(57)【要約】【課題】少なくとも改質用バーナの異常を適切に診断し得る改質装置の診断方法及び診断装置を提供する。【解決手段】燃焼用燃料供給手段１０からの燃焼用燃料を燃焼空間７１に噴出する噴出経路８０である稼働用の噴出経路８０を、複数の噴出経路８０から択一的に切り換え可能な噴出経路切換手段８４と、一酸化炭素濃度検出手段２７にて検出される燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が所定の上限値よりも高くなると、噴出経路切換手段８４を作動させて稼働用の噴出経路を変更する噴出経路変更処理を実行する噴出経路変更処理手段Ｃ１と、噴出経路変更処理手段Ｃ１より噴出経路変更処理が実行された後、一酸化炭素濃度検出手段２７にて検出される燃焼ガス中の一酸化炭素濃度に基づいて、異常を診断する診断手段Ｃ２とが設けられている。【選択図】図１
2015174809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質触媒が装入された改質部と内部に燃焼空間を形成する燃焼部とが、伝熱可能な隔壁にて区画された状態で配設され、
燃焼用燃料供給手段により供給される燃焼用燃料を酸素含有ガス供給手段により供給される燃焼用酸素含有ガスにて前記燃焼空間内で燃焼させる改質用バーナが、前記燃焼部に備えられた改質装置の異常を診断する改質装置の診断方法であって、
前記改質用バーナに、前記燃焼用燃料供給手段からの燃焼用燃料の受入部から噴出流路を経て当該燃焼用燃料の前記燃焼空間に対する噴出部に至る噴出経路を、前記受入部、前記噴出流路及び前記噴出部を異ならせた状態で複数備え、
前記燃焼用燃料供給手段からの燃焼用燃料を前記燃焼空間に噴出する前記噴出経路である稼働用の噴出経路を、前記複数の噴出経路から択一的に切り換え可能な噴出経路切換手段を設け、
前記改質用バーナの燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が所定の上限値よりも高くなると、
前記噴出経路切換手段を作動させて前記稼働用の噴出経路を変更する噴出経路変更処理を実行した後、前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度を検出して、その検出結果に基づいて異常を診断する改質装置の診断方法。
【請求項２】
前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値よりも高くなると、前記酸素含有ガス供給手段の作動条件を、前記改質用バーナへの燃焼用酸素含有ガス供給量を燃焼用燃料の供給量に応じた量とするための定常作動条件から、前記改質用バーナへの燃焼用酸素含有ガス供給量を前記燃焼用燃料の供給量に応じた量よりも増加させる診断用作動条件に変更した後、
前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値以下になった場合は、
前記酸素含有ガス供給手段を前記定常作動条件で作動させて前記噴出経路変更処理を実行する、定常状態での噴出経路変更処理を実行し、
前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値よりも高い場合は、
前記酸素含有ガス供給手段を前記診断用作動条件で作動させて前記噴出経路変更処理を実行する、酸素含有ガス増大状態での噴出経路変更処理を実行する請求項１に記載の改質装置の診断方法。
【請求項３】
前記定常状態での噴出経路変更処理を実行したときに、
前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値以下になった場合は、前記改質用バーナの異常であると診断し、前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値よりも高い場合は、前記酸素含有ガス供給手段の軽度の異常であると診断し、
前記酸素含有ガス増大状態での噴出経路変更処理を実行したときに、
前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値以下になった場合は、前記改質用バーナの異常であると診断し、前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値よりも高い場合は、前記酸素含有ガス供給手段の重度の異常、又は、前記燃焼用燃料供給手段の異常であると診断する請求項２に記載の改質装置の診断方法。
【請求項４】
前記改質部にて生成された水素ガスを主成分とする改質ガスが、燃料電池に供給されるように構成され、
前記燃料電池から水素が残存した状態で排出されるオフガスが、前記燃焼用燃料として、前記改質用バーナに供給されるように構成され、
前記定常状態での噴出経路変更処理を実行したときに、前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値よりも高い場合は、前記酸素含有ガス供給手段の軽度の異常、又は、前記オフガスの組成の異常であると診断し、
前記酸素含有ガス増大状態での噴出経路変更処理を実行したときに、前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値よりも高い場合は、前記燃焼用燃料供給手段による燃焼用燃料の供給を停止し、
前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値以下になった場合は、前記燃焼用燃料供給手段の異常であると診断し、前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値よりも高い場合は、前記酸素含有ガス供給手段の重度の異常であると診断する請求項３に記載の改質装置の診断方法。
【請求項５】
改質触媒が装入された改質部と内部に燃焼空間を形成する燃焼部とが、伝熱可能な隔壁にて区画された状態で配設され、
燃焼用燃料供給手段により供給される燃焼用燃料を酸素含有ガス供給手段により供給される燃焼用酸素含有ガスにて前記燃焼空間内で燃焼させる改質用バーナが、前記燃焼部に備えられた改質装置の異常を診断する改質装置の診断装置であって、
前記改質用バーナに、前記燃焼用燃料供給手段からの燃焼用燃料の受入部から噴出流路を経て当該燃焼用燃料の前記燃焼空間に対する噴出部に至る噴出経路が、前記受入部、前記噴出流路及び前記噴出部を異ならせた状態で複数備えられ、
前記改質用バーナの燃焼ガス中の一酸化炭素濃度を検出する一酸化炭素濃度検出手段と、
前記燃焼用燃料供給手段からの燃焼用燃料を前記燃焼空間に噴出する前記噴出経路である稼働用の噴出経路を、前記複数の噴出経路から択一的に切り換え可能な噴出経路切換手段と、
前記一酸化炭素濃度検出手段にて検出される前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が所定の上限値よりも高くなると、前記噴出経路切換手段を作動させて前記稼働用の噴出経路を変更する噴出経路変更処理を実行する噴出経路変更処理手段と、
前記噴出経路変更処理手段により前記噴出経路変更処理が実行された後、前記一酸化炭素濃度検出手段にて検出される前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度に基づいて、異常を診断する診断手段とが設けられている改質装置の診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質触媒が装入された改質部と内部に燃焼空間を形成する燃焼部とが、伝熱可能な隔壁にて区画された状態で配設され、燃焼用燃料供給手段により供給される燃焼用燃料を酸素含有ガス供給手段により供給される燃焼用酸素含有ガスにて前記燃焼空間内で燃焼させる改質用バーナが、前記燃焼部に備えられた改質装置の異常を診断する改質装置の診断方法、及び、改質装置の診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる改質装置は、水蒸気と混合状態で供給される炭化水素系の原燃料を改質部において改質触媒の触媒作用により改質処理して、水素ガスを主成分とする改質ガスを生成するものであり、生成された改質ガスは、例えば、燃料電池において発電反応用に用いられる。
つまり、改質用バーナにより、燃焼用燃料供給手段により供給される燃焼用燃料を酸素含有ガス供給手段により供給される燃焼用酸素含有ガスにて燃焼空間内で燃焼させることにより、改質触媒を原燃料の改質処理が可能なように加熱するようになっている。
【０００３】
ところで、このような改質装置では、種々の異常が発生する虞がある。
そこで、従来では、例えば、燃焼用燃料供給手段の一例として用いられるポンプ等は、改質用バーナへの燃焼用燃料の供給量が少ないときの低流量域では、脈動が発生して改質用バーナの燃焼が不安定になるとして、改質装置の起動時に、燃焼用燃料供給手段における低流量域での脈動の影響を排除可能な制御を実行するように構成されたものがあった（例えば、特許文献１参照。）。尚、燃焼用燃料供給手段の脈動の影響を排除するための制御の説明は、省略する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０５８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来では、改質装置で異常が発生したときに、その異常が改質装置のどの箇所の異常であるかを診断することができなかった。
