(57)【要約】【課題】  炭化水素系可燃性物質の含有量が少ない燃料ガスの燃焼においても、精度の高い火炎検知を実現することが可能なバーナを提供する。【解決手段】  燃料ガスを燃焼空間３に噴出するための複数の燃料噴出孔８を有する燃料ディストリビュータ１と、燃料ディストリビュータ１を囲むように配置され、燃焼空間３に空気を噴出するための複数の空気噴出孔９を有する空気噴出部材２と、先端部の温度検知点が空気噴出孔９内に位置し、かつ、空気噴出孔９の内壁との間に空気層が形成され、本体部が空気噴出部材２の内部に収納されるように配置された温度検知部材６と、温度検知部材６に接続され、温度検知部材６から得られる燃焼空間３内の温度情報に基づいて火炎状態を検知する火炎検知装置７とを備える。【選択図】   図１  
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給装置から供給された燃料を噴出する燃料ディストリビュータと、空気供給装置から供給された空気を噴出する空気噴出孔を有し、前記燃料ディストリビュータを含み前記燃料ディストリビュータの周囲に前記空気噴出孔から噴出する空気と前記ディストリビュータから噴出する燃料とが燃焼して火炎を形成する燃焼空間を形成するように前記ディストリビュータを囲むように配置された空気噴出部材とを備えたバーナにおいて、
温度検知点が前記空気噴出孔内または前記燃焼空間の空気の流路となる部分に位置し、前記燃焼空間の温度を検知する温度検知部材と、
前記温度検知部材で検知された前記温度に基づいて前記燃焼空間の前記火炎の状態を検知する火炎検知手段とを備えたことを特徴とするバーナ。
【請求項２】
前記温度検知部材は、前記温度検知点が前記空気噴出孔内または前記燃焼空間の前記空気噴出孔近傍に位置するように配置された請求項１記載のバーナ。
【請求項３】
前記温度検知部材が、前記空気噴出部材を貫通して配置された請求項１記載のバーナ。
【請求項４】
前記温度検知部材の前記温度検知点と、前記空気噴出孔の内面とが断熱された請求項１記載のバーナ。
【請求項５】
前記温度検知部材と前記空気噴出孔の内面との間に隙間が形成され、前記隙間の幅が前記温度検知部材の外周にわたって略均一である請求項４記載のバーナ。
【請求項６】
前記空気噴出部材は複数の前記空気噴出孔を有し、前記温度検知部材が配置された前記空気噴出孔では、前記温度検知部材との間の前記隙間の断面積が、前記温度検知部材が配置されていない前記空気噴出孔の断面積とほぼ同等である請求項４記載のバーナ。
【請求項７】
前記温度検知部材は、前記温度検知点を一端部に有するとともに、本体が前記空気噴出部材内に収納された請求項１記載のバーナ。
【請求項８】
前記温度検知部材の前記温度検知点側の先端が、酸化皮膜で実質的に覆われている請求項７記載のバーナ。
【請求項９】
前記温度検知部材の前記温度検知点側の先端が、略半球形状を有する請求項７記載のバーナ。
【請求項１０】
前記温度検知部材が、シース状の熱電対である請求項１記載のバーナ。
【請求項１１】
前記温度検知部材が複数設けられ、前記燃焼空間の異なる領域の温度を検知するように前記温度検知部材がそれぞれ異なる位置に配設された請求項１記載のバーナ。
【請求項１２】
前記燃焼空間は、火炎放出方向に向かって断面積が大きくなる請求項１記載のバーナ。
【請求項１３】
前記燃料ディストリビュータ内に収納され、かつ、一端部が前記燃焼空間に突出する電極と、前記電極と電気的に接続され、前記燃焼空間内で前記電極から放電するように前記電極に電圧を与える着火回路とをさらに備えた請求項１記載のバーナ。
【請求項１４】
着火時には、前記電極と前記着火回路とが接続され、前記温度検知部材からの前記燃焼空間の温度情報に基づいて前記火炎検知手段が着火判定を行った後には、前記電極と前記火炎検知手段とが接続されるように切替を行う切替手段がさらに設けられ、前記火炎検知手段は、前記温度検知部材からの前記温度情報に基づいて火炎検知を行うとともに、前記電極からの出力電流に基づいて火炎検知を行う請求項１３記載のバーナ。
【請求項１５】
前記温度検知部材によって火炎検知が行われる前記燃焼空間内の領域とは異なる領域の火炎検知を行うように、前記燃焼空間内に突出した前記電極の先端部を、前記温度検知部材が配置された前記燃焼空間の領域とは異なる領域に配置した請求項１４記載のバーナ。
【請求項１６】
前記温度検知部材によって前記燃焼空間の火炎放出方向における上部領域の火炎検知を行い、前記電極によって前記燃焼空間の前記方向における下部領域の火炎検知を行う請求項１５記載のバーナ。
【請求項１７】
請求項１記載のバーナと、少なくとも炭素及び水素から構成される化合物を含む原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質器とを備え、前記バーナを用いて前記改質器を加熱する水素発生装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の水素発生装置と、前記水素発生装置から得られる水素が主成分であるガスが燃料極側に供給されるとともに酸化剤ガスが酸化剤極側に供給されて発電が行われる燃料電池とを備えた燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバーナに関し、具体的には、水素の含有量が高く炭化水素系物質の含有量が低い燃料ガスを用いて燃焼を行うバーナに関する。特に、天然ガス、ＬＰＧ、ガソリン、ナフサ、灯油、メタノール等の、少なくとも炭素及び水素から構成される化合物である炭化水素系物質を主として含む燃料ガスから燃料電池等の水素利用機器に供給する水素ガスを発生させる水素発生装置に用いるバーナ、あるいは、燃料電池から送出されるオフガスのような水素を主成分とする燃料ガスを燃焼させてその燃焼熱を利用し暖房や給湯などを行う場合に用いるバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電システムでは、燃料電池に供給する水素を発生させる水素発生装置において、例えば、天然ガス、ＬＰＧ、ガソリン、ナフサ、灯油、メタノール等の炭化水素系物質を主として含む燃料ガスに水を加えて６５０〜７００℃で加熱し、それにより、前記燃料ガスを改質させて水素を取り出す（改質反応）。改質反応により得られた水素含有量の高い改質ガスは、燃料電池に供給されて発電に利用される。改質反応における前記加熱は、バーナを用いて行われる。バーナにおいて燃料ガスと空気とを燃焼させて火炎を形成し、それにより、熱を発生させる。水素発生装置では、バーナで発生した前記熱を利用して、前記改質反応における加熱を行う。バーナの燃料ガスとしては、供給ガスの有効利用のために、例えば、燃料電池から送出されたオフガスが利用される。オフガスは、燃料電池において利用されなかった水素を多く含むため水素含有量が高く、反応性が高い。このため、燃料ガスたるオフガスと空気とをあらかじめ混合した状態で燃焼空間に供給する構成とすると、火炎が供給系を逆流する等のおそれがあり、安全性に問題がある。そこで、バーナは、オフガスと空気とを燃焼空間にそれぞれ別々に供給する構成となっている。
【０００３】
上記構成のバーナでは、着火ミス、失火、異常燃焼等を検知して安全かつ効率よく燃焼を行うために、燃焼空間の外側から燃焼空間内にわたってフレームロッドを配設し、該フレームロッドにより火炎検知を行っている（例えば特許文献１参照。）。また、燃焼空間の上部空間に設置されたイグナイタにより着火を行っている（例えば特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２０１０４６号公報（第５−６頁、第４図）
