(57)【要約】【課題】改質温度検出器に異常が発生し、改質器の温度計測値が実際の温度と異なる値として検知された場合に、改質温度検出器の異常を検知する。【解決手段】改質温度検出器９で検出される温度が、予め設定される所定温度範囲内になるよう、原料供給器４から供給される原料の流量を制御し、改質温度検出器９で検出される温度が予め設定される所定温度範囲内であり、火炎検知器１０で検出されるイオン電流の値が予め設定されるイオン電流の適正な範囲外となった場合に、異常を検知する。【選択図】図１
2014001104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を用いて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器の温度を検出する改質温度検出器と、
少なくとも、前記改質器で生成された改質ガスを燃焼用ガスとして燃焼させ、前記改質器に熱を供給する燃焼器と、
前記燃焼器で形成される火炎のイオン電流に基づいて火炎の状態を検知する火炎検知器と、
前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記改質温度検出器で検出される温度が、予め設定される所定温度範囲内になるよう、前記原料供給器から供給される前記原料の流量を制御するとともに、
前記改質温度検出器で検出される温度が予め設定される所定温度範囲内であり、前記火炎検知器で検出されるイオン電流の値が予め設定されるイオン電流の適正な範囲外となった場合に、予め設定される動作ステップに移行する水素生成装置。
【請求項２】
前記予め設定される動作ステップとは、異常の検知、報知、および装置の運転の停止の、いずれか少なくとも１つである、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記制御器は、前記原料供給器から供給される原料の流量に対応して、前記イオン電流の適正な範囲を設定する、請求項１又は２に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記制御器は、前記改質温度検出器で検出する温度に対応して、前記イオン電流の適正な範囲を設定する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記水素生成装置で生成させた改質ガスを燃料とする燃料電池を備え、前記燃焼器で前記燃料電池から排出される排出ガスを燃焼させる、請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
原料を用いて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器の温度を検出する改質温度検出器と、
少なくとも前記改質器で生成させた改質ガスを燃焼用ガスとして燃焼させ、前記改質器に熱を供給する燃焼器と、
前記燃焼器で形成される火炎のイオン電流に基づいて火炎の状態を検知する火炎検知器と、
前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、
を備える水素生成装置の運転方法であって、
前記改質器の温度が所定温度範囲内になるよう前記原料の流量を調整する工程と、
前記改質温度検出器で検出される温度が予め設定される所定温度範囲内であり、前記火炎検知器で検出されるイオン電流の値が、予め設定されるイオン電流の適正な範囲外となった場合に、予め設定される動作ステップに移行する工程と、
を備える水素生成装置の運転方法。
【請求項７】
前記予め設定される動作ステップに移行する工程とは、異常の検知、報知、および装置の運転の停止の、いずれか少なくとも１つである、請求項６に記載の水素生成装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素生成装置を備えた燃料電池システムとその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、発電器の本体である燃料電池スタック（以下、単に「燃料電池」という）に、水素含有ガスと酸素含有ガスとを供給して、水素と酸素との電気化学反応を進行させることにより発生した化学的なエネルギーを、電気的なエネルギーとして取り出して発電するシステムである。また、高効率発電が可能であり、発電運転の際に発生する熱エネルギーを簡単に利用することができるので、高いエネルギー利用効率を実現することが可能な分散型の発電システムとして開発が進められている。
【０００３】