特に、改質用バーナに異常が発生すると、燃焼用燃料を燃焼させる際に一酸化炭素ガスの発生量が増加したり、改質触媒が適切に加熱されなくなって、生成された改質ガスの組成が異常になったりするという問題が生じる虞があるので、異常を適切に診断して対策を講じる必要がある。
そこで、特に、改質用バーナの異常を適切に診断可能にすることが望まれている。
【０００６】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、少なくとも改質用バーナの異常を適切に診断し得る改質装置の診断方法及び診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る改質装置の診断方法は、改質触媒が装入された改質部と内部に燃焼空間を形成する燃焼部とが、伝熱可能な隔壁にて区画された状態で配設され、
燃焼用燃料供給手段により供給される燃焼用燃料を酸素含有ガス供給手段により供給される燃焼用酸素含有ガスにて前記燃焼空間内で燃焼させる改質用バーナが、前記燃焼部に備えられた改質装置の異常を診断するものであって、
その特徴構成は、
前記改質用バーナに、前記燃焼用燃料供給手段からの燃焼用燃料の受入部から噴出流路を経て当該燃焼用燃料の前記燃焼空間に対する噴出部に至る噴出経路を、前記受入部、前記噴出流路及び前記噴出部を異ならせた状態で複数備え、
前記燃焼用燃料供給手段からの燃焼用燃料を前記燃焼空間に噴出する前記噴出経路である稼働用の噴出経路を、前記複数の噴出経路から択一的に切り換え可能な噴出経路切換手段を設け、
前記改質用バーナの燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が所定の上限値よりも高くなると、
前記噴出経路切換手段を作動させて前記稼働用の噴出経路を変更する噴出経路変更処理を実行した後、前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度を検出して、その検出結果に基づいて異常を診断する点にある。
【０００８】
即ち、改質用バーナにおいて、特に、燃焼用燃料を噴出する噴出部（例えば、噴出孔）やその噴出孔の近傍は、高温に加熱されるため、劣化により異常（例えば、噴出孔の形状の変化等）が発生する可能性が比較的高い。
そして、噴出部やその近傍に異常が発生すると、燃焼空間への燃焼用燃料の噴出に異常を来して燃焼が適切に行われ難くなるので、燃焼部から排出される燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が高くなる場合がある。
【０００９】
そこで、改質用バーナに、燃焼用燃料供給手段からの燃焼用燃料の受入部から噴出流路を経て当該燃焼用燃料の燃焼空間に対する噴出部に至る噴出経路を、受入部、噴出流路及び噴出部を異ならせた状態で複数備える。
又、燃焼用燃料供給手段からの燃焼用燃料を燃焼空間に噴出する噴出経路である稼働用の噴出経路を、複数の噴出経路から択一的に切り換え可能な噴出経路切換手段を設ける。
ちなみに、複数の噴出経路の夫々は、改質触媒を所望に（改質処理を適切に可能なように）加熱するのに必要な量の燃焼用燃料を燃焼空間に噴出して燃焼させることが可能に構成される。
【００１０】
そして、改質用バーナの燃焼ガス中の一酸化炭素濃度を検出するようにして、その一酸化炭素ガス濃度が所定の上限値よりも高くなると、噴出経路切換手段を作動させて、稼働用の噴出経路を変更する噴出経路変更処理を実行した後、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度を検出して、その検出結果に基づいて異常を診断する。
噴出部等に異常が生じる等、稼働用の噴出経路の異常に起因して、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が高くなっている場合は、噴出経路変更処理を実行して、稼働用の噴出経路を異常が生じていない稼働用の噴出経路に変更すると、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が正常値に低下する。
つまり、噴出経路の異常は改質用バーナの異常の代表的なものであるので、上述のように、噴出経路変更処理を実行して、その実行後の燃焼ガス中の一酸化炭素濃度の検出結果に基づいて異常を診断するようにすることにより、改質用バーナの異常を適切に診断することができるのである。
従って、少なくとも改質用バーナの異常を適切に診断し得る改質装置の診断方法を提供することができる。
【００１１】
本発明に係る改質装置の診断方法の更なる特徴構成は、
前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値よりも高くなると、前記酸素含有ガス供給手段の作動条件を、前記改質用バーナへの燃焼用酸素含有ガス供給量を燃焼用燃料の供給量に応じた量とするための定常作動条件から、前記改質用バーナへの燃焼用酸素含有ガス供給量を前記燃焼用燃料の供給量に応じた量よりも増加させる診断用作動条件に変更した後、
前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値以下になった場合は、
前記酸素含有ガス供給手段を前記定常作動条件で作動させて前記噴出経路変更処理を実行する、定常状態での噴出経路変更処理を実行し、
前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値よりも高い場合は、
前記酸素含有ガス供給手段を前記診断用作動条件で作動させて前記噴出経路変更処理を実行する、酸素含有ガス増大状態での噴出経路変更処理を実行する点にある。
【００１２】
即ち、酸素含有ガス供給手段に異常が生じて、酸素含有ガス供給手段を定常作動条件で作動させても、改質用バーナへの燃焼用酸素含有ガス供給量が燃焼用燃料の供給量に応じた量に達しないことがあると、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上昇する場合がある。
そこで、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値よりも高くなると、先ず、酸素含有ガス供給手段の作動条件を、定常作動条件から、改質用バーナへの燃焼用酸素含有ガス供給量を燃焼用燃料の供給量に応じた量よりも増加させる診断用作動条件に変更する。
そして、酸素含有ガス供給手段の作動条件を定常作動条件から診断用作動条件に変更すると、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が低下した場合は、酸素含有ガス供給手段の作動条件を定常作動条件に戻して噴出経路変更処理を実行することにより、定常状態での噴出経路変更処理を実行して、その実行後の燃焼ガス中の一酸化炭素濃度の検出結果に基づいて、異常を診断する。
一方、酸素含有ガス供給手段の作動条件を定常作動条件から診断用作動条件に変更しても、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値よりも高いままの場合は、酸素含有ガス供給手段の作動条件を診断用作動条件としたままで噴出経路変更処理を実行することにより、酸素含有ガス増大状態での噴出経路変更処理を実行して、その実行後の燃焼ガス中の一酸化炭素濃度の検出結果に基づいて、異常を診断する。
【００１３】
このように、噴出経路変更処理を実行する前に、先ず、酸素含有ガス供給手段の作動条件を定常作動条件から診断用作動条件に変更して、その変更後の一酸化炭素濃度の検出結果に基づいて、定常状態での噴出経路変更処理か酸素含有ガス増大状態での噴出経路変更処理かのいずれかを実行して、一酸化炭素濃度の検出結果に基づいて異常を診断することにより、改質用バーナの異常に加えて、酸素含有ガス供給手段の異常も適切に診断することができる。
【００１４】
本発明に係る改質装置の診断方法の更なる特徴構成は、
前記定常状態での噴出経路変更処理を実行したときに、
前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値以下になった場合は、前記改質用バーナの異常であると診断し、前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値よりも高い場合は、前記酸素含有ガス供給手段の軽度の異常であると診断し、
前記酸素含有ガス増大状態での噴出経路変更処理を実行したときに、
前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値以下になった場合は、前記改質用バーナの異常であると診断し、前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値よりも高い場合は、前記酸素含有ガス供給手段の重度の異常、又は、前記燃焼用燃料供給手段の異常であると診断する点にある。
【００１５】