【特許文献２】特開平７−２２０４３号公報（第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フレームロッドによる火炎検知方法では、燃焼空間に形成された火炎と接触するフレームロッドとバーナ本体との間に電圧を印加し、火炎中に存在するイオンによって生じる電流を検出して、該電流に基づいて火炎検知を行うものである。このようなフレームロッドによる火炎検知方法は、火炎を形成する燃焼反応において、反応の過程でイオンが多く発生する場合、例えば、炭化水素系可燃性物質を多く含む燃料ガスを燃焼させる場合に有効である。しかしながら、上記のように水素含有量が高く炭化水素系可燃性物質の含有量が少ない燃料ガスを燃焼させる場合には、火炎を形成する燃焼反応において、イオンの生成が起こらない。このため、フレームロッドとバーナ本体との間に電圧を印加しても電流が流れず、よって、火炎を検知することが困難である。
【０００５】
一方、水素発生装置では、起動時に発生するＨ２を主成分とする水素リッチガスは、Ｈ２以外にＣＯを多く含む。このようなＣＯを多く含む水素リッチガス（以下、生成ガスと呼ぶ）は、ＣＯが燃料電池の電極を劣化させるため、燃料電池に供給することができない。そこで、該生成ガスも、前記オフガスと同様に、有効利用のためにバーナの燃料ガスに用いられる。ここで、前述のように、水素発生装置では、供給された燃料ガス中に含まれる炭化水素系物質（ＣＨ４等）が改質反応によってＨ２及びＣＯ２に転化されるため、生成ガス中に含まれる未転化の炭化水素系可燃性物質は少ない。このため、このような生成ガスを燃料ガスとして用いる燃焼反応においては、オフガスを用いた場合同様、生成するイオンが少ない。したがって、フレームロッドによる火炎検知方法を適用すると、フレームロッドとバーナ本体との間に電圧を印加した際に検出される電流が小さく、よって、オフガスを用いた場合と同様、火炎を検知することが困難である。
【０００６】
燃料電池発電システムにおける水素発生装置のバーナでは、フレームロッドで検知された電流値が電圧値に置き換えられ、該電圧値が、失火判定のしきい値電圧よりも小さいか否かで失火判定が行われる。該電圧値がしきい値電圧を下回った場合には、失火と判断して運転停止動作を行う。ここで、前述のように、オフガスや生成ガスが燃料ガスとして供給されるバーナでは、火炎中に存在するイオンの量が少ないため、フレームロッドで検知される電流値が小さく、よって、検知により得られた電圧値が小さくなる。このため、失火判定のしきい値電圧を高めに設定すると、検知により得られた電圧値が前記しきい値を下回ってしまい、火炎を形成しているにもかかわらず失火と判断してしまうことがある。それゆえ、前記しきい値は小さく設定する必要があるが、この場合には、システム機部材としてのノイズによる値のばらつきにより、誤判定が行われる可能性がある。以上のことから、オフガスや生成ガスを燃料ガスとして燃焼を行う場合には、フレームロッドによる火炎検知方法では精度良く火炎検知を行うことが困難である。
【０００７】
また、上記のバーナの構成では、燃焼空間の近傍に、フレームロッドを配置するための空間や、着火用の放電電極を配置する空間が必要となる。しかしながら、このような設置空間を設けた構成とすると、加熱対象ではない該空間にもバーナからの燃焼熱が伝達されるため、該設置空間からの放熱が生じる。したがって、加熱対象である水素発生装置への伝熱効率が低下する。さらに、該設置空間の分だけバーナの装置規模が大きくなるため、バーナの周囲が狭くなり、よって、バーナの周囲構成の自由度が低下する。
【０００８】
本発明はこれらの課題を解決するものであり、炭化水素系可燃性物質の含有量が少ない燃料ガスの燃焼においても、精度の高い火炎検知を実現することが可能なバーナを提供することを目的とするものである。また、本発明の他の目的は、加熱対象以外への放熱を抑制して効率よく加熱対象を加熱することができ、かつ、コンパクト化が図られて周囲構成の自由度が高められたバーナを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係るバーナは、燃料供給装置から供給された燃料を噴出する燃料ディストリビュータと、空気供給装置から供給された空気を噴出する空気噴出孔を有し、前記燃料ディストリビュータを含み前記燃料ディストリビュータの周囲に前記空気噴出孔から噴出する空気と前記ディストリビュータから噴出する燃料とが燃焼して火炎を形成する燃焼空間を形成するように前記ディストリビュータを囲むように配置された空気噴出部材とを備えたバーナにおいて、温度検知点が前記空気噴出孔内または前記燃焼空間の空気流路となる部分に位置し、前記燃焼空間の温度を検知する温度検知部材と、前記温度検知部材で検知された前記温度に基づいて前記燃焼空間の前記火炎の状態を検知する火炎検知手段とを備えたものである。
【００１０】
かかる構成によれば、温度検知部材によって燃焼空間内の温度を検知することによって火炎の状態を検知するため、従来では火炎検知が困難であった、炭化水素系可燃性物質の含有量の少ない燃料ガスを用いた燃焼においても、燃料ガスの種類に関係なく精度良く正確に火炎検知を行うことが可能となる。
【００１１】
前記温度検知部材は、前記温度検知点が前記空気噴出孔内または前記燃焼空間の前記空気噴出孔近傍に位置するように配置されてもよい。
【００１２】
かかる構成によれば、温度検知点が空気噴出孔内または燃焼空間の空気噴出孔近傍に位置するため、温度検知点が燃焼空間と同じ温度まで高温加熱されることはない。したがって、温度検知部材は、耐熱限界内で温度を検知することができ、熱による劣化を防止することができる。また、燃焼空間への突出が少なく温度検部材が配置されるため、燃焼空間内に形成される火炎を乱すことなく燃焼空間内の温度を検知することが可能となる。このような効果は、空気噴出孔内に温度検知点が位置するように温度検知部材を配置する構成において、特に顕著に実現される。
【００１３】
前記温度検知部材が、前記空気噴出部材を貫通して配置されてもよい。
【００１４】
前記温度検知部材の前記温度検知点は、前記空気噴出孔の内面から断熱されることが好ましい。
【００１５】
かかる構成によれば、温度検知部材の温度検知点が空気噴出孔から断熱されて配置されているため、空気噴出部材の影響を受けることなく、速やかに燃焼空間における温度変化を検知することが可能である。
【００１６】
前記温度検知部材と前記空気噴出孔の内面との間に隙間が形成されることが好ましく、前記隙間の幅が前記温度検知部材の外周にわたって略均一であってもよい。
【００１７】
かかる構成によれば、該隙間に存在する空気層によって、温度検知部材が空気噴出孔から断熱される。また、該空気層では燃焼空間へ向かう供給空気の流れが形成されているため、失火した際には、温度検知部材の温度検知点が該空気の流れによって、速やかに冷却される。したがって、失火検知を素早く行うことが可能となる。特に、この空気層の幅が温度検知部材の外周全体にわたって略均一であると、空気層に均一な供給空気の流れが形成されるため、安定した空気の供給が可能となり燃焼状態が安定する。
【００１８】
前記空気噴出部材は複数の前記空気噴出孔を有し、前記温度検知部材が配置された前記空気噴出孔では、前記温度検知部材との間の前記隙間の断面積が、前記温度検知部材が配置されていない前記空気噴出孔の断面積とほぼ同等であることが好ましい。
【００１９】
かかる構成によれば、温度検知部材が配置された空気噴出孔において、温度検知部材の配設による空気の噴出状態の乱れを抑制することができ、他の空気噴出孔と同様に空気を噴出することが可能となる。それにより、バランスよく安定した火炎を形成することが可能となる。
【００２０】
