。燃料電池5で使用されなかった燃料ガスは、オフ燃料ガスとして、オフ燃料ガス経路4bを介して、水素生成器1の燃焼器1bに供給される。また、燃料電池5で使用されなかった酸化剤ガスは、オフ酸化剤ガス経路13を介して、燃料電池システム100外に排出される。なお、発生した電気は、図示されない電力調整器により、外部電力負荷(例えば、家庭の電気機器)に供給される。また、発生した熱は、燃料電池5内を通流する冷却水(図示せず)が回収する。
The cathode of the
バッファタンク14はオフ燃焼ガス経路12上に配置され、燃焼器1bから排出されたオフ燃焼ガスがバッファタンク14に供給されるよう構成されている。また、バッファタンク14の上流側に排ガス熱交換器8を配置することで、オフ燃焼ガスに含まれる水蒸気を排ガス熱交換器8で凝縮させ、凝縮した後のオフ燃焼ガスをバッファタンク14に供給することが可能となる。そのため、オフ燃焼ガス経路12の凝縮水による詰りを抑制することが可能となる。
The
また、バッファタンク14は、オフ燃焼ガスの流れ方向に垂直な断面の成分の均一化を促進させるガス拡散板15を備えるよう構成しても良い。図3にバッファタンク14の内部構造を示す断面図を例示する。この例示ではガス拡散板15をバッファタンク14内に3枚備えるように構成しているが、オフ燃焼ガスの流れ方向に垂直な断面での成分の均一化が図れれば、何枚で構成されていてもよく、オフ燃焼ガスをバッファタンク14側面から流入することによる強制対流と温度差による自然対流との相乗効果で拡散されるように構成されていてもよい。この構成により、水素生成器1の燃焼器1bの燃焼において、COが多量に発生するオフ燃焼ガスの悪化時でも、発生した低酸素濃度のオフ燃焼ガスと、バッファタンク14に蓄えられていた高酸素濃度のオフ燃焼ガスとを流れ方向に垂直な断面で均一に混合でき、バッファタンク14に蓄えられていた高酸素濃度のオフ燃焼ガスを有効に利用することが可能となる。
Further, the
また、バッファタンク14内には排水口16をさらに備えるよう構成しても良い。この構成とすることで、バッファタンク14を通流したした後のオフ燃焼ガスに含まれる水蒸気が凝縮し、凝縮水として発生した場合も、排水口16から排出でき、オフ燃焼ガス経路12の凝縮水による詰りを抑制することが可能となる。また、バッファタンク14の容量は、ガスセンサ17の反応速度に合わせて変化させる構成としても良い。この構成により、使用するガスセンサ17の反応速度に合わせてバッファタンク14の容量を最小化し、必要最小限の容量とすることが可能となる。さらに、バッファタンク14の容量は、燃焼器1bにおいて発生するオフ燃焼ガス量に合わせて容量を変化させる構成としても良い。この構成により、燃焼器1bからのオフ燃焼ガス量に合わせてバッファタンク14の容量を最小化し、必要最小限の容量とすることが可能となる。
Further, the
ガスセンサ17は、オフ燃焼ガス経路12のうち、バッファタンク14の後流に配置され、オフ酸化剤ガス経路13が、オフ燃焼ガス経路12の内、ガスセンサ17の上流に接続されるよう構成されている。この構成とすることで、バッファタンク14を通流するガスをオフ燃焼ガスのみにすることができ、オフ酸化剤ガスがバッファタンク14を通流することによるガス流量増大による圧力損失の増加を抑制することが可能となる。
The
ガスセンサ17は、オフ燃焼ガス経路12からオフ燃焼ガスの一部を取り込んで、成分を直接測定している。ガスセンサ17は、接触燃焼式のCOセンサで構成し、オフ燃焼ガス中のCO濃度を測定して、その信号を制御器101に送る。制御器101では、信号の大きさにより燃焼器1bの中の火炎から発生する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原料供給部2からの原料の供給を停止し、燃焼器1bを停止させる指示を行うようにしている。ガスセンサ17は、オフ燃焼ガス経路12に装着するときに、その先端の検知部分をオフ燃焼ガス経路12に挿入し、信号や電源の接続部分は、外部に露出して放熱を促進して温度上昇を防止している。
The
また、接触燃焼式では、オフ燃焼ガス中のCOを検知部分で接触燃焼させ、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。これにより、燃焼器1bがどのような燃料ガスで燃焼しても、また燃料ガスの流量が変化してオフ燃焼ガスの温度が高低しても、高温のオフ燃焼ガス中のCO濃度を測定し燃焼状態の評価を行うことができる。
In the contact combustion type, CO in the off-combustion gas is contact-combusted at the detection portion, and the temperature rise is converted into electric resistance and taken out as a voltage output. As a result, no matter what fuel gas the
排熱回収水経路18は、その一部が、燃料電池システム100外に位置するように設けられている。排熱回収水経路18には、排ガス熱交換器8、排空気熱交換器9が、この順で設けられている。そして、排熱回収水経路18内の第1熱媒体は、各熱交換器で他の熱媒体と熱交換しながら、通流する。なお、第1熱媒体としては、水又は不凍液(例えば、エチレングリーコール含有液)等を用いることができる。
The exhaust heat