上記特徴構成によれば、定常状態での噴出経路変更処理を実行したときに、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値以下になった場合は、改質用バーナの異常であると診断し、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値よりも高い場合は、酸素含有ガス供給手段の軽度の異常であると診断する。
一方、酸素含有ガス増大状態での噴出経路変更処理を実行したときに、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値以下になった場合は、改質用バーナの異常であると診断し、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値よりも高い場合は、酸素含有ガス供給手段の重度の異常、又は、燃焼用燃料供給手段の異常であると診断する。
【００１６】
つまり、酸素含有ガス供給手段に、軽度の脈動等、軽度の異常があって、燃焼用酸素含有ガスの供給量が少量だけ少なくなることがあるために、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が高くなる場合がある。この場合は、酸素含有ガス供給手段の作動条件を定常作動条件から診断用作動条件に変更すると、燃焼用酸素含有ガスの供給量が増加して、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が低下するが、酸素含有ガス供給手段の作動条件を定常作動条件に戻すと、燃焼用酸素含有ガスの供給量が元通りに少なくなるので、一酸化炭素濃度が上限値よりも高くなると考えられる。
又、酸素含有ガス供給手段に、重度の脈動や出力の低下等、重度の異常があるために、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が高くなる場合がある。この場合は、酸素含有ガス供給手段の作動条件を定常作動条件から診断用作動条件に変更しても、燃焼用酸素含有ガスの供給量が設定量に届かないので、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度は上限値よりも高いままであると考えられる。
【００１７】
又、燃焼用燃料供給手段に脈動等の異常があるために、燃焼用燃料の供給量の変動が大きくなって、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が高くなる場合がある。この場合は、酸素含有ガス供給手段の作動条件を定常作動条件から診断用作動条件に変更しても、燃焼用燃料の供給量の変動が大きいので、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度は上限値よりも高いままである場合があると考えられる。
【００１８】
又、稼働用噴出流路の異常のために燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が高くなる場合がある。この場合は、酸素含有ガス供給手段が正常であれば、その作動条件が定常作動条件か診断用作動条件かのいずれであっても、稼働用噴出流路が正常な稼働用噴出流路に変更されると、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値以下になると考えられる。又、稼働用噴出流路に異常がある場合、その異常が軽度であれば、酸素含有ガス供給手段の作動条件を診断用作動条件に変更して、燃焼用酸素含有ガスの供給量を増大すると、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が低下する場合もあると考えられる。
そこで、以上のような観点に基づいて、酸素含有ガス供給手段の作動条件を定常作動条件から診断用作動条件に変更した後の燃焼ガス中の一酸化炭素濃度に基づいて、定常状態での噴出経路変更処理か酸素含有ガス増大状態での噴出経路変更処理かを選択して実行することにより、改質用バーナの異常に加えて、酸素含有ガス供給手段の軽度の異常、及び、酸素含有ガス供給手段の重度の異常又は燃焼用燃料供給手段の異常を診断することができる。
【００１９】
本発明に係る改質装置の診断方法の更なる特徴構成は、
前記改質部にて生成された水素ガスを主成分とする改質ガスが、燃料電池に供給されるように構成され、
前記燃料電池から水素が残存した状態で排出されるオフガスが、前記燃焼用燃料として、前記改質用バーナに供給されるように構成され、
前記定常状態での噴出経路変更処理を実行したときに、前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値よりも高い場合は、前記酸素含有ガス供給手段の軽度の異常、又は、前記オフガスの組成の異常であると診断し、
前記酸素含有ガス増大状態での噴出経路変更処理を実行したときに、前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値よりも高い場合は、前記燃焼用燃料供給手段による燃焼用燃料の供給を停止し、
前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値以下になった場合は、前記燃焼用燃料供給手段の異常であると診断し、前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が前記上限値よりも高い場合は、前記酸素含有ガス供給手段の重度の異常であると診断する点にある。
【００２０】
上記特徴構成によれば、燃料電池から水素が残存した状態で排出されるオフガスが、燃焼用燃料として、燃焼用燃料供給手段からの燃焼用燃料と共に改質用バーナに供給されて、燃焼空間内で燃焼する。
そして、定常状態での噴出経路変更処理を実行したときに、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値よりも高い場合は、酸素含有ガス供給手段の軽度の異常、又は、オフガスの組成の異常であると診断する。
一方、酸素含有ガス増大状態での噴出経路変更処理を実行したときに、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値よりも高い場合は、燃焼用燃料供給手段による燃焼用燃料の供給を停止し、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値以下になった場合は、燃焼用燃料供給手段の異常であると診断し、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値よりも高い場合は、酸素含有ガス供給手段の重度の異常であると診断する。
【００２１】
つまり、改質触媒の劣化等により改質処理能力が低下すると、改質ガスの組成が変化して、水素濃度が低下して、原燃料濃度が上昇する。
このように改質ガスの組成の変化に起因して、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が高くなる場合、酸素含有ガス供給手段の作動条件を定常作動条件から診断用作動条件に変更して、燃焼用酸素含有ガスの供給量を増加させると、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が低下するが、酸素含有ガス供給手段の作動条件を定常作動条件に戻して、燃焼用酸素含有ガスの供給量を元通りにすると、稼働用の噴出経路を変更しても、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値よりも高くなると考えられる。
【００２２】
又、燃焼用燃料供給手段に脈動等の異常があって、燃焼用燃料の供給量の変動が大きいために、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が高くなる場合がある。この場合は、オフガスが燃焼用燃料供給手段からの燃焼用燃料と共に改質用バーナに供給されているときに、酸素含有ガス供給手段の作動条件を定常作動条件から診断用作動条件に変更して、燃焼用酸素含有ガスの供給量を増加させても、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値よりも高くなると考えられる。
そこで、このような場合に、燃焼用燃料供給手段による燃焼用燃料の供給を停止して、改質用バーナにおいてオフガスのみを燃焼させる状態にすると、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度を高くしていた要因、即ち、燃焼用燃料供給手段の異常が排除されるので、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値以下になると考えられる。
【００２３】
本特徴構成はこのような観点に基づくものであり、本特徴構成により、オフガスの組成の異常、及び、燃焼用燃料供給手段の異常をも適切に診断することができる。
【００２４】
本発明に係る改質装置の診断装置は、改質触媒が装入された改質部と内部に燃焼空間を形成する燃焼部とが、伝熱可能な隔壁にて区画された状態で配設され、