前記温度検知部材は、前記温度検知点を一端部に有するとともに、本体が前記空気噴出部材内に収納されてもよい。
【００２１】
かかる構成によれば、温度検知部材を配置するための空間を設ける必要がなくなるため、余分な設置空間が不要となる。それにより、余分な空間への放熱を抑制することが可能となり、加熱対象を効率よく加熱することが可能となる。また、バーナの小型化が図られるとともに、バーナ周辺の構成の自由度を向上させることが可能となる。
【００２２】
前記温度検知部材の前記温度検知点側の先端が、酸化皮膜で実質的に覆われていてもよい。
【００２３】
該一端部が予め酸化被膜で覆われていない温度検知部材を用いた場合では、燃焼に伴って酸化被膜が形成されるため、酸化被膜が形成される前と後とでは検知温度に変化が生じる。これに対して、該一端部が予め酸化被膜で覆われた温度検知部材を用いると、このような酸化皮膜形成前後での検知温度の変化が生じないため、検知の精度が向上する。
【００２４】
前記温度検知部材の前記温度検知点側の先端が、略半球形状を有してもよい。
【００２５】
かかる構成によれば、該先端の外周に沿って滑らかな空気の流れが形成されるため、バーナでの燃焼を停止した際に速やかに温度検知部材が冷却される。また、燃焼の際には、輻射熱を受けやすくなるため、温度上昇が検知しやすくなる。したがって、検知の精度が向上する。
【００２６】
前記温度検知部材が、シース状の熱電対であってもよい。
【００２７】
かかる構成によれば、本発明の構成を容易に実現することが可能となる。
【００２８】
前記温度検知部材が複数設けられ、前記燃焼空間の異なる領域の温度を検知するように前記温度検知部材がそれぞれ異なる位置に配設されてもよい。
【００２９】
かかる構成によれば、複数の温度検知部材によって、燃焼空間の異なる領域の温度をそれぞれ検知することが可能となるため、より正確かつ精度良く火炎検知を行うことが可能となる。さらに、ここでは特に、燃焼空間の各領域における火炎状態を比べることにより、異常燃焼の検知を容易にかつ精度良く速やかに行うことが可能となる。このため、異常燃焼時には速やかに燃焼を停止することができ、よって、ＣＯの排出や異常高温下を防止することが可能となる。
【００３０】
前記燃焼空間は、火炎放出方向に向かって断面積が大きくなっていてもよい。
【００３１】
かかる構成によれば、燃焼量に応じた燃焼空間の各領域で燃焼が行われるため、低燃焼量から高燃焼量までの広い燃料量において、安定して燃焼を行うことが可能となる。
【００３２】
前記燃料ディストリビュータ内に収納され、かつ、一端部が前記燃焼空間に突出する電極と、前記電極と電気的に接続され、前記燃焼空間内で前記電極から放電するように前記電極に電圧を与える着火回路とをさらに備えてもよい。
【００３３】
かかる構成によれば、電極に電圧を与え、例えば燃料ディストリビュータまたは空気噴出部材と電極との間で放電を生じさせることにより、着火を行うことが可能となる。かかる構成では、電極が燃料ディストリビュータ内に収納されているため、着火手段を配置するため空間が不要となる。このように余分な設置空間が不要となることから、余分な空間への放熱を抑制することが可能となり、加熱対象を効率よく加熱することが可能となる。また、バーナの小型化が図られるとともに、バーナ周辺の構成の自由度を向上させることが可能となる。
【００３４】
着火時には、前記電極と前記着火回路とが接続され、前記温度検知部材からの前記燃焼空間の温度情報に基づいて前記火炎検知手段が着火判定を行った後には、前記電極と前記火炎検知手段とが接続されるように切替を行う切替手段がさらに設けられ、前記火炎検知手段は、前記温度検知部材からの前記温度情報に基づいて火炎検知を行うとともに、前記電極からの出力電流に基づいて火炎検知を行ってもよい。
【００３５】
かかる構成によれば、温度検知部材による火炎検知と並行して、従来のような電極による火炎検知が行われるため、より精度良く正確に火炎検知を行うことが可能となる。また、かかる構成では、着火手段である電極を火炎検知に利用できるため、構成が容易であり、大幅な変更なく構成を実現できる。
【００３６】
前記温度検知部材によって火炎検知が行われる前記燃焼空間内の領域とは異なる領域の火炎検知を行うように、前記燃焼空間内に突出した前記電極の先端部を、前記温度検知部材が配置された前記燃焼空間の領域とは異なる領域に配置してもよい。
【００３７】
かかる構成によれば、温度検知部材及び電極によって、燃焼空間の異なる領域の温度をそれぞれ検知することが可能となるため、より正確かつ精度良く火炎検知を行うことが可能となる。さらに、ここでは特に、燃焼空間の各領域における火炎状態を比べることにより、異常燃焼の検知を容易にかつ精度良く速やかに行うことが可能となる。このため、異常燃焼時には速やかに燃焼を停止することができ、よって、ＣＯの排出や異常高温下を防止することが可能となる。
【００３８】
前記温度検知部材によって前記燃焼空間の火炎放出方向における上部領域の火炎検知を行い、前記電極によって前記燃焼空間の前記方向における下部領域の火炎検知を行ってもよい。
【００３９】
かかる構成によれば、燃焼空間の上部領域と下部領域とで火炎検知を行うことができるため、上部領域では着火が検知されるが下部領域では着火が検知されない状態、及び、上部領域では着火が検知されないが下部領域では着火が検知される状態を、異常燃焼状態として検知することが可能となる。
【００４０】
本発明に係る水素発生装置は、上記構成を有するバーナと、炭化水素系原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質器とを備え、前記バーナを用いて前記改質器を加熱するものである。
【００４１】
かかる構成によれば、上記構成を有するバーナが用いられているため、バーナの燃料ガスとして、炭化水素系可燃性物質の含有量が少ないガスを利用した場合にも、精度良く正確に火炎検知を行うことが可能となる。したがって、かかる構成の水素発生装置では、燃料ガスの種類に関係なく、火炎検知を行いながら安全に火炎を形成することが可能となる。
【００４２】
本発明に係る燃料電池発電システムは、上記構成を有する水素発生装置と、前記水素発生装置から得られる水素が主成分であるガスが燃料極側に供給されるとともに酸化剤ガスが酸化剤極側に供給されて発電が行われる燃料電池とを備えたものである。
【００４３】
かかる構成によれば、水素発生装置において上記効果が得られることから、水素が主成分であるオフガスや生成ガスを燃料ガスとしてバーナで燃焼させて改質反応時の加熱を行うことが可能となるため、発電効率が高く、かつ、環境への負荷が小さいシステムを実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、炭化水素系可燃性物質の含有量が少ないガス、例えば、水素主成分のガスを燃料ガスとする燃焼において、正確な火炎検知を実現することが可能となる。また、燃焼空間を、火炎放出方向に広がっていく逆円錐台状とすることで、低燃焼量から高燃焼量まで幅広い燃焼を実現することが可能となる。また、燃料ディストリビュータ内に着火装置たる電極を設置するとともに、温度検知部材を空気噴出孔内に設置することで、燃焼空間以外で電極や火炎検知部材を設置する設置空間が不要となるため、加熱対象以外への放熱を抑制するとともに、バーナの小型化を図り、また、バーナ周辺の構成の自由度を向上させることができる。また、前記電極を着火時には放電部として使用し、一方、温度検知部材により着火を確認した後には、従来のように電極を火炎内の電流を検知する火炎検知部材として使用することで、より正確な火炎検知を行うものである。また、燃焼空間内の複数の異なる領域の火炎状態を検知することにより、異常燃焼を検知することができるため、異常燃焼時には燃速やかに燃焼を停止して、ＣＯの排出や異常高温の防止を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるバーナの構成を模式的に示す断面図である。また、図２及び図３は、図１の温度検知部材の配置を詳細に説明するための図であり、図２は部分拡大断面図、また、図３は部分拡大平面図である。