排ガス熱交換器8は、排熱回収水経路18とオフ燃焼ガス経路12とを接触するように設けられていて、排熱回収水経路18を通流する第1熱媒体とオフ燃焼ガス経路12を通流するオフ燃焼ガスとの間で熱交換するように構成されている。なお、排ガス熱交換器8で第1熱媒体と熱交換することにより、オフ燃焼ガス中の水蒸気が凝縮して、凝縮水が生成される。生成された凝縮水は、排ガス凝縮水経路(図示せず)を介して凝縮水タンク(図示せず)に回収される。凝縮水が回収された後のオフ燃焼ガスは、オフ燃焼ガス経路12を介して燃料電池システム100外に排出される。
The exhaust
また、排空気熱交換器9は、排熱回収水経路18とオフ酸化剤ガス経路13を接触するように設けられていて、排熱回収水経路18を通流する第1熱媒体とオフ酸化剤ガス経路
を通流するオフ酸化剤ガスとの間で熱交換するように構成されている。なお、排空気熱交換器9で第1熱媒体と熱交換することにより、オフ酸化剤ガス中の水蒸気が凝縮して、凝縮水が発生する。生成された凝縮水は、オフ酸化剤ガス凝縮水経路(図示せず)を介して凝縮水タンク(図示せず)に回収される。凝縮水が回収された後のオフ酸化剤ガスは、オフ酸化剤ガス経路を介して燃料電池システム100外に排出される。
[ガスセンサ17の動作]
次に、本実施の形態1に係る燃料電池システム100の水素生成器1の動作について、図1を参照しながら説明する。なお、燃料電池システム100における発電動作は、一般的な燃料電池システムの発電動作と同様に行われるので、その詳細な説明は省略する。
Further, the exhaust air heat exchanger 9 is provided so as to contact the exhaust heat
[Operation of Gas Sensor 17]
Next, the operation of the hydrogen generator 1 of the
燃料電池システム100では、原料ガスが燃焼器1bに供給され、燃焼される。これにより改質器1aが加熱される。原料ガスの改質に必要な温度に改質器1aの温度が達すると、原料ガスが改質器1aにも供給される。また、水供給器3より水が、改質反応に必要な水分として改質器1aに供給される。そして、改質器1aにおいて原料ガスが改質されて、水素リッチな燃料ガスが生成される。また、燃料電池システム100の発電時は、水素生成器1から燃料電池5に供給された燃料ガスの残りとして排出されるオフ燃料ガスを燃料ガスとして使用し、改質器1aの触媒層(図示せず)を加熱し、水蒸気改質反応を促進していく。
In the
このとき、ガスセンサ17でオフ燃焼ガス中のCO濃度を連続測定し、燃焼器1b内の火炎の状態を評価する。例えば、空気供給器10が排気閉塞や給気閉塞により火炎が空気不足になりCOを発生すると、ガスセンサ17で検知して、その信号を制御器101に送る。制御器101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、燃焼器1bの燃焼状態を不良と判定し、燃焼器1bを停止させる指示を行う。また、制御器101は、水素生成器1や燃料電池システム100に対しても、停止動作の指示を行うようにしている。また、気温の低下や原料ガスの供給不良による供給量の減少により、火炎が空気過剰になりCOを発生しても、同じようにガスセンサ17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。
At this time, the
なお、ガスセンサ17でCOを検知して、その信号を制御器101に送り、制御器101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、燃焼器1bの燃焼状態を不良と判定し、燃焼器1bを停止させる指示を行う。しかし、制御器101により、ガスセンサ17の信号が所定の値よりも低い値で、空気供給器10をコントロールして(例えば、所定の値よりも低いCOの値でも空気の量を増加させてCO濃度を低減し、CO濃度が上昇する毎にこの動作を繰り返す)空気供給器10の能力の限界になった時にガスセンサ17が前記の所定の値を超えた場合は、燃焼器1bを停止するようにすることも可能である。
The
以上のように、本実施の形態1においては、燃焼器1bのオフ燃焼ガスの成分検知を行うガスセンサ17の上流側にバッファタンク14を導入させたので、オフ燃焼ガスの酸欠状態を解消して、ガスセンサ17の検知不良を防止することができる。
As described above, in the first embodiment, the
(実施の形態2)
図2は、実施の形態2に係る水素生成器1を備えた燃料電池システム100の概略構成を模式的に示すブロック図である。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of the
図2に示すように、本発明の実施の形態2に係る燃料電池システム100は、バッファタンク14に連通する経路に、酸化剤ガス経路7が追加されている点のみが異なる。
As shown in FIG. 2, the
以上のように、本実施の形態2においても、本実施の形態1同様に、燃焼器1bのオフ
燃焼ガスの成分検知を行うガスセンサ17の上流側にバッファタンク14を導入させたので、オフ燃焼ガスの酸欠状態を解消して、ガスセンサ17の検知不良を防止することができる。
As described above, also in the second embodiment, the