燃焼用燃料供給手段により供給される燃焼用燃料を酸素含有ガス供給手段により供給される燃焼用酸素含有ガスにて前記燃焼空間内で燃焼させる改質用バーナが、前記燃焼部に備えられた改質装置の異常を診断するものであって、
その特徴構成は、
前記改質用バーナに、前記燃焼用燃料供給手段からの燃焼用燃料の受入部から噴出流路を経て当該燃焼用燃料の前記燃焼空間に対する噴出部に至る噴出経路が、前記受入部、前記噴出流路及び前記噴出部を異ならせた状態で複数備えられ、
前記改質用バーナの燃焼ガス中の一酸化炭素濃度を検出する一酸化炭素濃度検出手段と、
前記燃焼用燃料供給手段からの燃焼用燃料を前記燃焼空間に噴出する前記噴出経路である稼働用の噴出経路を、前記複数の噴出経路から択一的に切り換え可能な噴出経路切換手段と、
前記一酸化炭素濃度検出手段にて検出される前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が所定の上限値よりも高くなると、前記噴出経路切換手段を作動させて前記稼働用の噴出経路を変更する噴出経路変更処理を実行する噴出経路変更処理手段と、
前記噴出経路変更処理手段により前記噴出経路変更処理が実行された後、前記一酸化炭素濃度検出手段にて検出される前記燃焼ガス中の一酸化炭素濃度に基づいて、異常を診断する診断手段とが設けられている点にある。
【００２５】
上記特徴構成によれば、一酸化炭素濃度検出手段にて検出される燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が所定の上限値よりも高くなると、噴出経路変更処理手段により、噴出経路切換手段を作動させて稼働用の噴出経路を変更する噴出経路変更処理が実行され、その実行後、診断手段により、一酸化炭素濃度検出手段にて検出される燃焼ガス中の一酸化炭素濃度に基づいて、異常が診断される。
つまり、噴出部等に異常が生じる等、稼働用の噴出経路の異常に起因して、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が高くなっている場合は、噴出経路変更処理を実行して、稼働用の噴出経路を異常が生じていない稼働用の噴出経路に変更すると、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が正常値に低下する。
そして、噴出経路の異常は改質用バーナの異常の代表的なものであるので、上述のように、噴出経路変更処理手段により噴出経路変更処理を実行して、その実行後の燃焼ガス中の一酸化炭素濃度の検出結果に基づいて診断手段により異常を診断することにより、改質用バーナの異常を適切に診断することができるのである。
従って、少なくとも改質用バーナの異常を適切に診断し得る改質装置の診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態に係る改質装置の全体構成を示すブロック図
【図２】第１実施形態に係る改質装置の改質用バーナの縦断面図
【図３】第１実施形態に係る改質装置の改質用バーナの底面図
【図４】第２実施形態に係る改質装置の全体構成を示すブロック図
【図５】第２実施形態に係る改質装置の改質用バーナの縦断面図
【図６】第２実施形態に係る改質装置の改質用バーナの底面図
【図７】異常診断制御の制御動作のフローチャートを示す図
【図８】改質装置を備えた水素含有ガス生成装置のブロック図
【図９】改質装置を備えた水素含有ガス生成装置の縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面に基づいて、本発明を燃料電池用の水素含有ガス生成装置Ｐに備えられた改質装置Ｒに適用した場合の実施形態を説明する。
〔第１実施形態〕
先ず、第１実施形態を説明する。
図８及び図９に示すように、水素含有ガス生成装置Ｐは、原燃料供給路３１を通して原燃料ブロア３２により供給される炭化水素系の原燃料ガス（例えば、１３Ａ等の天然ガスベースの都市ガス）を脱硫処理する脱硫部１と、改質用水供給路３３を通して改質水ポンプ３４により供給される原料水を加熱して水蒸気を生成する水蒸気生成部Ｊと、脱硫部１で脱硫処理された原燃料ガスを水蒸気生成部Ｊで生成された水蒸気を用いて改質処理して水素ガスを主成分とする改質ガスを生成する改質装置Ｒと、その改質装置Ｒから供給される改質ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する変成部４と、その変成部４から供給される改質ガス中の一酸化炭素ガスを選択的に酸化処理する選択酸化部５と、運転を制御する運転制御部Ｃ等を備えて構成されて、一酸化炭素濃度の低い水素含有ガスを生成するように構成されている。
【００２８】
そして、水素含有ガス生成装置Ｐにて生成された改質ガスは、発電用の燃料ガスとして燃料ガス流路３５を介して燃料電池Ｇに供給される。
この燃料電池Ｇは、周知であるので詳細な説明及び図示を省略して簡単に説明すると、例えば、固体高分子膜を電解質層とするセルを複数積層状態に設けた固体高分子型に構成され、各セルの燃料極に水素含有ガス生成装置Ｐから燃料ガス流路３５を介して燃料ガスを供給し、各セルの酸素極に反応用空気ブロア３６から空気を供給して、水素と酸素との電気化学反応により発電を行うように構成されている。
【００２９】
次に、水素含有ガス生成装置Ｐの各部について、説明を加える。
改質装置Ｒは、図１にも示すように、改質触媒６１が装入された改質部６と内部に燃焼空間７１を形成する燃焼部７とが、伝熱可能な隔壁Ｗにて区画された状態で配設されて構成されている。
燃焼用燃料供給路９を通して燃焼用燃料ブロア（燃焼用燃料供給手段の一例）１０により供給される燃焼用ガス燃料（燃焼用燃料の一例であり、例えば、１３Ａ等の都市ガス）を燃焼用空気供給路１１を通して燃焼用空気ブロア１２（酸素含有ガス供給手段の一例）により供給される燃焼用空気（燃焼用酸素含有ガスの一例）にて燃焼空間７１内で燃焼させて、改質触媒６１を加熱する改質用バーナ８が、燃焼部７に備えられている。
【００３０】
図１に基づいて、改質装置Ｒについて説明を加えると、改質装置Ｒの装置本体１３は、夫々円筒状の内筒１４と外筒１５とを同軸状に配設し、それらの両端を上板１６及び底板１７にて閉塞し、更に、内筒１４の内部に、円筒状の輻射筒１８を、他端を底板１７から離間させて一端を上板１６に固定した状態で、内筒１４と同軸状に設けて構成されている。
内筒１４と外筒１５との間に形成される環状空間に改質触媒６１が充填されて、内筒１４、外筒１５、上板１６及び底板１７等により、改質部６が構成される。
又、内筒１４内の空間が燃焼空間７１とされて、内筒１４、上板１６及び底板１７等により、燃焼部７が構成され、改質用バーナ８は、上板１６に支持された状態で、内筒１４と同軸状に設けられる。
そして、内筒１４を隔壁Ｗとして機能させるように構成されている。
【００３１】
上板１６には、外筒１５と内筒１４との間の環状空間に連通する状態で、原燃料ガス入口１９が、内筒１４と輻射筒１８との間の環状空間に連通する状態で、燃焼ガス出口２１が夫々設けられ、底板１７には、内筒１４と外筒１５との間の環状空間に連通する状態で、改質ガス出口２０が設けられている。
【００３２】
燃焼用燃料供給路９と燃焼用空気供給路１１とが混合器２２に接続され、その混合器２２にて、燃焼用燃料供給路９からの燃焼用ガス燃料と燃焼用空気供給路１１からの燃焼用空気とが混合されて、その混合ガスが混合ガス供給路２３を通して改質用バーナ８に供給されるように構成されている。
又、燃料電池Ｇの燃料極から水素が残存した状態で排出されるオフガスを導くオフガス路２４が混合器２２に接続されて、オフガスが、燃焼用燃料として、改質用バーナ８に供給されるように構成されている。
【００３３】
装置本体１３は、その上板１６が上方を向く姿勢で配置される。
そして、燃焼用燃料供給路９からの燃焼用ガス燃料と燃焼用空気供給路１１からの燃焼用空気との混合気を改質用バーナ８により燃焼させることにより、燃焼ガスが輻射筒１８内を下方に流動した後、底板１７に衝突して、内筒１４と輻射筒１８との間の環状空間を上方に流動して、燃焼ガス出口２１から燃焼ガス流路２５に排出され、その燃焼ガスの保有熱及び輻射筒１８からの輻射熱が隔壁Ｗである内筒１４を伝熱して、改質部６の改質触媒６１が加熱される。
水蒸気が混合された原燃料ガスが原燃料ガス入口１９から改質部６に供給され、改質触媒６１に作用により、水素ガスを主成分とする改質ガスに改質処理される。
ちなみに、メタンガスを主成分とする都市ガス（例えば１３Ａ）が原燃料ガスである場合は、改質触媒６１の触媒作用により、例えば６００〜７００°Ｃの範囲の改質処理温度の下で、メタンガスと水蒸気とが下記の反応式にて改質反応して、水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理される。
【００３４】
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2
【００３５】
改質部６には、内筒１４と外筒１５との間の環状空間に充填された改質触媒６１の温度を検出する改質部温度センサ２６が設けられ、燃焼ガス流路２５には、燃焼部７から排出される改質用バーナ８の燃焼ガス中の一酸化炭素濃度を検出するＣＯ濃度センサ２７（一酸化炭素濃度検出手段の一例）が設けられている。