【００４６】
図１に示すように、バーナは、複数の燃料噴出孔８を有する燃料ディストリビュータ１と、複数の空気噴出孔９を有する空気噴出部材２と、空気噴出部材２内に収納されて配置された温度検知部材６とを有する。空気噴出部材２の内壁２Ｂで囲まれて形成された空間が、燃焼空間（燃焼室）３であり、温度検知部材６は、該燃焼空間３の温度を検知する。
【００４７】
空気噴出部材２は、両端部が開口した円筒状であり、円筒の内部は、以下のような形状で中空となっている。すなわち、空気噴出部材２の内周壁２Ｂは傾斜しており、それにより、円筒の内孔が、上端の開口（火炎の放出出口）に向かって断面積が大きくなる逆円錐台状の空間となっている。つまり、内周壁２Ｂはカップ形状をなしている。空気噴出部材２の内孔たる該カップ状の空間が、火炎が形成されて燃焼が行われる燃焼空間３となる。また、空気噴出部材２では、円筒の周壁部が中空に形成されている。すなわち、該周壁部は、外周壁２Ａ、内周壁２Ｂ、上端壁２Ｃ、及び、下端壁２Ｄの間に内部空間２０が形成されており、該内部空間２０が前記燃焼空間３を周方向に囲んだ構成となっている。空気噴出部材２の該内部空間２０は、内周壁２Ｂの周方向及び上下方向にわたって複数設けられた空気噴出孔９を通じて、前記燃焼空間３に連通している。また、該内部空間２０は、外周壁２Ａに設けられた空気供給口３１を有し、該空気供給口３１に、外部に設けられた空気供給装置５が接続されている。該空気供給装置５は、ポンプやファン等の送風器（図示せず）を備え、燃焼用の空気を、流量を調整しながら空気噴出部材２に供給する。空気の供給流量の調整方法としては、前記送風器の動作を制御して調整を行う方法や、あるいは、供給系において、前記送風器の下流側にバルブ等の流量調整部材を配設しこれを制御して調整を行う方法等がある。
【００４８】
空気噴出部材２は、例えば金属等から構成される。このような空気噴出部材２は、容積が大きいために、後述の温度検知部材６に比べて大きな熱容量を有する。図２に示すように、燃焼空間３を形成する内周壁２Ｂには、所定の間隔で所定の径を有する円形の空気噴出孔９（９Ａ，９Ｂ）が形成されている。ここでは、空気噴出孔９は、２．０ｍｍの直径Ｄ１を有する１つの空気噴出孔９Ａと、１．２ｍｍの直径Ｄ２を有する多数の空気噴出孔９Ｂとで構成されている。そして、該空気噴出孔９Ａ内には、温度検知部材６が配設されている。この温度検知部材６は、先端に設けられた温度検知点（図示せず）が燃焼空間３内に僅かに突出して該燃焼空間３に面し、空気の流れの中に位置する構成となっている。そして、温度検知部材６の本体は、空気噴出部材２の内部空間２０及び下端壁２Ｄに設けられた貫通孔３２を通って外部に突出するように配設されている。温度検知部材６は、図示されない支持部材によって支持されており、空気噴出部材２の貫通孔３２と温度検知部材６との間は、シール部材（図示せず）によって空気が漏れないようにシールされている。ここでは、温度検知部材６として、直径１．６ｍｍのシース状の熱電対が用いられており、温度検知点（図示せず）を含む先端部分は、酸化皮膜１６で覆われている。このように酸化皮膜で覆われることにより、後述するように、燃焼空間３内の温度を精度良く検知することが可能となる。温度検知部材６は、空気噴出孔９Ａの内面と直接接触しないように配置され、空気噴出孔９Ａの内面との間に隙間を有する。図３に示すように、ここでは、例えば円形の空気噴出孔９Ａ内に温度検知部材６が同心状に配置され、それにより、温度検知部材６の外周に形成された環状の空気層１７の幅Ｌ（すなわち、空気噴出孔９Ａの内面と温度検知部材６の外周面との距離）は、温度検知部材６の外周全体において、ほぼ均一となっている。このような構成により、後述するように、温度検知部材６が配置された空気噴出孔９Ａにおいては、空気流路となる部分（すなわち空気層１７）の断面積が、他の空気噴出孔９Ｂの場合とほぼ同等となっており、かつ、温度検知部材６の外周に、均一な幅Ｌの空気流路が形成されている。なお、ここでは、温度検知部材６として熱電対を用いているが、熱電対以外にも、例えばサーミスタ等を用いてもよい。該温度検知部材６は、バーナの外部に配設された火炎検知装置７に接続されている。
【００４９】
上部（火炎放出出口側）に比べて断面積が小さくなっている燃焼空間３の下部には、先端が閉塞された管状の燃料ディストリビュータ３が嵌合されている。燃料ディストリビュータ３は、周方向に複数の燃料噴出孔８が設けられた先端部が、円形断面の燃焼空間３の中心部分に突出するように配置され、また、基端は、外部に配設された燃料ガス供給装置４に接続されている。該燃料ガス供給装置４は、可燃性ガスを含む燃料ガスを、流量を調整しながら燃料ディストリビュータ１に供給するものであり、ポンプやファン等の送風器（図示せず）を備える。燃料ガスの供給流量の調整方法としては、前記送風器の動作を制御して調整を行う方法や、あるいは、供給系において、前記送風器の下流側にバルブ等の流量調整部材を配設しこれを制御して調整を行う方法等がある。
【００５０】
次に、上記のバーナの燃焼時の動作について説明する。
【００５１】
図１中の矢印で示すように、燃料ガス供給装置４から燃料ガスが燃料ディストリビュータ１に供給される。さらに、燃料ガスは、燃料噴出孔８を通じて、燃料ディストリビュータ１から燃焼空間３に噴出される。ここで、燃料ガス供給装置４から供給される燃料ガスとは、水素を主成分とする可燃性ガスのことである。このような燃料ガスとしては、例えば、後述の実施の形態５（図８）で説明するように、燃料電池発電システムの水素発生装置の起動時に生成する生成ガスを用いてもよく、あるいは、燃料電池のオフガスを用いてもよい。
【００５２】
一方、空気供給装置５からは、空気が空気噴出部材２に供給される。図中の矢印で示すように、空気は、空気噴出部材２の内部空間２０に導入され、さらに、空気噴出孔９を通じて燃焼空間３に噴出される。この時、空気噴出孔９Ａと空気噴出孔９Ｂとでは、空気流路の断面積がほぼ同等となっているため、両者から噴出する空気の流量はほぼ同等となっている。したがって、空気噴出孔９Ａに温度検知部材６を配置したことによる空気の噴出状態の乱れを最小限に抑えることができ、燃焼状態の乱れを抑制することができる。また、空気噴出孔９Ａにおいては、前述のように温度検知部材６の外周に均等な幅Ｌの空気流路が形成されているので、空気噴出孔９Ａでは、温度検知部材６の外周において、ほぼ均等に空気が噴出される。したがって、空気の噴出状態の乱れがさらに抑えられ、燃焼状態の乱れをさらに抑制することができる。
【００５３】
このようにして燃焼空間３に供給された燃料ガス及び空気は、該燃焼空間３で混合される。そして、種火やヒータ等の着火装置（図示せず）により着火を行い、燃焼空間３において燃料ガスと空気とを反応させて燃焼させ、火炎１０を形成する。ここで、前述のように、空気噴出孔９Ａ，９Ｂからはほぼ等しい流量で空気が供給されるため、安定したバランスのよい火炎１０を形成することができる。そして、図中の矢印で示すように、形成された火炎から放出された熱を加熱対象に伝達して加熱を行う。このように燃料ガスと空気とを別々に供給して燃焼空間３で混合する構成とすれば、可燃性の燃料ガスと空気とをあらかじめ混合して燃焼空間３に供給して燃焼させる従来の構成のように火炎が供給系を逆流する等のおそれがないため、より安全に燃焼を行うことが可能となる。