一般的に、水素含有ガスのインフラストラクチャーが整備されていないことが多く、従来の燃料電池システムには、改質ガス（水素含有ガス）を生成させる改質器を備えた水素生成装置が配設されている。水素生成装置では、水と既存のインフラストラクチャーから供給される天然ガスを主成分とする都市ガス、又はＬＰＧ等を原料とし、Ｒｕ触媒やＮｉ触媒を用いて６００〜７００℃の温度で改質反応させ改質ガスを生成させる。特に、改質器を高温に加熱するために、改質器にはバーナ等の燃焼器が設けられている。また、改質反応により得られる改質ガスには、通常、原料に由来する一酸化炭素が含まれ、その濃度が高いと、燃料電池の発電特性を低下させる。そこで、水素生成装置には、改質器の他に、２００℃〜３５０℃の温度で一酸化炭素と水蒸気との変成反応を進行させて一酸化炭素を低減させる、Ｃｕ−Ｚｎ系触媒を備える変成器、および１００℃〜２００℃の温度で一酸化炭素を選択的に酸化反応させて更に一酸化炭素を低減させる選択酸化器や、一酸化炭素を選択的にメタン化させて低減させるメタン化除去器等の選択除去器といった反応器が設けられることが多い。
【０００４】
さて、改質反応器の反応は、触媒の活性が十分な状態であれば、一定の圧力状態の下でほぼ温度だけで一義的に組成等が決定される平衡反応であり、水素発生装置を一定量の水素を発生させる定常状態においても、発生量を変化させる等の過渡状態においても安定に運転させ、副生物も含め一定の組成で利用機器に供給するためには、各反応器の温度をできる限り一定に保持することが最も重要なポイントであった。それらの点に鑑みて、従来の技術では、各反応器に温度検出手段を設置し、温度制御を行うことで、確実な動作が得られる水素発生装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１８０９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の水素生成装置では、温度が正しく計測されている場合、その温度の計測値を持って、水素生成装置の運転が正しく行われているか判断することができる。しかし、各反応器の温度検出手段に異常が発生し、計測温度が実際の温度からずれる場合、計測温度に基づいて制御される各反応器の温度は、本来の適切な範囲からずれることになる。特に高温で反応を進める改質器で、計測される温度に基づいて、燃焼器の加熱条件を制御する場合で、計測される温度が計測器の異常により実際の温度と異なる値となるとき、改質器の温度が想定よりも高温化することによって触媒が劣化する事や、改質器の温度が想定よりも
低温化することで触媒の反応不良が生じ、水素の生成量不足や、一酸化炭素濃度の増加による、燃料電池の発電特性低下が発生するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の水素生成装置は、原料を用いて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、前記改質器の温度を検出する改質温度検出器と、少なくとも、前記改質器で生成された改質ガスを燃焼用ガスとして燃焼させ、前記改質器に熱を供給する燃焼器と、前記燃焼器で形成される火炎のイオン電流に基づいて火炎の状態を検知する火炎検知器と、前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記改質温度検出器で検出される温度が、予め設定される所定温度範囲内になるよう、前記原料供給器から供給される前記原料の流量を制御するとともに、前記改質温度検出器で検出される温度が予め設定される所定温度範囲内であり、前記火炎検知器で検出されるイオン電流の値が予め設定されるイオン電流の適正な範囲外となった場合に、予め設定される動作ステップに移行する構成とする。
【０００８】
また、本発明の水素生成装置の運転方法は、原料を用いて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、前記改質器の温度を検出する改質温度検出器と、少なくとも前記改質器で生成させた改質ガスを燃焼用ガスとして燃焼させ、前記改質器に熱を供給する燃焼器と、前記燃焼器で形成される火炎のイオン電流に基づいて火炎の状態を検知する火炎検知器と、前記改質器に前記原料を供給する原料供給器とを備え、前記改質器の温度が所定温度範囲内になるよう前記原料の流量を調整する工程と、前記改質温度検出器で検出される温度が予め設定される所定温度範囲内であり、前記火炎検知器で検出されるイオン電流の値が、予め設定されるイオン電流の適正な範囲外となった場合に、予め設定される動作ステップに移行する工程とを備える構成とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、改質温度検出器に異常が発生し、改質器の温度計測値が実際の温度と異なる値として検知され、計測値に基づく制御の結果、実際の改質器温度が予め設定される