【００３６】
本発明では、図２に示すように、改質用バーナ８に、燃焼用燃料ブロア１０からの燃焼用ガス燃料の受入部８１から噴出流路８２を経て当該燃焼用ガス燃料の燃焼空間７１に対する噴出部８３に至る噴出経路８０が、受入部８１、噴出流路８２及び噴出部８３を異ならせた状態で複数備えられている。
又、図１に示すように、燃焼用燃料ブロア１０からの燃焼用ガス燃料を燃焼空間７１に噴出する噴出経路８０である稼働用の噴出経路８０を、複数の噴出経路８０から択一的に切り換え可能な噴出経路切換手段８４が設けられている。
【００３７】
この実施形態では、燃焼用燃料供給路９からの燃焼用ガス燃料と燃焼用空気供給路１１からの燃焼用空気とが混合器２２で混合されて、その混合ガスが混合ガス供給路２３を通して受入部８１に供給される。
【００３８】
図２及び図３に示すように、改質用バーナ８は、混合ガスを噴出する円盤状のノズル部８５と、受入部８１にて受け入れた混合ガスをノズル部８５に導く流路形成体８８とを備えて構成されている。
ノズル部８５には、複数（この実施形態では１２個）の外側噴出孔８６が等間隔で環状に並べて形成され、その環状の外側噴出孔８６の列の内側に、複数（この実施形態では６個）の内側噴出孔８７が等間隔で環状に並べて形成されている。
複数の外側噴出孔８６夫々の横断面積を合計した総横断面積と、複数の内側噴出孔８７夫々の横断面積を合計した総横断面積とは、ほぼ同等になるように構成されている。
【００３９】
流路形成体８８は、夫々円筒状の内管８９と外管９０とを同軸状に配設し、それらの一端を蓋板９１にて閉塞して構成されている。
内管８９と外管９０との間に、一端が蓋板９１にて閉じられ且つ他端が開口した環状の外側噴出流路９２が形成され、内管８９内に、一端が蓋板９１にて閉じられ且つ他端が開口した内側噴出流路９３が形成される。
そして、ノズル部８５と流路形成体８８とが、流路形成体８８の外側噴出流路９２の開口部がノズル部８５の複数の外側噴出孔８６に連通し、且つ、流路形成体８８の内側噴出流路９３がノズル部８５の複数の内側噴出孔８７に連通する状態で、溶接により一体的に組み付けられる。
【００４０】
外管９０における蓋板９１により閉じられる側の端部に、外側噴出流路９２に連通する状態で、外側受入口９４が取り付けられ、蓋板９１には、内側噴出流路９３に連通する状態で、内側受入口９５が取り付けられている。
【００４１】
受入部８１として、外側受入口９４及び内側受入口９５が設けられ、噴出流路８２として、外側噴出流路９２及び内側噴出流路９３が設けられ、噴出部８３として、外側噴出孔８６の列及び内側噴出孔８７の列が設けられている。
そして、外側受入口９４、外側噴出流路９２及び複数の外側噴出孔８６により、外側噴出経路８０ｅが構成され、内側受入口９５、内側噴出流路９３及び複数の内側噴出孔８７により、内側噴出経路８０ｉが構成される。
つまり、この第１実施形態では、噴出経路８０として、外側噴出経路８０ｅと内側噴出経路８０ｉとが設けられている。
尚、外側噴出経路８０ｅ及び内側噴出経路８０ｉ夫々は、改質処理が適切に可能なように改質触媒６１を加熱するのに必要な量の混合ガス（燃焼用ガス燃料の一例）を燃焼空間７１に噴出して燃焼させることが可能に構成されている。
【００４２】
図１に示すように、混合ガス供給路２３が、第１分岐路２３ａと第２分岐路２３ｂとに分岐され、図２にも示すように、第１分岐路２３ａが外側受入口９４に接続され、第２分岐路２３ｂが内側受入口９５に接続されている。
又、第１分岐路２３ａには、その第１分岐路２３ａにおける混合ガスの通流を断続する第１断続弁Ｖａが設けられ、第２分岐路２３ｂには、その第２分岐路２３ｂにおける混合ガスの通流を断続する第２断続弁Ｖｂが設けられている。
【００４３】
そして、第１断続弁Ｖａを開き、第２断続弁Ｖｂを閉じると、混合ガスが外側噴出経路８０ｅを通流して燃焼空間７１に噴出されることになり、この外側噴出経路８０ｅが稼働用の噴出経路８０となる。
あるいは、第１断続弁Ｖａを閉じ、第２断続弁Ｖｂを開くと、混合ガスが内側噴出経路８０ｉを通流して燃焼空間７１に噴出されることになり、この内側噴出経路８０ｉが稼働用の噴出経路８０となる。
つまり、第１断続弁Ｖａ及び第２断続弁Ｖｂにより、噴出経路切換手段８４が構成される。
【００４４】
次に、水素含有ガス生成装置Ｐにおける改質装置Ｒ以外の部分の構成について、説明を加える。
図８及び図９に示すように、水蒸気生成部Ｊは、燃焼部７から排出される改質用バーナ８の燃焼ガスを通流させる加熱用排ガス通流部３と、その加熱用排ガス通流部３による加熱により改質用水を蒸発させて水蒸気を生成する蒸発処理部２とを備えて構成されている。
【００４５】
更に、この水素含有ガス生成装置Ｐには、改質部６から排出された高温の改質ガスにより脱硫部１にて脱硫された脱硫後の原燃料ガスを加熱する脱硫後原燃料用熱交換器Ｅａ、その脱硫後原燃料用熱交換器Ｅａにて熱交換後の改質ガスにより脱硫部１にて脱硫処理する原燃料ガスを加熱する脱硫前原燃料用熱交換器Ｅｂ、及び、加熱用排ガス通流部３から排出された燃焼ガスを通流させてその燃焼ガスにより変成部４を冷却する冷却用排ガス通流部３７が設けられている。
【００４６】
脱硫後原燃料用熱交換器Ｅａは、改質部６から排出された改質ガスを通流させる上流側熱交換用通流部３８と、脱硫部１にて脱硫処理されて改質部６に供給される脱硫後の原燃料ガスを通流させる脱硫後原燃料通流部３９とを熱交換自在に設けて構成され、脱硫前原燃料用熱交換器Ｅｂは、上流側熱交換用通流部３８から排出された改質ガスを通流させる下流側熱交換用通流部４０と、脱硫部１にて脱硫処理する原燃料ガスを通流させる脱硫前原燃料通流部４１とを熱交換自在に設けて構成されている。
【００４７】
図９に示すように、水素含有ガス生成装置Ｐを構成する各部のうち、改質装置Ｒ以外の各部は、流体を処理する処理空間Ｓを形成する扁平状の複数の容器Ｂを用いて構成されている。
そして、水素含有ガス生成装置Ｐは、改質装置Ｒ及び複数の容器Ｂを、改質装置Ｒを中間に位置させた状態で横方向に沿う容器並び方向に積層状に並べ、それら複数の容器Ｂを容器並び方向両側から押し付け手段（図示省略）にて押し付けることにより構成されている。
各容器Ｂは、ステンレス等の耐熱金属製であり、各容器Ｂには、複数の処理空間Ｓが、互いに伝熱可能に伝熱板（図示省略）にて区画された状態で、容器並び方向に並べて形成されている。
【００４８】
この実施形態では、水素含有ガス生成装置Ｐは、５個の容器Ｂを用いて構成されている。尚、５個の容器Ｂの区別が明確になるように、便宜上、容器を示す符合Ｂの後に、図９において左からの並び順を示す符合１，２，３……………５を付す。
ちなみに、改質装置Ｒは、左端の容器Ｂ１と左から２個目の容器Ｂ２との間に配設されている。
【００４９】
図９に示すように、左端の容器Ｂ１は、処理空間Ｓを２室備え、左側の処理空間Ｓにて加熱用排ガス通流部３が構成され、右側の処理空間Ｓにて蛇行状の蒸発処理部２が構成されている。つまり、この左端の容器Ｂ１により、水蒸気生成部Ｊが構成されている。
又、この左端の容器Ｂ１における蒸発処理部２側の側面に当て付けた状態で、起動時等に蒸発処理部２を補助的に加熱する補助加熱用電気ヒータ４２が設けられている。
【００５０】
左から２個目の容器Ｂ２は、処理空間Ｓを２室備え、左側の処理空間Ｓにて上流側熱交換用通流部３８が構成され、右側の処理空間Ｓにて脱硫後原燃料通流部３９が構成されている。つまり、この左から２個目の容器Ｂ２にて、脱硫後原燃料用熱交換器Ｅａが構成されている。この左から２個目の容器Ｂ２における脱硫後原燃料通流部３９側の側面に当て付けた状態で、起動時等に脱硫後原燃料通流部３９を補助的に加熱する補助加熱用電気ヒータ４２が設けられている。
【００５１】
左から３個目の容器Ｂ３は、処理空間Ｓを４室備え、左から３室目、左から２室目、左端の処理空間Ｓは、記載順に流体が通流可能に隣接するもの同士で連通されている。
そして、左から３室目の処理空間Ｓにて脱硫前原燃料通流部４１が構成され、左から２室目及び左端の処理空間Ｓの夫々は、原燃料ガスを脱硫処理する脱硫触媒４３を充填して脱硫部１に構成され、右端の処理空間Ｓは、一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する酸化鉄系又は銅亜鉛系の変成触媒４４を充填して変成部４に構成されている。
ちなみに、詳細は後述するが、この左から３個目の容器Ｂ３にて構成する変成部４を１段目として、変成部４を４段に設けるので、以下、この左から３個目の容器Ｂ３にて構成する変成部４を１段目の変成部４と記載する場合がある。
【００５２】
脱硫前原燃料通流部４１を構成する左から３室目の処理空間Ｓと１段目の変成部４を構成する右端の処理空間Ｓとは、伝熱板（図示省略）を介して伝熱可能に構成され、脱硫前原燃料通流部４１を通流する脱硫対象の原燃料ガスと１段目の変成部４を通流する変成処理対象の改質ガスとを熱交換させるように構成されている。
つまり、１段目の変成部４が下流側熱交換用通流部４０に兼用されるように構成されて、脱硫前原燃料通流部４１と１段目の変成部４にて兼用される下流側熱交換用通流部４０とにより、脱硫前原燃料用熱交換器Ｅｂが構成されている。