【００５４】
ここで、上記燃焼時においては、着火、失火及び異常燃焼の把握のために、温度検知部材６を用いて火炎の状態を検知する。以下に、火炎の検知方法について説明する。
【００５５】
燃焼空間３内に火炎１０が形成されると、それまで常温を示していた燃焼空間３内の温度が上昇するため、温度検知部材６による検知温度が上昇する。ここで、温度検知部材６は、先端の温度検知点（図示せず）が空気噴出部材２の空気噴出孔９Ａ内に位置し、かつ、本体部が空気噴出部材２の内部空間２０内に収納されるように配設されているため、温度検知部材６は、燃焼空間３の火炎に直接さらされない。このため、温度検知部材６は、燃焼時に燃焼空間３の温度と同様に高温（１０００℃程度）になることはなく、よって、温度検知部材６は耐熱限界内の温度下に置かれ、劣化が防止される。また、温度検知部材６は、燃焼空間３内に僅かしか突出しないため、燃焼空間３に形成された火炎を乱すことなく燃焼空間３の温度を検知することが可能となる。
【００５６】
一方、温度検知部材６の先端の温度検知点（図示せず）は、燃焼空間３に面しているため、燃焼空間３内の温度を精度良く速やかに検知することが可能となる。ここで、温度検知部材６は、温度検知点が設けられた先端が、空気噴出孔９Ａの内面とは直接接触せず、周囲に空気層１７が形成されて空気噴出部材２から断熱されている。このため、空気噴出部材２の内周壁２Ｂの温度変化の影響を受けることなく燃焼空間３の温度変化を検知することが可能となる。すなわち、熱容量が大きい空気噴出部材２の内周壁２Ｂの温度上昇よりも、温度検知部材６の温度検知点は速く温度が上昇するため、速やかに精度良く正確に着火を検知することが可能となる。
【００５７】
温度検知部材６で検知された燃焼空間３の温度情報は、電気信号として火炎検知装置７に伝達される。火炎検知装置７は、伝達された電気信号から、燃焼空間３の温度変化に基づいて、燃焼空間３内に火炎１０が形成された（着火した）か否かを判定する。着火の判定方法としては、例えば、検知された燃焼空間３の温度が、所定の温度より高いか否かを判定する方法であってもよく、あるいは、単位時間における温度の上昇速度が所定の温度上昇速度よりも大きいか否かを判定する方法等であってもよい。
【００５８】
一方、何らかの要因により失火すれば、それまで高温状態であった燃焼空間３の温度が急激に低下する。それに伴って、温度検知部材６の検知温度も低下する。このようにして検知された燃焼空間３の温度情報は、上記と同様にして火炎検知装置７に伝達される。火炎検知装置７は、伝達された電気信号から、燃焼空間３の温度変化に基づいて、燃焼空間３内の火炎１０が失火したか否かを判定する。失火の判定方法としては、例えば、検知された燃焼空間３の温度が、所定の温度より低いか否かを判定する方法であってもよく、あるいは、単位時間における温度の低下速度が所定の温度低下速度よりも大きいか否かを判定する方法であってもよい。ここで、前述のように、温度検知部材６の温度検知点と、空気噴出孔９Ａの内面との間には、隙間が形成されて空気層１７が存在するため、温度検知部材６は、前記空気噴出部材２の影響を受けることなく、失火に伴って速やかに温度が低下する。特に、空気噴出孔９Ａの内面との間の空気層１７では、通常、空気の供給に伴って、燃焼空間３に向かう流れが形成されており、温度検知部材６はこの空気の流れの中に位置している。それゆえ、この空気の流れによって、温度検知部材６が速やかに冷却され、失火により加熱が行われなくなれば温度検知部材６の温度検知点では急激に温度が低下する。したがって、失火後、短時間で失火検知を行うことが可能となる。
【００５９】
上記のような火炎検知方法によれば、従来のような燃焼時の電流値に関係なく、燃焼空間３内の温度変化により火炎１０の検知を行うことが可能となるため、フレームロッド等による従来の火炎検知方法では検知が困難である燃料ガス、すなわち、炭化水素系可燃性物質の含有量が少ない燃料ガスを用いた燃焼においても、火炎状態を精度良く正確に検知することが可能となる。
【００６０】
また、ここでは、前述のように、温度検知部材６の温度検知点（図示せず）側の先端が酸化皮膜１６によって覆われているため、酸化被膜が予め形成されていない温度検知部材を用いた場合に比べて、以下の理由により、精度良く燃焼空間３内の温度を検知することが可能となる。すなわち、予め酸化被膜で覆われていない温度検知部材を用いると、燃焼空間３での燃焼に伴ってこの温度検知部材の先端が酸化され、やがて酸化被膜が形成されるが、この場合、酸化被膜が形成される前と後とで、温度検知部材での検知温度に変化が生じる。これに対して、本実施の形態のように温度検知部材６の先端に予め酸化被膜１６が形成されていると、このような検知温度の変化の発生を防止することが可能となる。したがって、火炎検知をさらに精度良く行うことが可能となる。
【００６１】
さらに、上記の構成では、燃焼空間３がカップ形状、すなわち、上部（火炎放出出口）にむかって断面が大きくなる逆円錐台状であるため、広い燃焼量の範囲で、燃焼量に応じてバランスよく安定した火炎１０を形成することができる。具体的には、燃焼源たる燃料ガスと空気との混合ガスの供給流量が少なく低燃焼量である時には、断面積の小さな燃焼空間３の領域で、該混合ガスの流速と燃焼速度とがバランスする。すなわち、火炎の大きさは、燃焼源たる混合ガスの流速と、燃焼速度（燃焼反応の反応速度）とのバランスによって決まることから、このように低燃焼量である場合には、燃焼速度が一定であれば、その燃焼速度に等しい混合ガス流速となる混合ガス供給流量が小さい燃料空間３の下部を中心に火炎１０Ａが形成される。一方、該混合ガスの流量が大きく高燃焼量の時には、断面積が大きい燃焼空間３の領域で混合ガス流速と燃焼速度とがバランスする。したがって、この場合には、燃焼空間３の上部で火炎１０Ｂが形成される。このように、燃焼空間３をカップ状とすることで、広い燃焼量の範囲で安定した燃焼を実現できる。このようなカップ状の燃焼空間３を有する空気噴出部材２は、プレスや絞り加工により一部品で構成することができるので、加工面でも容易である。なお、ここでは、燃焼が行われている部分と、燃焼が行われていない部分との境目の最も高温の部分を火炎と定義している。すなわち、火炎とは、形成された炎の最外輪郭部分のことをさす。
【００６２】
また、温度検知部材６が空気噴出部材２内に収納されるように配置されるため、温度検知部材としてフレームロッド等を用いる従来の場合のような温度検知部材設置のための空間が不要となる。このため、バーナの周囲に余分な設置空間を設ける必要がなくなり、該空間からの無駄な放熱を抑制して効率よく加熱対象を加熱することができる。また、余分な設置空間が不要となる分だけ、バーナとしての大きさを小さくすることができ、バーナの周囲構成の自由度を大幅に向上させることができる。  
【００６３】
なお、上記の空気噴出孔９Ａ，９Ｂの孔径、温度検知部材６の径、及び、これらの形状は一例であり、これに限定されるものではない。また、空気噴出孔９Ａ，９Ｂでは、必ずしも前述のように空気流路の断面積が同等でなければならないということはなく、温度検知部材６の周囲に空気層１７が形成されるのであれば、空気噴出孔９Ａ，９Ｂにおける空気流路の断面がそれぞれ異なってもよい。また、空気層１７の幅Ｌは、均一でなくてもよい。また、本実施の形態の変形例として、空気噴出部材２によって囲まれて形成される前記燃焼空間３が、図１のようなカップ状ではなく、断面積が均一な円柱状である構成であってもよい。
【００６４】