所定温度範囲外の値となった場合、火炎検知器で検出されるイオン電流値が、予め設定されるイオン電流の適正な範囲外となることを検出することで、改質器が予め設定される所定温度範囲から外れた値になっていることを検知できるので、改質器が異常な高温の状態で運転を継続することによる触媒の劣化や、また異常な低温状態での運転による、水素の生成量不足および、変成反応や選択酸化反応の不良による、改質ガス中の一酸化炭素濃度増加により、燃料電池の発電特性が低下するという問題の発生を防止することできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの概略図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の水素生成装置は、原料を用いて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、前記改質器の温度を検出する改質温度検出器と、少なくとも、前記改質器で生成された改質ガスを燃焼用ガスとして燃焼させ、前記改質器に熱を供給する燃焼器と、前記燃焼器で形成される火炎のイオン電流に基づいて火炎の状態を検知する火炎検知器と、前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記改質温度検出器で検出される温度が、予め設定される所定温度範囲内になるよう、前記原料供給器から供給される前記原料の流量を制御するとともに、前記改質温度検出器で検出される温度が予め設定される所定温度範囲内であり、前記火炎検知器で検出されるイオン電流の値が予め設定されるイオン電流の適正な範囲外となった場合に、予め設定される動作ステップに移行する構成とする。
【００１２】
また、本発明の水素生成装置は、前記予め設定される動作ステップが、異常の検知、報知、および装置の運転の停止の、いずれか少なくとも１つである構成としてもよい。
【００１３】
また、本発明の水素生成装置は、さらに制御器で、前記原料供給器から供給される原料の流量に対応して、前記イオン電流の適正な範囲を設定する構成としてもよい。
【００１４】
また、本発明の水素生成装置は、さらに制御器で、前記改質温度検出器で検出する温度に対応して、前記イオン電流の適正な範囲を設定する構成としてもよい。
【００１５】
また、本発明の水素生成装置は、さらに制御器で、前記改質温度検出器の異常を検知した際に、異常の報知および、装置の運転の停止の、少なくともどちらか一方を行う構成としてもよい。
【００１６】
また、本発明の水素生成装置は、前記改質器で生成させた改質ガスが供給される、前記改質ガスを燃料とする燃料電池を備え、前記燃料電池から排出される排出ガスを燃焼させる、前記の構成としてもよい。
【００１７】
また、本発明の水素生成装置の運転方法は、原料を用いて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、前記改質器の温度を検出する改質温度検出器と、少なくとも前記改質器で生成させた改質ガスを燃焼用ガスとして燃焼させ、前記改質器に熱を供給する燃焼器と、前記燃焼器で形成される火炎のイオン電流に基づいて火炎の状態を検知する火炎検知器と、前記改質器に前記原料を供給する原料供給器とを備え、前記改質器の温度が所定温度範囲内になるよう前記原料の流量を調整する工程と、前記改質温度検出器で検出される温度が予め設定される所定温度範囲内であり、前記火炎検知器で検出されるイオン電流の値が、予め設定されるイオン電流の適正な範囲外となった場合に、予め設定される動作ステップに移行する工程とを備える構成とする。
【００１８】
また、水素生成装置の運転方法は、前記予め設定される動作ステップに移行する工程が、異常の検知、報知、および装置の運転の停止の、いずれか少なくとも１つである構成としてもよい。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。以下では全ての図を通じて、同一又は相当する要素には同一の参照符号を付してその重複する説明を省略する。なお、以下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。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図である。燃料電池システム２００は、水素を含む改質ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池１００と、都市ガスやＬＰＧなどの原料に水を添加して改質し、水素を含む改質ガスを生成する水素生成装置１と、燃料電池１００、水素生成装置１などの動作を制御する制御器８で構成される。水素生成装置１と燃料電池１００は、水素生成装置１で生成させた改質ガスを燃料電池１００に送る改質ガス供給経路７と、燃料電池１００からのオフガスを水素生成装置１に送るオフガス経路１１と、オフガス経路に接続される燃料供給経路６とで接続されている。また、改質ガス供給経路７である水素供給経路、オフガス経路１１との間を接続するバイパス経路１２が設けられている。