【００５３】
そして、左から２室目の処理空間Ｓにて構成する脱硫部１を１段目とし、左端の処理空間Ｓにて構成する脱硫部１を２段目として、脱硫対象の原燃料ガスを、脱硫前原燃料通流部４１を通過させて予熱した後、１段目、２段目の順に各脱硫部１を通流させて、脱硫処理するように構成されている。
この左から３個目の容器Ｂ３における変成部４側の側面に当て付けた状態で、起動時等に変成部４を補助的に加熱する補助加熱電気ヒータ４２が設けられている。
【００５４】
左から４個目の容器Ｂ４は、処理空間Ｓを４室備え、左端の処理空間Ｓは冷却用排ガス通流部３７に構成され、左から２室目、３室目、右端の処理空間Ｓは、記載順に流体が通流可能に隣接するもの同士で連通されると共に、変成触媒４４を充填して、変成部４に構成されている。
【００５５】
そして、左から２室目の処理空間Ｓにて構成する変成部４を２段目とし、左から３室目の処理空間Ｓにて構成する変成部４を３段目とし、右端の処理空間Ｓにて構成する変成部４を４段目として、左から３個目の容器Ｂ３にて構成する１段目の変成部４からこの２段目の変成部４に外部のガス処理流路４５にて改質ガスを供給して、改質ガスを２段目、３段目、４段目の順に各変成部４を通流させて、変成処理するように構成されている。
又、この左から４個目の容器Ｂ４における４段目の変成部４側の側面に当て付けた状態で、起動時等に変成部４を補助的に加熱する補助加熱用電気ヒータ４２が設けられている。
【００５６】
ちなみに、変成部４では、変成触媒４４の触媒作用により、改質部６から供給される改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気とを、例えば、１５０〜４００°Ｃの範囲の変成処理温度の下で変成反応させる。
【００５７】
左から５個目、即ち右端の容器Ｂ５は、処理空間Ｓを２室備え、左側の処理空間Ｓは何にも用いずに伝熱調整用とされ、右側の処理空間Ｓは、一酸化炭素ガスを選択的に酸化処理する白金、ルテニウム、ロジウム等の貴金属系の選択酸化触媒４６を充填して選択酸化部５に構成されている。
ちなみに、選択酸化部５では、選択酸化触媒４６の触媒作用により、例えば８０〜１５０°Ｃの選択酸化処理温度の下で、変成処理後の改質ガス中に残存している一酸化炭素ガスが選択酸化される。
【００５８】
そして、上述の５個の容器Ｂと改質装置Ｒが、左端の容器Ｂ１の外側、左端の容器Ｂ１と改質装置Ｒとの間、改質装置Ｒと左から２個目の容器Ｂ２との間、左から２個目の容器Ｂ２と左から３個目の容器Ｂ３との間、及び、左から３個目の容器Ｂ３と左から４個目の容器Ｂ４との間の夫々に断熱材４７が配置された状態で、押し付け手段により容器並び方向両側から押し付けられて、密接状態に並べて設けられ、更に、選択酸化部５を構成する右端の容器Ｂ５の側方に、その容器Ｂ５に向けて通風するように冷却用送風機４８が設けられている。そして、その冷却用送風機４８により、選択酸化部５を冷却するように構成されている。
【００５９】
次に、各容器Ｂや改質装置Ｒに流体を供給したり、各容器Ｂや改質装置Ｒから流体を排出するための、各容器Ｂや改質装置Ｒに対する流路の接続形態について説明する。尚、各処理空間Ｓにおいては、流体を上部から供給して下方側に向けて通流させて下部から排出する、あるいは、流体を下部から供給して上方側に向けて通流させて上部から排出するように、流体を上下方向に通流させるので、各流路は、各処理空間Ｓの上端部又は下端部に接続する。
【００６０】
原燃料ガス供給路３１が脱硫前原燃料通流部４１に接続され、２段目の脱硫部１と脱硫後原燃料通流部３９とが、その脱硫後原燃料通流部３９と改質部６の原燃料ガス入口１９とが、改質部６の改質ガス出口２０と上流側熱交換用通流部３８とが、その上流側熱交換用通流部３８と下流側熱交換用通流部４０を兼用する１段目の変成部４とが、その１段目の変成部４と２段目の変成部４とが、４段目の変成部４と選択酸化部５とが、夫々、ガス処理流路４５にて接続され、更に、その選択酸化部５と燃料電池Ｇの燃料ガス供給部とが燃料ガス流路３５にて接続されている。
【００６１】
２段目の脱硫部１と脱硫後原燃料通流部３９とを接続するガス処理流路４５には、脱硫後の原燃料ガスに水蒸気を混合させるためのエジェクタ４９が設けられている。
【００６２】
又、４段目の変成部４と選択酸化部５とを接続するガス処理流路４５には、選択酸化用ブロア５０から選択酸化用空気が供給される選択酸化用空気供給路５１が接続されて、変成部４にて変成処理された改質ガスに選択酸化用空気を混合させて選択酸化部５に供給するように構成されている。
【００６３】
燃焼部７の燃焼ガス出口２１と加熱用排ガス通流部３とが、その加熱用排ガス通流部３と冷却用排ガス通流部３７が、夫々、燃焼ガス流路２５にて接続されて、燃焼部７から排出される燃焼ガスを、加熱用排ガス通流部３、冷却用排ガス通流部３７の順に通流させて、排出するように構成されている。
【００６４】
前述の改質用水供給路３３が、蒸発処理部２の下端に接続され、加熱用排ガス通流部３による加熱により蒸発処理部２にて生成された水蒸気を導く水蒸気流路５２がエジェクタ４３に接続されている。
【００６５】
つまり、原燃料ガスを１段目、２段目の脱硫部１にて脱硫処理し、その脱硫処理した原燃料ガスに、蒸発処理部２にて生成されて水蒸気流路５２を通して供給される水蒸気をエジェクタ４９にて混合させ、その水蒸気を混合させた原燃料ガスを改質部６にて改質処理し、その改質ガスを１段目、２段目、３段目、４段目の変成部４にて変成処理し、その変成処理した改質ガスを選択酸化部５にて選択酸化処理して、一酸化炭素濃度の低い水素含有ガスを生成し、その水素含有ガスを燃料ガスとして燃料ガス流路３５を通じて燃料電池Ｇに供給するように構成されている。
【００６６】
次に、運転制御部Ｃの制御動作について、簡単に説明する。
運転制御部Ｃは、マイクロコンピュータ等を用いて構成され、所定の制御プログラムを実行することにより、改質装置Ｒを備えた水素含有ガス生成装置Ｐ、及び、燃料電池Ｇ等の運転を制御するように構成されている。
運転制御部Ｃは、燃料電池Ｇの発電出力に応じた量の水素含有ガスを生成して燃料電池Ｇに供給する通常運転では、外側噴出経路８０ｅか内側噴出経路８０ｉのいずれか一方を稼働用の噴出経路８０にすべく、噴出経路切換手段８４を制御し、並びに、燃料電池Ｇの発電出力に応じて、原燃料ガスの供給量、改質用水の供給量を夫々調整すべく、原燃料ブロア３２、改質用水ポンプ３４を制御する。
並びに、運転制御部Ｃは、通常運転では、改質部温度センサ２６の検出温度が所定の改質処理用の設定温度になるように、改質用バーナ８への燃焼用ガス燃料の供給量を調整すべく、燃焼用燃料ブロア１０を制御すると共に、改質用バーナ８へ供給される燃焼用空気の供給量を改質用バーナ８への燃焼用ガス燃料の供給量に応じた量に調整すべく、燃焼用空気ブロア１２を制御する。つまり、運転制御部Ｃは、改質用バーナ８への燃焼用空気供給量を燃焼用ガス燃料の供給量に応じた量とするための定常作動条件にて、燃焼用空気ブロア１２を制御することになる。
【００６７】
燃料電池Ｇの発電出力に応じて、オフガス路２４を通して改質用バーナ８に供給される燃焼用ガス燃料としてのオフガスの供給量が分かり、燃焼用燃料ブロア１０の制御情報に基づいて、燃焼用燃料ブロア１０により供給される燃焼用ガス燃料の供給量が分かる。
そこで、改質用バーナ８に供給されるオフガスの供給量、及び、燃焼用燃料ブロア１０による燃焼用ガス燃料の供給量に応じて、それらを完全燃焼させるための燃焼用空気の量を求めるための燃焼用空気量導出情報がマップ情報等により予め設定されて、運転制御部Ｃの記憶部に記憶されている。
そして、運転制御部Ｃは、燃焼用空気量導出情報に基づいて、改質用バーナ８に供給されるオフガスの供給量、及び、燃焼用燃料ブロア１０による燃焼用ガス燃料の供給量に応じた燃焼用空気の供給量を求めて、求めた供給量の燃焼用空気を供給すべく、燃焼用空気ブロア１２を制御する。
【００６８】
次に、本発明に係る改質装置の診断方法及び診断装置について、説明する。
本発明に係る改質装置の診断方法では、ＣＯ濃度センサ２７により検出される改質用バーナ８の燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が所定の上限値よりも高い状態が設定時間継続すると、噴出経路切換手段８４を作動させて稼働用の噴出経路８０を変更する噴出経路変更処理を実行した後、ＣＯ濃度センサ２７により燃焼ガス中の一酸化炭素濃度を検出して、その検出結果に基づいて異常を診断する。
この実施形態では、図１、図８及び図９に示すように、本発明に係る改質装置の診断方法を実行する診断装置Ａが設けられ、その診断装置Ａは、上述のＣＯ濃度センサ２７及び噴出経路切換手段８４、並びに、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいて、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が所定の上限値よりも高い状態が設定時間継続するＣＯ発生異常と判定すると、噴出経路切換手段８４を作動させて稼働用の噴出経路８０を変更する噴出経路変更処理を実行する噴出経路変更処理手段Ｃ１、及び、噴出経路変更処理手段Ｃ１により噴出経路変更処理が実行された後、ＣＯ濃度センサ２７にて検出される燃焼ガス中の一酸化炭素濃度に基づいて、異常を診断する診断手段Ｃ２等を備えて構成されている。