本発明にかかる水素生成器は、燃焼器の燃焼状態の検知を行う時に、オフ燃焼ガスの酸欠状態を解消して、ガスセンサにより検知するので、燃料電池システムから排出されるオフ燃焼ガスから燃料ガスの燃焼不良検知が可能となり、給湯器や暖房機の熱源にも適用できるため、燃料電池及び給湯器、暖房機の分野で有用である。 In the hydrogen generator according to the present invention, when the combustion state of the combustor is detected, the oxygen deficiency state of the off-combustion gas is resolved and detected by the gas sensor, so that the fuel from the off-combustion gas discharged from the fuel cell system is detected. Since it is possible to detect defective combustion of gas and it can be applied to a heat source of a water heater or a heater, it is useful in the fields of a fuel cell, a water heater, and a heater.
1 水素生成器
1a 改質器
1b 燃焼器
2 原料供給部
3 水供給器
4a 燃料ガス供給経路
4b オフ燃料ガス経路
5 燃料電池
6 ブロアー
7 酸化剤ガス経路
8 排ガス熱交換器
9 排空気熱交換器
10 空気供給器
11 空気流量計
12 オフ燃焼ガス経路
13 オフ酸化剤ガス経路
14 バッファタンク
15 ガス拡散板
16 排水口
17 ガスセンサ
18 排熱回収水経路
100 燃料電池システム
101 制御器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記原料ガスまたは前記燃料ガスを燃焼させ前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記燃焼器において発生するオフ燃焼ガスを排出するオフ燃焼ガス経路と、
前記オフ燃焼ガス経路に配置され、前記オフ燃焼ガスに含まれる特定ガスを燃焼させることで前記特定ガスを検出するガスセンサと、
前記オフ燃焼ガス経路のうち前記ガスセンサの上流側に配置され、前記オフ燃焼ガスを蓄えるバッファタンクと、
を備える水素生成器。 A reformer that generates a fuel gas containing hydrogen by a reforming reaction of the raw material gas;
A combustor that burns the raw material gas or the fuel gas and heats the reformer;
An off combustion gas path for discharging off combustion gas generated in the combustor;
A gas sensor that is disposed in the off-combustion gas path and detects the specific gas by burning the specific gas contained in the off-combustion gas;
A buffer tank that is disposed upstream of the gas sensor in the off-combustion gas path and stores the off-combustion gas;
A hydrogen generator.
前記オフ酸化剤ガス経路が、前記オフ燃焼ガス経路のうち、前記ガスセンサの上流に接続される請求項1に記載の水素生成器。 An off-oxidant gas path for discharging the off-oxidant gas of the fuel cell;
The hydrogen generator according to claim 1, wherein the off-oxidant gas path is connected upstream of the gas sensor in the off-combustion gas path.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013092349A JP2014214050A (en) | 2013-04-25 | 2013-04-25 | Hydrogen generator and fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2014214050A true JP2014214050A (en) | 2014-11-17 |
Family
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Family Applications (1)
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| JP2013092349A Pending JP2014214050A (en) | 2013-04-25 | 2013-04-25 | Hydrogen generator and fuel cell system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2014214050A (en) |
-
2013
- 2013-04-25 JP JP2013092349A patent/JP2014214050A/en active Pending
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