【００２１】
燃料電池１００は、高分子型燃料電池であり、水素生成装置からの改質ガスと空気とを用いて発電する構成となっている。一般的な高分子型燃料電池と同一構成であり、燃料電池を動作させる構成を含めて、詳細な説明は省略する。
【００２２】
水素生成装置１は、原料供給器４からの原料と、水供給器５からの水の供給を受けて原料と水から発生させた水蒸気との水蒸気改質反応を進める改質器２と、改質器２での水蒸気改質反応に必要な反応熱を与える燃焼器３とで構成される。
【００２３】
改質器２は、Ｒｕ系触媒を備え水蒸気改質反応を進める改質反応器と、改質器後の改質ガス中の一酸化炭素を低減するＣｕ−Ｚｎ系触媒を備える変成反応器と、Ｒｕ系触媒を備える選択酸化反応器が設けられるが、一般的な改質器構成となるので詳細な説明は省略する。また、改質器２には水蒸気改質反応の代表温度を検出する改質温度検出器９が設けられている。
【００２４】
燃焼器３は火炎バーナを備えており、燃料供給経路６から供給される燃料と燃焼空気供給器１３から供給される燃焼用の空気を火炎バーナで燃焼させる。燃料供給経路６から、燃焼器３の燃料として、燃料電池１００で消費されなかった改質ガスであるオフガス、バイパス経路１２を経由した水素生成装置１で生成させた改質ガスや原料が供給される。
【００２５】
原料供給器４は、原料インフラ等から天然ガスやＬＰＧ等の原料を昇圧させて水素生成装置１に供給するブースターポンプを備え、供給する原料の量を調節する機能を有する。なお、原料は、原料中の硫黄成分を除去して水蒸気改質反応させるのが好ましく、原料供給器４の前後に脱硫器を設ける構成としても良い。
【００２６】
水供給器５は水タンク等からの水を水素生成装置１に供給する水ポンプを備え、供給する水の量を調節する機能を有する。
【００２７】
火炎検知器１０は、フレームロッド方式であり、火炎のイオン電流に基づき、火炎の燃焼状態を検知する機能を有する。
【００２８】
燃焼空気供給器１３は、燃焼器３に燃焼空気を供給するシロッコファンを有し、供給する燃焼空気の量を調節する機能を有する。なお、原料供給器４、水供給器５、燃焼空気供給器１３は、それぞれの機能を発揮するものであれば上記構成に限定されるものではない。
【００２９】
制御器８は、燃料電池１００、水素生成装置１の運転動作を制御するもので、特に改質温度検出器９からの検出、測定情報をもとに、原料供給器４、水供給器５、燃焼空気供給器１３の動作を制御する信号を送り、それらの動作を制御する。
【００３０】
次に、本実施の形態１における燃料電池システム２００の発電時の動作について説明する。
【００３１】
燃料電池システム２００の発電時の動作は、原料供給器４から原料、原料の炭素数と水とのモル比率（Ｓ／Ｃ）が２．８を目安に水供給器５から水を水素生成装置１に供給して水素を含む改質ガスを生成させる。生成させた改質ガスは未反応の炭化水素を含み、水素供給経路を通して燃料電池１００へ供給され、発電動作を行う。このときの燃料電池１００からのオフガスは同様に未反応の炭化水素を含有し、オフガス経路１１、燃料供給経路６を通して燃焼器３に供給される。燃焼器３では、オフガスと燃焼空気供給器１３から供給された燃焼空気とを燃焼させて水蒸気改質反応に必要な熱を供給し、改質器２での水蒸気改質反応を進行させる。火炎検知器１０は、火炎における炭化水素のイオン化によって発生するイオン電流を検知し、制御器８は、燃焼器３における正常な燃焼を示す所定のイオン電流が得られているかを判定し、異常があれば燃焼を停止させるよう制御を行う。
【００３２】
次に、本実施の形態１における燃料電池システム２００の特徴的な動作について説明す
る。
【００３３】
本実施の形態１の燃料電池システム２００では、制御器８により、改質温度検出器９での検出温度が、予め設定される所定の範囲（本実施形態では６３０〜６３５℃）内となるように、原料供給器４から改質器２に供給する原料の量を制御する。改質温度検出器９に異常が発生し、実際の改質器温度よりも低い温度信号を制御器８に送った場合、制御器８は、改質器２の温度が実際よりも低いと判断し、改質温度検出器９からの温度信号が、予め設定される制御温度となるように、原料供給器４からの原料の供給量を増加し、実際の改質器２の温度は、予め設定される所定の範囲よりも高い値となる。
【００３４】