噴出経路変更処理手段Ｃ１及び診断手段Ｃ２は、運転制御部Ｃを用いて構成されている。
【００６９】
噴出経路変更処理について具体的に説明すると、第１断続弁Ｖａを開き、第２断続弁Ｖｂを閉じて、外側噴出経路８０ｅが稼働用の噴出経路８０となっている場合は、第１断続弁Ｖａを閉じ、第２断続弁Ｖｂを開いて、稼働用の噴出経路８０を内側噴出経路８０ｉに変更する。
逆に、第１断続弁Ｖａを閉じ、第２断続弁Ｖｂを開いて、稼働用の噴出経路８０が内側噴出経路８０ｉになっている場合は、第１断続弁Ｖａを開き、第２断続弁Ｖｂを閉じて、外側噴出経路８０ｅを稼働用の噴出経路８０に変更する。
【００７０】
この実施形態では、噴出経路変更処理手段Ｃ１が、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいてＣＯ発生異常と判定すると、燃焼用空気ブロア１２の作動条件を、改質用バーナ８への燃焼用空気供給量を燃焼用ガス燃料の供給量に応じた量とするための定常作動条件から、改質用バーナ８への燃焼用空気供給量を燃焼用ガス燃料の供給量に応じた量よりも増加させる診断用作動条件に変更した後、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいて、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値以下になることにより、ＣＯ発生異常の解消と判定した場合は、燃焼用空気ブロア１２を定常作動条件で作動させて噴出経路変更処理を実行する、定常状態での噴出経路変更処理を実行し、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいてＣＯ発生異常と判定した場合は、燃焼用空気ブロア１２を診断用作動条件で作動させて噴出経路変更処理を実行する、燃焼用空気増大状態（酸素含有ガス増大状態の一例）での噴出経路変更処理を実行するように構成されている。
【００７１】
又、診断手段Ｃ２が、噴出経路変更処理手段Ｃ１により定常状態での噴出経路変更処理が実行されたときに、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいてＣＯ発生異常の解消と判定した場合は、改質用バーナ８の異常であると診断し、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいてＣＯ発生異常と判定した場合は、燃焼用空気ブロア１２の軽度の異常、又は、オフガスの組成の異常であると診断し、噴出経路変更処理手段Ｃ１により燃焼用空気増大状態での噴出経路変更処理が実行されたときに、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいてＣＯ発生異常の解消と判定した場合は、改質用バーナ８の異常であると診断し、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいてＣＯ発生異常と判定した場合は、燃焼用燃料ブロア１０による燃焼用燃料の供給を停止し、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいてＣＯ発生異常の解消と判定した場合は、燃焼用燃料ブロア１０の異常であると診断し、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいてＣＯ発生異常と判定した場合は、燃焼用空気ブロア１２の重度の異常であると診断するように構成されている。
【００７２】
次に、図７に示すフローチャートに基づいて、本発明に係る診断方法を実行するための診断装置Ａの異常診断制御における制御動作を説明する。
噴出経路変更処理手段Ｃ１は、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいてＣＯ発生異常と判定すると、燃焼用空気ブロア１２の作動条件を定常作動条件から診断用作動条件に変更した後、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいて、ＣＯ発生異常かＣＯ発生異常の解消かを判定（ステップ＃１〜３）。ステップ＃３で、ＣＯ発生異常の解消と判定した場合は、燃焼用空気ブロア１２の作動条件を診断用作動条件から定常作動条件に変更した後、噴出経路変更処理を実行して、定常状態での噴出経路変更処理を実行し、一方、ステップ＃３で、ＣＯ発生異常と判定した場合は、燃焼用空気ブロア１２を診断用作動条件で作動させたままで噴出経路変更処理を実行して、燃焼用空気増大状態での噴出経路変更処理を実行する（ステップ＃４、５、１２）。
【００７３】
ステップ＃５で噴出経路変更処理手段Ｃ１が定常状態での噴出経路変更処理を実行した後、ステップ＃６で、診断手段Ｃ２は、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいて、ＣＯ発生異常かＣＯ発生異常の解消かを判定する。
ステップ＃６でＣＯ発生異常の解消と判定した場合は、改質用バーナ８の異常であると診断し、診断結果を記憶部に記憶して（ステップ＃７，８）、リターンする。つまり、改質用バーナ８の稼働用の噴出経路８０が変更されることにより、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値以下に抑えられた状態で、運転が継続される。
一方、ステップ＃６でＣＯ発生異常と判定した場合は、燃焼用空気ブロア１２の軽度の異常又はオフガスの組成の異常と診断して、診断結果を記憶部に記憶し、運転制御部Ｃは、その診断結果に基づいて、ＣＯ濃度センサ２７にて検出される燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値以下の状態が設定時間継続するまで、燃焼用空気ブロア１２の出力を増大させて（ステップ＃９〜１１）、リターンする。つまり、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値以下に抑えられた状態で、運転が継続される。
【００７４】
ステップ＃１２で噴出経路変更処理手段Ｃ１が燃焼用空気増大状態での噴出経路変更処理を実行すると、ステップ＃１３で、診断手段Ｃ２は、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいてＣＯ発生異常かＣＯ発生異常の解消かを判定する。
ステップ＃１３でＣＯ発生異常の解消と判定した場合は、改質用バーナ８の異常であると診断し、診断結果を記憶部に記憶して（ステップ＃７，８）、リターンする。つまり、改質用バーナ８の稼働用の噴出経路８０が変更されることにより、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値以下に抑えられた状態で、運転が継続される。
【００７５】
診断手段Ｃ２は、ステップ＃１３でＣＯ発生異常と判定した場合は、燃焼用燃料ブロア１０を停止した後、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいてＣＯ発生異常かＣＯ発生異常の解消かを判定する（ステップ＃１４，１５）。
ステップ＃１５でＣＯ発生異常の解消と判定した場合は、燃焼用燃料ブロア１０の異常と診断し、その診断結果を記憶部に記憶すると共に表示部Ｄに表示し、運転制御部Ｃは、その診断結果に基づいて、水素含有ガス生成装置Ｐ及び燃料電池Ｇの運転を停止する（ステップ＃１６，１７）。
ステップ＃１５でＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいてＣＯ発生異常と判定した場合は、燃焼用空気ブロア１２の重度の異常と診断し、その診断結果を記憶部に記憶すると共に表示部Ｄに表示し、運転制御部Ｃは、その診断結果に基づいて、水素含有ガス生成装置Ｐ及び燃料電池Ｇの運転を停止する（ステップ＃１８，１９）。
【００７６】
運転制御部Ｃの記憶部に記憶された診断結果は、診断結果表示用の操作部（図示省略）を操作することにより、表示部Ｂに表示させることが可能に構成されている。
【００７７】
つまり、診断手段Ｃ２により改質用バーナ８の異常であると診断された場合は、運転制御部Ｃは、改質用バーナ８の稼働用の噴出経路８０を変更した状態で改質装置Ｒの運転を継続するように構成されている。
又、診断手段Ｃ２により燃焼用空気ブロア１２の軽度の異常又はオフガスの組成の異常と診断された場合は、運転制御部Ｃは、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度が上限値以下になるように燃焼用空気ブロア１２を作動させた状態で、改質装置Ｒの運転を継続するように構成されている。
又、診断手段Ｃ２により燃焼用燃料ブロア１０の異常又は燃焼用空気ブロア１２の重度の異常と診断された場合は、運転制御部Ｃは、改質装置Ｒの運転を停止すると共に診断結果を表示部Ｄに表示させるように構成されている。
【００７８】