図４は、実施の形態１の変形例における特徴部分の構成を模式的に示す部分拡大断面図である。図４に示すように、本例のバーナは、図１のバーナと同様の構成を有するが、以下の点が、図１のバーナとは異なっている。
【００６５】
すなわち、本例のバーナでは、空気噴出孔９Ａに配置された温度検知部材６の温度検知点（図示せず）側の先端が、半球形状を有している。かかる形状の先端では、角部を有する先端に比べて輻射熱を受けやすく、よって、燃焼に伴う温度上昇を精度よく検知することができる。また、かかる形状の先端では、半球状の滑らかな表面に沿って滑らかな空気の流れが形成されるため、冷却されやすく、失火すると急激に温度が低下する。よって、失火を精度良く検知することができる。以上のことから、本例の構成によれば、上述の効果がより有効に奏される。
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２におけるバーナの構成を模式的に示す断面図である。本実施の形態のバーナは、実施の形態１と同様の構成を有するが、複数の温度検知部材が燃焼空間の異なる位置にそれぞれ配設された点が、実施の形態１と異なっている。
【００６６】
すなわち、本実施の形態では、実施の形態１と同様に設けられた温度検知部材６の他に、さらに温度検知部材６０が、温度検知部材６よりも下側に位置するように配置されている。温度検知部材６０は火炎検知装置７に接続されており、温度検知部材６０で得られた燃焼空間３の下部領域の温度情報が、電気信号となって火炎検知装置７に伝達される。ここで、温度検知部材６０は、温度検知部材６と同様、温度検知点（図示せず）側の先端が酸化皮膜１６で覆われた構成を有している。また、温度検知部材６と同様に、空気噴出孔９内に温度検知点（図示せず）が位置して空気の流れの中に位置するように配置され、かつ、温度検知部材６０の外周に均一な幅の空気層が形成されている。したがって、この温度検知部材６０によれば、温度検知部材６と同様に、精度良く正確に燃焼空間３の下部領域の温度を検知することが可能となる。また、ここでは、実施の形態１と同様に、燃焼空間３の上部領域の温度を温度検知部材６により精度良く正確に検知することが可能となる。このように、燃焼空間３の異なる領域、すなわち、上部領域及び下部領域の温度をそれぞれ検知し、各領域における着火状態を比較することにより、特に、異常燃焼の検知を容易にかつ正確に行うことが可能となる。異常燃焼と判断した時には、例えば、燃料ガス供給装置４からの燃料ガスの供給を止めて燃焼を停止する。それにより、異常燃焼によるＣＯの排出や、高温化によるバーナを含む機器の劣化を防止することができる。以下に、異常燃焼の検知方法を詳細に説明する。
【００６７】
まず、正常に燃焼が行われて火炎１１Ｃが形成された場合には、燃焼空間３の温度がほぼ均一になるため、燃焼空間３の上部（燃焼空間３の出口近傍）に設けられた温度検知部材６による検知温度と、該燃焼空間３の下部（燃料ディストリビュータ１近傍）に設けられた温度検知部材６０による検知温度とが、ほぼ等しくなり、火炎検知装置７は燃焼空間３の上部及び下部が着火状態であると判定する。したがって、この場合には、燃焼空間３において、正常に燃焼が行われていることが確認できる。  
【００６８】
一方、例えば、何らかの要因で燃焼量が大きくなりすぎたり、あるいは、空気供給量が少なくなって火炎がリフト気味になった時には、異常燃焼状態となり、燃焼空間３の上部を基部とした火炎１１Ｂが形成される。このような火炎１１Ｂが形成されると、燃焼空間３の上部は著しく加熱されて通常より高い温度となる。このため、燃焼空間３の上部に設けられた温度検知部材６で検知される温度が高くなる。これに対して、この場合、燃焼空間３の下部には火炎が全く存在しない。それゆえ、燃焼空間３の下部に設けられた温度検知部材６０で検知される温度は低くなる。このように温度検知部材６から得られた燃焼空間３の上部の温度情報と、温度検知部材６０から得られた燃焼空間３の下部の温度情報とが火炎検知装置７に伝達されると、火炎検知装置７は、各情報に基づいて、火炎状態を判定する。この場合、温度検知部材６からの情報に基づいて、燃焼空間３上部の検知温度が所定値よりも高いことから、燃焼空間３上部が着火状態であると判定する。一方、温度検知部材６０からの情報に基づいて、燃焼空間３下部の検知温度が該所定値よりも小さいことから、燃焼空間３下部は失火状態であると判定する。その結果、火炎１１Ｂが異常であることが確認できる。
【００６９】
また、何らかの要因で燃焼量が小さくなりすぎたり、空気供給量が多くなった時には、異常燃焼状態となり、燃焼空間３の下部に小さな火炎１１Ａが形成される。このような火炎１１Ａが形成されると、燃焼空間３の下部は著しく加熱されて通常より高い温度となる。このため、燃焼空間３の下部に設けられた温度検知部材６０で検知される温度が高くなる。これに対して、燃焼空間３の上部には火炎が形成されず、それゆえ、燃焼空間３の上部に設けられた温度検知部材６で検知される温度は低くなる。このように温度検知部材６から得られた燃焼空間３上部の温度情報と、温度検知部材６０から得られた燃焼空間３下部の温度の温度情報とに基づいて、火炎検知装置７が燃焼空間３の火炎１１Ａの状態を検知する。この場合、温度検知部材６からの情報に基づいて、燃焼空間３上部の検知温度が所定値よりも小さいことから、燃焼空間３上部が失火状態であると判定する。一方、温度検知部材６０からの情報に基づいて、燃焼空間３下部の検知温度が該所定値よりも大きいことから、燃焼空間３下部は着火状態であると判定する。その結果、火炎１１Ａが異常であると確認できる。
【００７０】
なお、複数の温度検知部材を配設する場合の温度検知部材の個数や、燃焼空間３における配置位置は、上記に限定されるものではなく、これ以外の構成であってもよい。
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３におけるバーナの構成を模式的に示す断面図である。本実施の形態のバーナは、実施の形態１と同様の構成を有するが、燃料ディストリビュータ１内に着火手段たる電極１２が配設された点が、実施の形態１と異なっている。
【００７１】
すなわち、本実施の形態では、二重構造の管状の燃料ディストリビュータ１の内孔の中央に、電極１２が配設されている。電極１２は、燃焼ディストリビュータ１の内孔に嵌め込まれた支持部材１５によって支持されており、電極１２の先端部は、燃焼空間３内に突出している。支持部材１５は、例えば、耐熱性及び絶縁性を有するセラミック等から構成される。電極１２の前記突出した先端部は、弧を描くように空気噴出部材２の内壁に向かって屈曲している。また、電極１２の基端は、燃料ディストリビュータ１の底壁を貫通して外部に突出しており、外部に設けられた着火回路１３に電気的に接続されている。なお、電極１２と支持部材１５との間、及び、燃料ディストリビュータ１の内周壁と支持部材との間の隙間は、シール部材（図示せず）によって埋められている。
【００７２】
上記構成では、着火時に、空気噴出部材２の空気噴出孔９から空気が燃焼空間３内に噴出されるとともに、燃料ディストリビュータ１の燃料噴出孔８から燃料ガスが燃焼空間３に噴出される。この時、燃料ディストリビュータ１は、二重構造となっているため、燃料ディストリビュータ１内に配設された電極１２及び支持部材１５は、燃料ガス供給装置４からディストリビュータ１への燃料ガスの供給及び燃料噴出孔８からの燃料ガス噴出を妨げるものではない。燃料ガスと空気とが燃焼空間３に供給されて混合されると、着火回路１３から電極１２に電圧が与えられる。それにより、電極１２と空気噴出部材２の内壁との間で放電が生じ、その結果、着火が起こる。そして、燃焼空間３内で燃焼が行われて火炎が形成される。この時、実施の形態１と同様に、温度検知部材６により燃焼空間３内の温度が検知されて火炎検知装置７により火炎状態の検知が行われる。