このとき改質器２では、所定の範囲の温度よりも高い温度で水蒸気改質反応が行われることになり、原料から生成される水素の量は増加するが、水素生成装置１から排出される改質ガスに含まれる、未反応の炭化水素の濃度は減少する。
【００３５】
その結果、燃料に含まれる炭化水素のイオン化によって発生する火炎のイオン電流を検知している火炎検知器１０では、燃料に含まれる炭化水素の濃度が低下することにより、検知される火炎のイオン電流値が低下することとなる。そこで、本実施の形態１の燃料電池システム２００では、制御器８で、改質温度検出器９で検出される温度が所定の制御温度範囲（本実施形態では６３０〜６３５℃）内であって、火炎検知器１０において検知される火炎のイオン電流の値が、予め設定される下限値よりも低下することを検出する。イオン電流の値が、予め設定される下限値よりも低下することは、改質温度検出器９に異常があることであり、次に予め設定される動作ステップに移行する。次に予め設定される動作ステップとは、改質温度検出器９に異常があることに対しての、対応動作となる。具体的には、改質温度検出器９異常の検知、報知、および装置の運転の停止の、いずれか少なくとも１つを行う。
【００３６】
なお、燃焼器３で燃焼させる燃料の流量が多い場合、すなわち、改質器に供給される原料が多い場合、改質温度検出器９で検出される温度が同じであると、蒸気改質反応性が低下するので、改質ガス中の炭化水素濃度が高くなり、制御器８において、予め設定される火炎のイオン電流の下限値が高くなる。逆に、燃焼器３で燃焼させる燃料の流量が少ない場合は、上記イオン電流の下限値が低くなる傾向となる。そこで、イオン電流の下限値は、燃焼器３で燃焼させる燃料の流量に対応して、設定することが好ましい。
【００３７】
また、改質温度検出器９で測定される温度が高い場合は、水蒸気改質反応が進行するので、改質ガス中の炭化水素濃度が低くなり、火炎のイオン電流の下限値が高くなる。逆に、改質温度検出器９で測定される温度が低い場合は、火炎のイオン電流の下限値が低くなる傾向となる。そこで、火炎のイオン電流の下限値は、改質温度検出器９で計測される温度に対応して設定することが好ましい。
【００３８】
表１は、火炎電流下限値を与えるテーブルである。
【００３９】
【表１】
2014001104.tif 000003
【００４０】
一例として、本実施の形態１では、火炎のイオン電流の下限値は、表１に示すように、燃料の流量および、改質温度検出器９で計測される温度に関連するテーブルとして与えた。具体的には、あらかじめ改質温度検出器９の温度に対して、火炎検知器１０でのイオン電流を測定し、温度とイオン電流を相関付ける。改質温度の増加に伴ってイオン電流は小さくなり、そのことをテーブルに反映させる。原料流量が少ない場合、同じ改質温度でも触媒での水蒸気改質反応は進行するので、イオン電流は小さくなり、その関係も反映させたテーブルとなっている。原料が３．５Ｌ／ｍｉｎで供給され、改質温度検出器９の温度が６３０℃となるよう制御されている場合、火炎電流は１．６を下回ることはないが、改質温度検出器９の検出温度が６３０℃にもかかわらず、イオン電流が１．５の場合、改質温度検出器９が、本来は６４０℃で運転されている、すなわち高温で反応していると判断し、改質温度検出器９が異常と検出する事を行う。また、原料量によりイオン電流値は前記のように変化するので、原料量もあわせて検出し、改質器温度とイオン電流の値を検出して異常を検出することが望ましい。
【００４１】
以上より、制御器８は、改質温度検出器９の異常を報知するとともに、システムを停止させることで、改質器２が異常な高温となる状態での運転継続を回避し、高温による触媒の劣化や、触媒反応不良による改質ガス中の一酸化炭素濃度の増加を防止することができる。
【００４２】
（実施の形態２）
実施の形態２での燃料電池システム構成は、図１に示す実施の形態１おける燃料電池システム２００と同様の構成であり、構成および基本的な動作についての説明は省略する。
【００４３】
次に、本実施の形態２における燃料電池システム２００の特徴的な動作について説明する。
【００４４】
本実施の形態２の燃料電池システム２００では、制御器８により、改質温度検出器９での検出温度が、予め設定される所定の範囲（本実施形態では６３０〜６３５℃）内となるように、原料供給器４から改質器２に供給する原料の量を制御する。改質温度検出器９に異常が発生し、実際の改質器温度よりも高い温度信号を制御器８に送った場合、制御器８は、改質器２の温度が実際よりも高いと判断し、改質温度検出器９からの温度信号が、予め設定される制御温度となるように、原料供給器４からの原料の供給量を減少し、実際の改質器２の温度は、予め設定される所定の範囲よりも低い値となる。
【００４５】