ＣＯ発生異常の原因が改質用バーナ８にあって、稼働用の噴出経路８０を変更することによりＣＯ発生異常が解消される場合は、稼働用の噴出経路８０を変更した状態で運転が継続される。
又、ＣＯ発生異常の原因が、燃焼用空気ブロア１２における軽度の脈動等の軽度の異常や、オフガスの組成異常であって、燃焼用空気ブロア１２の出力を増大させて燃焼用空気の供給量を多少増大させることにより、ＣＯ発生異常が解消される場合も、燃焼用空気ブロア１２の出力を増大させた状態で運転が継続される。
つまり、ＣＯ発生異常の原因が、改質用バーナ８の異常、燃焼用空気ブロア１２の軽度の異常又はオフガスの組成異常にあって、稼働用の噴出経路８０の変更や、燃焼用空気ブロア１２の出力の増大によりＣＯ発生異常が解消される場合は、ＣＯ発生異常が解消されるように自動的に対策が講じられた状態で、改質装置Ｒの運転が継続される。
【００７９】
一方、ＣＯ発生異常の原因が、燃焼用空気ブロア１２における重度の脈動や出力の低下等の重度の異常、又は、燃焼用燃料ブロア１０における脈動等の異常であって、ＣＯ発生異常が解消されない場合は、診断結果が表示部Ｄに表示されて、改質装置Ｒの運転が停止される。
従って、表示部Ｄに表示された診断結果に基づいて、異常箇所が分かるので、速やかにメンテナンスを実施することができる。
【００８０】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を説明するが、この第２実施形態は、改質用バーナ８の噴出経路の別実施形態を説明するものであり、その他の水素含有ガス生成装置Ｐの構成は上記の第１実施形態と同様である。従って、第１実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として、改質用バーナ８について説明する。
【００８１】
図４〜図６に示すように、この第２実施形態では、改質用バーナ８は、互いに同一構成の第１バーナ部８ａ及び第２バーナ部８ｂから構成されている。
第１バーナ部８ａ及び第２バーナ部８ｂ夫々は、混合ガスを噴出する円盤状のノズル部９６と、受入部８１にて受け入れた混合ガスをノズル部９６に導く流路形成体９７とを備えて構成されている。
【００８２】
ノズル部９６には、噴出部８３として複数（この実施形態では８個）の噴出孔９８が等間隔で環状に並べて形成されている。
流路形成体９７は、有底円筒状に構成され、その内部が噴出流路８２に構成され、その底部に、受入部８１として受入口９９が噴出流路８２に連通する状態で取り付けられている。
そして、複数の噴出孔９６が流路形成体９７の内部の噴出流路８２に連通する状態で、ノズル部９６が流路形成体９７の先端開口部に溶接により取り付けられることにより、第１バーナ部８ａ、第２バーナ部８ｂが構成される。
【００８３】
つまり、第１バーナ部８ａ及び第２バーナ部８ｂ夫々により、噴出経路８０が構成され、この第２実施形態では、噴出経路８０として、第１バーナ部８ａ及び第２バーナ部８ｂが設けられている。
尚、第１バーナ部８ａ及び第２バーナ部８ｂ夫々は、改質処理が適切に可能なように改質触媒６１を加熱するのに必要な量の燃焼用ガス燃料を燃焼空間７１に噴出して燃焼させることが可能に構成されている。
【００８４】
改質装置Ｒの装置本体１３は、上記の第１実施形態と同様であり、その装置本体１３の上板１６に、第１バーナ部８ａ及び第２バーナ部８ｂが並べて設けられている。
上記の第１実施形態と同様に、混合ガス供給路２３が第１分岐路２３ａと第２分岐路２３ｂとに分岐され、第１分岐路２３ａが第１バーナ部８ａの受入口９９に接続され、第２分岐路２３ｂが第２バーナ部８ｂの受入口９９に接続されている。
又、上記の第１実施形態と同様に、第１分岐路２３ａに第１断続弁Ｖａが設けられ、第２分岐路２３ｂに第２断続弁Ｖｂが設けられている。
【００８５】
そして、第１断続弁Ｖａを開き、第２断続弁Ｖｂを閉じると、混合ガスが第１バーナ部８ａの噴出経路８０を通流して燃焼空間７１に噴出されることになり、この第１バーナ部８ａの噴出経路８０が稼働用の噴出経路８０となる。
あるいは、第１断続弁Ｖａを閉じ、第２断続弁Ｖｂを開くと、混合ガスが第２バーナ部８ｂの噴出経路８０を通流して燃焼空間７１に噴出されることになり、この第２バーナ部８ｂの噴出経路８０が稼働用の噴出経路８０となる。
つまり、第１断続弁Ｖａ及び第２断続弁Ｖｂにより、噴出経路切換手段８４が構成される。
【００８６】
診断装置Ａは、上記の第１実施形態と同様に、ＣＯ濃度センサ２７、噴出経路切換手段８４、噴出経路変更処理手段Ｃ１及び診断手段Ｃ２等を備えて構成され、上記の第１実施形態と同様の診断方法を実行するように構成されている。
診断装置Ａの異常診断制御における制御動作は、上記の第１実施形態において図７に示すフローチャートに基づいて説明したのと同様であるので、その説明を省略する。
【００８７】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ）  改質装置Ｒの具体構成は、上記の第１及び第２の各実施形態において説明した構成に限定されるものではない。例えば、改質装置Ｒを、上記の第１実施形態と同様の処理空間Ｓを２室備えた容器Ｂを用いて構成しても良い。つまり、容器Ｂの一方の処理空間Ｓを用いて改質部６を構成し、他方の処理空間Ｓを用いて燃焼部７を構成することになる。
【００８８】
（ロ）  改質用バーナ８の具体構成（形状等）は、上記の第１及び第２の各実施形態において説明した構成に限定されるものではない。
噴出経路８０の具体構成も、上記の第１及び第２の各実施形態において説明した構成に限定されるものではなく、改質用バーナ８の構成に応じて構成することができる。又、噴出経路を３経路以上設けても良い。
【００８９】
（ハ）  上記の第１及び第２の各実施形態では、噴出経路８０の受入部８１に、燃焼用ガス燃料（燃焼用燃料ブロア１０からの燃焼用ガス燃料及びオフガス）と燃焼用空気ブロア１２からの燃焼用空気とが混合された混合ガスを供給するように構成した。これに代えて、噴出経路８０の受入部８１に燃焼用ガス燃料のみが供給されるように構成しても良い。この場合は、改質用バーナ８に、複数の噴出経路８０夫々に対応する燃焼用空気噴出経路、又は、複数の噴出経路８０に共通の燃焼用空気噴出経路を設けることになる。
【００９０】
（ニ）  上記の第１及び第２の各実施形態では、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいてＣＯ発生異常と判定すると、先ず、燃焼用空気ブロア１２の作動条件を定常作動条件から診断用作動条件に変更して、その後に噴出経路変更処理を実行する構成としたが、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいてＣＯ発生異常と判定すると、燃焼用空気ブロア１２の作動条件を変更することなく、噴出経路変更処理を実行するように構成しても良い。
この場合は、噴出経路変更処理後に、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいてＣＯ発生異常の解消と判定すると、改質用バーナ８の異常と診断し、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づいてＣＯ発生異常と判定すると、改質用バーナ８以外の異常と判定するように構成しても良い。
更に、改質用バーナ８以外の異常と判定した場合は、燃焼用空気ブロア１２の作動条件を定常作動条件から診断用作動条件に変更したり、燃焼用燃料ブロア１０を停止したりし、その後、ＣＯ濃度センサ２７の検出情報に基づくＣＯ発生異常かＣＯ発生異常の解除かの判定結果に基づいて、異常の箇所を診断するように構成しても良い。
【００９１】
（ホ）  燃焼用燃料供給手段や酸素含有ガス供給手段の具体構成は、上記の第１及び第２の各実施形態において例示したブロアに限定されるものではなく、例えばポンプでもよい。
【００９２】
（ヘ）  噴出経路切換手段８４の具体構成は、上記の第１及び第２の各実施形態のように第１断続弁Ｖａ及び第２断続弁Ｖｂの２つの開閉弁からなる構成に限定されるものではなく、例えば、三方弁を用いて構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
以上説明したように、少なくとも改質用バーナの異常を適切に診断し得る改質装置の診断方法及び診断装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００９４】
６    改質部
７    燃焼部
８    改質用バーナ
１０  燃焼用燃料ブロア（燃焼用燃料供給手段）
１２  燃焼用空気ブロア（酸素含有ガス供給手段）
２７  ＣＯ濃度センサ（一酸化炭素濃度検出手段）
６１  改質触媒
７１  燃焼空間
８０  噴出経路
８１  受入部
８２  噴出流路
８３  噴出部
８４  噴出経路切換手段
Ａ    診断装置
Ｃ１  噴出経路変更処理手段
Ｃ２  診断手段
Ｇ    燃料電池
Ｒ    改質装置
Ｗ    隔壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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