【００７３】
本実施の形態に係る構成では、実施の形態１において前述した効果と同様の効果が得られ、さらに、以下の効果が得られる。すなわち、本実施の形態では、着火手段たる電極１２が燃料ディストリビュータ１内に収納されて配置されるため、従来のように燃焼空間３の上方等のバーナ周囲部に、着火手段の設置のための空間を確保する必要がない。したがって、余分な設置空間を設けた場合に生じる該設置空間からの放熱を抑制することができ、よって、効率的に加熱対象を加熱することが可能となる。また、余分な設置空間を必要としない分だけバーナとしての大きさをより小さくすることができるため、バーナの周囲構成の自由度をさらに向上させることができる。
【００７４】
なお、上記においては、電極１２と空気噴出部材２の内壁との間で放電させて着火する場合について説明したが、電極１２と燃料ディストリビュータ１との間で放電させることにより着火を行ってもよい。この場合、電極１２と燃料ディストリビュータ１との間で放電が起こりやすいように、燃焼空間３内に突出した電極１２の先端を、燃料ディストリビュータ１に向けて屈曲させることが好ましい。なお、電極１２の形状は上記に限定されるものではなく、必ずしも屈曲していなくてもよい。
（実施の形態４）
図７は本発明の実施の形態４におけるバーナの構成を模式的に示す断面図である。図７に示すように、本実施の形態のバーナは、実施の形態３のバーナと同様の構成を有するが、以下の点が実施の形態３と異なっている。すなわち、本実施の形態では、着火回路１３と火炎検知装置７とが、切替スイッチ１４を介して、並列に電極１２に接続されている。かかる構成では、以下のように、着火時に電極１２と着火回路１３とを接続するように切替が行われ、着火検知後には、電極１２と火炎検知装置７とが接続するように切替が行われる。
【００７５】
すなわち、着火時には、電極１２と着火回路１３とが接続するように切替スイッチ１４が切替わり、実施の形態３と同様にして着火が行われる。一方、着火して火炎が形成されると、温度検知部材６からの燃焼空間３の温度情報に基づいて、火炎検知装置７が着火を検知する。すると、切替スイッチ１４が、電極１２と火炎検知装置７とを接続するように切替を行う。それにより、温度検知部材６を用いた火炎検知方法と同時に、従来の火炎検知方法、すなわち、電極１２から検出される出力電流に基づいて、火炎検知装置７が火炎検知を行うことができる。それにより、温度検知部材６及び電極１２を用いた２つの方法により火炎検知を行うことができるため、より精度の高い火炎検知を実現することができる。
【００７６】
また、ここでは、温度検知部材６により燃焼空間３の上部の火炎状態を検知するとともに、該温度検知部材６よりも燃焼空間３内の下部に先端部が配置された電極１２により、燃焼空間３の下部の火炎状態を検知することが可能となる。そして、このように、燃焼空間３内の複数の異なる領域における火炎状態を検知することにより、実施の形態２と同様に、異常燃焼状態の検知を行うことが可能となる。
【００７７】
まず、正常に燃焼が行われて火炎１１Ｃが形成された場合には、燃焼空間３の上部（燃焼空間３の出口近傍）に設けられた温度検知部材６による検知温度をもとにして、燃焼空間３上部が着火状態であると火炎検知部材７が判定する。また、温度検知部材６による検知と並行して、該空間３の下部（燃料ディストリビュータ１近傍）に配置された電極１２からの出力電流を検知し、該電流値を電圧値に換算する。そして、得られた電圧値が、しきい値電圧よりも大きいか否かで着火判定を行う。この場合には、燃焼空間３下部に火炎が形成されているので、前記出力電流は大きくなり、よって、検知電圧値がしきい値電圧よりも高くなる。したがって、燃焼空間３下部が着火状態であると火炎検知装置７が判定する。このように燃焼空間３の上部及び下部が着火状態であると判定されたことから、正常な燃焼が確認される。
【００７８】
一方、例えば、何らかの要因で燃焼量が大きくなりすぎたり、あるいは、空気供給量が少なくなって火炎がリフト気味になった時には、異常燃焼となり、燃焼空間３の上部を基部とした火炎１１Ｂが形成される。このような火炎１１Ｂが形成されると、燃焼空間３の上部は著しく加熱されて通常より高い温度となる。このため、燃焼空間３の上部に設けられた温度検知部材６で検知される温度が高くなり、それに基づいて、火炎検知装置７が、燃焼空間３上部は着火状態であると判定する。これに対して、この場合、燃焼空間３の下部には火炎が全く存在しないため、燃焼空間３の下部に配置された電極１２からの出力電流は検知されず、したがって、電流値を換算した電圧値がしきい値電圧よりも小さくなる。それゆえ、火炎検知装置７は、燃焼空間３の下部が失火状態であると判定する。そして、このようにして得られた燃焼空間３の上部及び下部の着火判定の結果から、異常燃焼状態が確認できる。
【００７９】
また、何らかの要因で燃焼量が小さくなりすぎたり、空気供給量が多くなった時には、異常燃焼状態となり、燃焼空間３の下部に小さな火炎１１Ａが形成される。このような火炎１１Ａが形成されると、燃焼空間３の下部では、火炎が存在するため、電極１２からの出力電流が検知される。この場合、検知した電流値を換算した電圧値がしきい値電圧よりも大きくなり、よって、火炎検知装置７は、燃焼空間３下部が着火状態であると判定する。これに対して、燃焼空間３の上部には火炎が形成されず、それゆえ、燃焼空間３の上部に設けられた温度検知部材６で検知される温度は低くなる。火炎検知装置７では、この温度情報に基づいて、燃焼空間３上部が失火状態であると判定する。そして、このようにして得られた燃焼空間３の上部及び下部の着火判定の結果から、異常燃焼状態が確認できる。
【００８０】
上記の実施の形態１〜４においては、温度検知部材の温度検知点が空気噴出孔内に配置される場合について説明したが、温度検知点の配置位置はこれに限定されるものではない。例えば、耐熱性が非常に高い材料から構成される温度検知部材を用いるのであれば、温度検知部材は、空気噴出孔からさらに燃焼空間まで延びるように配置された構成であってもよい。すなわち、温度検知部材は、周囲のバーナ構成部材から断熱され、かつ、空気噴出孔から噴出された空気流にさらされるように配置されていれば、前述の実施の形態１〜４以外の配置であってもよい。なお、温度検知部材の温度検知点が空気噴出孔内に入り込み過ぎた配置や、温度検知点が空気噴出部材の外壁と内壁との間の空間に位置する配置では、燃焼空間の温度を精度良く正確かつ速やかに検知することができない。このため、温度検知部材の温度検知点は、燃焼空間の温度変化に速やかに対応する位置、具体的には、少なくとも燃焼空間に面する位置に配置する必要がある。
【００８１】
また、上記の実施の形態２〜４においては、温度検知部材の温度検知点側の先端が角部を有する場合について説明したが、実施の形態１の変形例のように、温度検知部材の該先端は半球状であってもよい。
（実施の形態５）
図８は、本発明に係るバーナを備えた水素発生装置を有する燃料電池発電システムの構成を示す模式図である。図８に示すように、燃料電池発電システム１００は、燃料電池５３と、水素発生装置５２とを主な構成要素として有する。なお、燃料電池５３としては、従来構造のものが用いられている。
【００８２】