このとき改質器２では、所定の範囲の温度よりも低い温度で水蒸気改質反応が行われることになり、原料から生成される水素の量は減少するが、水素生成装置１から排出される改質ガスに含まれる、未反応の炭化水素の濃度は増加する。
【００４６】
その結果、燃料に含まれる炭化水素のイオン化によって発生する火炎のイオン電流を検
出している火炎検知器１０では、燃料に含まれる炭化水素の濃度が上昇することにより、検出される火炎のイオン電流値が上昇することとなる。そこで、本実施の形態２の燃料電池システム２００では、制御器８で、改質温度検出器９で検出される温度が所定の制御温度範囲（本実施形態では６３０〜６３５℃）内であって、火炎検知器１０において検出される火炎のイオン電流の値が、予め設定される上限値よりも上昇することを検出する。イオン電流の値が、予め設定される上限値よりも上昇することは、改質温度検出器９に異常があることであり、次に予め設定される動作ステップに移行する。次に予め設定される動作ステップとは、改質温度検出器９に異常があることに対しての、対応動作となる。具体的には、改質温度検出器９異常の検知、報知、および装置の運転の停止の、いずれか少なくとも１つを行う。
【００４７】
なお、燃焼器３で燃焼させる燃料の流量が多い場合、すなわち、改質器に供給される原料が多い場合、改質温度検出器９で検出される温度が同じであると、蒸気改質反応性が低下するので、改質ガス中の炭化水素濃度が高くなり、制御器８において、予め設定される火炎のイオン電流の上限値が高くなる。逆に、燃焼器３で燃焼させる燃料の流量が少ない場合は、上記イオン電流の上限値が低くなる傾向となる。そこで、イオン電流の上限値は、燃焼器３で燃焼させる燃料の流量に対応して設定することが好ましい。
【００４８】
また、改質温度検出器９で測定される温度が高い場合は、水蒸気改質反応が進行するので、改質ガス中の炭化水素濃度が低くなり、火炎のイオン電流の上限値が高くなる。逆に、改質温度検出器９で測定される温度が低い場合は、火炎のイオン電流の上限値が低くなる傾向となる。そこで、火炎のイオン電流の上限値は、改質温度検出器９で計測される温度に対応して設定することが好ましい。
【００４９】
表２は、火炎電流上限値を与えるテーブルである。
【００５０】
【表２】
2014001104.tif 000004
【００５１】
一例として、本実施の形態２では、火炎のイオン電流の上限値は、表２に示すように、燃料の流量および、改質温度検出器９で計測される温度に関連するテーブルとして与えた。具体的には、あらかじめ改質温度検出器９の温度に対して、火炎検知器１０でのイオン電流を測定し、温度とイオン電流を相関付ける。改質温度の増加に伴ってイオン電流は小さくなり、そのことをテーブルに反映させる。原料流量が少ない場合、同じ改質温度でも触媒での水蒸気改質反応は進行するので、イオン電流は小さくなり、その関係も反映させたテーブルとなっている。原料が３．５Ｌ／ｍｉｎで供給され、改質温度検出器９の温度が６３０℃となるよう制御されている場合、火炎電流は２．０を上回ることはないが、改質温度検出器９の検出温度が６３０℃にもかかわらず、イオン電流が２．１の場合、改質温度検出器９が、本来は６２０℃で運転されている、すなわち低温で反応していると判断し、改質温度検出器９が異常と検出する事を行う。また、原料量によりイオン電流値は前記のように変化するので、原料量もあわせて検出し、改質器温度とイオン電流の値を検出して異常を検出することが望ましい。
【００５２】
以上により、制御器８は、改質温度検出器９の異常を報知するとともに、システムを停止させることで、改質器２が異常な低温となる状態での運転継続を回避し、低温による触媒反応不良による、原料から水素ガスへの転化率低下による水素量の不足や、変成反応や選択酸化反動の不良によって改質ガス中の一酸化炭素濃度が増加し、燃料電池の発電特性を低下させるという問題の発生を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る水素生成装置は、火炎検知器を用いて改質器の異常を検知でき、水素生成装置を備える燃料電池システムに有用である。また、定置用及び移動体用の燃料電池システムに有用であり、固体高分子型燃料電池システム及び固体酸化物型燃料電池システムに特に有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１  水素生成装置
２  改質器
３  燃焼器
４  原料供給器
５  水供給器
６  燃料供給経路
７  改質ガス供給経路
８  制御器
９  改質温度検出器
１０  火炎検知器
１１  オフガス経路
１２  バイパス経路
１３  燃焼空気供給器
１００  燃料電池
２００  燃料電池システム
【図１】
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