水素発生装置５２は、バーナ５０と、改質器５１と、ＣＯ変成器５４とを有する。バーナ５０には、実施の形態１〜４において前述したバーナが用いられている。また、改質器５１及びＣＯ変成器５４としては、従来構造のものが用いられる。改質器５１では、燃料ガスたるＣＨ４が供給され、図中の反応式で示される改質反応が行われる。ここで、該改質反応は、６５０〜７００℃の高温下で行う必要があるため、水素発生装置５２では、バーナ５０により改質器５１を加熱する。該改質反応により改質器５１で生成した改質ガスは、さらにＣＯ変成器５４に供給される。ＣＯ変成器５４では、図中の反応式で示される反応により、改質ガスからのＣＯの除去が図られる。このように、改質器５１及びＣＯ変成器５４によって、Ｈ２を主成分とする水素リッチガスが生成され、該水素リッチガスは、さらに燃料ガスとして燃料電池５３に供給される。ここで、水素発生装置５２では、装置の起動時に、ＣＯを多く含む水素リッチガス（生成ガス）が生成される。ＣＯは燃料電池５３の電極を劣化させることから、該生成ガスを燃料電池５３で利用することができない。このため、該生成ガスは、燃料ガスとして、水素発生装置５２のバーナ５０に供給される。なお、ここで、該生成ガスは、前述のようにＣＯを多く含んでいるが、改質反応におけるＣＨ４のＨ２およびＣＯ２への転化率が高くなるように改質器５１の運転が制御されているため、生成ガス中に含まれる未転化の炭化水素系可燃性物質の割合は少なく、生成ガスはＨ２の含有量が高い。
【００８３】
水素発生装置５２で得られた水素リッチガスが供給された燃料電池５３では、水素リッチガスと空気中の酸素とを用いて図中の反応式で示される反応が行われる。それにより、発電が行われる。燃料電池５３から得られた電気エネルギーは、種々の用途で用いられる。一方、燃料電池５３に供給された水素リッチガスのうち反応に利用されなかったＨ２を含むオフガスは、水素発生装置５２のバーナ５０に供給され、バーナ５０の燃料ガスとして利用される。
【００８４】
以下においては、図７の実施の形態４のバーナ５０を有する水素発生装置５２を備えた燃料電池発電システム１００（図８）における、水素発生装置５２での火炎検知動作を図９を参照して説明する。
【００８５】
図９は、本実施の形態に係る燃料電池発電システム１００における水素発生装置５２の運転データを示す図である。図９に示すように、図中のグラフＡは、水素発生装置５２の改質器５１の温度の経時変化を示しており、グラフＢは、温度検知部材６で検知された燃焼空間３の温度の経時変化を示しており、グラフＣは、電極１２（図７）からの出力電流値から換算した電圧値の経時変化を示している。
【００８６】
グラフＡに示すように、燃料電池発電システム１００が起動してバーナ５０が着火されると、改質器５１は、熱容量が大きいので、着火から所定時間経過後に温度が上昇し始める。そして、十数分経過後に改質器５１は所定温度（６５０〜７００℃程度）に達し、該温度に保たれる。
【００８７】
一方、グラフＢに示すように、バーナ５０に着火すると、燃焼空間３内の温度変化が温度検知部材６によって検知され、後述する電極１２の電圧値の上昇直後から徐々に検知温度が上昇する。そして、時間が経過して所定の温度まで達すると、検知温度が一定となる。
【００８８】
また、グラフＣに示すように、着火の際には、炭化水素系可燃性物質含有量の多い生成ガス（又はオフガス）がバーナ５０に供給されるので、電極１２からの出力電流値の換算電圧値が瞬時に上昇する。ところで、前述のように、この電圧値は生成ガスの組成に影響されるものであるため、運転時間の経過に伴って以下のように変化する。すなわち、改質器５１が所定温度に達するまでの間は、改質反応における転化率が徐々に高くなっていき、それに伴って改質器５１から得られる生成ガス中の水素濃度が徐々に増加するが、これに伴って生成ガス中の炭化水素系可燃性物質含有量が徐々に減少するため、改質器５１の温度が上昇しても電極１２の電圧値は低下する。そして、改質器５１の温度が所定温度で一定となると、電圧値も下限値で一定となる。この場合、水素発生装置５２において水素を多量に発生させるために改質器５１における転化率を大きくすると、この電圧値はさらに小さくなる。
【００８９】
以上のことから、水素発生装置５２では、着火時及びその後の所定期間は電極１２の電圧値に基づく従来の火炎検知方法によって検知を行うことが可能であり、特に、着火に対する応答性に優れることから、着火時には、温度検知部材６による検知よりも精度良く検知を行うことが可能であるが、改質器５１の温度が上昇して改質反応における転化率が上昇していくと、電極１２を用いた検知方法ではノイズの影響を受けやすくなり検知が困難となる。したがって、ここでは、着火の際には電極１２を用いて火炎検知を行い、それ以降、特に、改質器５１における転化率が高くなり炭化水素系可燃性物質含有量が少ないガスがバーナ５０に供給される燃焼状態では、温度検知部材６で火炎検知を行う。それにより、着火時に瞬時に火炎の形成を検知することができるとともに、炭化水素系可燃性物質含有量が少ないガスが燃料ガスとして供給される燃焼において、正確に火炎状態を検知することができる。
【００９０】
このように、かかる構成によれば、燃料電池発電システム１００の動作時に、バーナに供給される燃料ガスの組成に関わらず、ガス水素発生装置５２において精度良く火炎検知を行うことが可能となる。それゆえ、オフガスや生成ガスを燃料ガスとしてバーナ５０で燃焼させることが可能となり、その結果、オフガスや生成ガスを燃料として利用して、発電効率が高くかつ環境への負荷が小さく、安全性の高い発電システムを実現することが可能となる。
【００９１】
なお、本実施の形態では、本発明に係るバーナを燃料電池発電システムの水素発生装置の加熱に利用する場合について説明したが、本発明に係るバーナは、これ以外に、少なくとも炭素及び水素から構成される化合物から構成される化合物を含む可燃性物質の含有量の少ないガスを燃料ガスとして利用するバーナ、例えば、給湯部材加熱用のバーナ等としても利用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明に係るバーナ、それを備えた水素発生装置及び燃料電池発電システムは、例えば、コージェネレーション装置に利用される燃料電池システム等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施の形態１におけるバーナの構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図１の温度検知部材の配置を示す模式的な部分拡大断面図である。
【図３】図２の温度検知部材の配置を示す模式的な部分拡大平面図である。
【図４】本発明の実施の形態１の変形例におけるバーナの構成を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２におけるバーナの構成を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３におけるバーナの構成を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態４におけるバーナの構成を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態５における燃料電池発電システムの模式的な構成図である。
【図９】実施の形態５の燃料電池発電システムの水素発生装置の運転データを示す図である。
【符号の説明】
【００９４】
１    燃料ディストリビュータ
２    空気噴出部
３    燃焼空間
４    燃料ガス供給装置
５    空気供給装置
６    温度検知部材
７    火炎検知装置
８    燃料ガス噴出孔
９    空気噴出孔
１２  電極
１３  着火回路
１４  切替えスイッチ
１５  支持部材
【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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