(57)【要約】【課題】排気ガスの排気抵抗が機器の温度に依存して変化する燃焼機器において、燃焼機器の温度に係わらず起動の際に確実に点火して良好な燃焼状態を得られる起動方法と燃焼機器を提供する。【課題を解決するための手段】点火処理時の燃焼機器の温度を測定し、燃焼機器に燃焼用空気を供給する送風ファンの回転数を、燃焼機器の温度が高い場合には高く設定し、温度が低い場合には低く設定して燃料と燃焼用空気を供給しつつ点火する。燃焼機器の排気抵抗を考慮して送風ファンの回転数を調整して、点火処理中の燃焼状態を良好に保つ。【選択図】図１
2004198052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスの排気抵抗が機器の温度に依存して変化するとともに送風ファンの回転数を変更することによって燃焼用空気量を調整する燃焼機器の起動方法であり、
点火処理前及び／又は点火処理中の機器の温度を測定する工程と、
点火に必要な流量で燃料を供給する工程と、
送風ファンを回転させて燃焼用空気を供給する工程と、
燃料に点火する工程とを備え、
点火処理中の送風ファンの回転数を、前記温度測定工程で測定される温度が高い場合には高く設定し、低い場合には低く設定することを特徴とする起動方法。
【請求項２】
点火処理中の送風ファンの回転数は、前記温度にかかわらずに、燃料を良好に燃焼させ続けるのに必要な回転数よりも低く設定されており、点火処理の開始から所定時間を経過したとき、点火処理の終了時、または点火の確認時以降に燃料を良好に燃焼させ続けるのに必要な回転数に増速する工程をさらに有することを特徴とする請求項１の起動方法。
【請求項３】
点火処理の開始時、点火処理の開始から所定時間を経過した時、点火処理の終了時、または点火の確認時から、燃料を良好に燃焼させ続けるのに必要な回転数に増速するまでの時間が、前記温度によって増減されることを特徴とする請求項２の起動方法。
【請求項４】
点火処理の開始時、点火処理の開始から所定時間を経過した時、点火処理の終了時、または点火の確認時から、送風ファンの回転数を徐々に増速することを特徴とする請求項３の起動方法。
【請求項５】
排気ガスの排気抵抗が機器の温度に依存して変化するとともに送風ファンの回転数を変更することによって燃焼用空気量を調整する燃焼機器の起動方法であり、
前回の消火時点からの機器の冷却度合を示す指標を測定する工程と、
点火に必要な流量で燃料を供給する工程と、
送風ファンを回転させて燃焼用空気を供給する工程と、
燃料に点火する工程とを備え、
点火処理中の送風ファンの回転数を、前記指標測定工程で測定される冷却指標が小さい場合には高く設定し、大きい場合には低く設定することを特徴とする起動方法。
【請求項６】
燃焼バーナと、燃焼バーナに燃料を供給する装置と、燃焼バーナに燃焼用空気を供給する送風ファンと、送風ファンの回転数を制御する装置と、点火装置と、排気通路と、排気ガスの温度に連動する指標を測定する装置を備えており、排気ガスの排気抵抗が機器の温度に依存して変化し、送風ファンの回転数制御装置が、点火処理中の送風ファンの回転数を、前記指標測定装置で測定される指標が高い温度に相当する場合には高く設定し、低い温度に相当する場合には低く設定することを特徴とする燃焼機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃焼機器に関する。特に、排気ガスの排気抵抗が機器の温度に依存して変化する燃焼機器を確実に点火させて安定的に燃焼させ始める起動技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】通常の燃焼機器では、起動時に、一定流量の燃料と一定流量の燃焼用空気を供給し、その状態で点火火花等によって燃料に点火する。燃料量に対して燃焼用空気量が少ない燃料リッチな状態で燃焼が行われると、不完全燃焼となってススや窒素酸化物などの有害物質が発生し、燃焼機器と周辺環境に悪影響を及ぼす。一方、燃料量に対して燃焼用空気量が多い空気リッチな状態で燃焼が行われると、燃焼位置（炎の位置）が所定の位置よりも上方にリフトする現象が生じやすく、炎の状態が不安定となって最悪の場合は失火してしまう。確実かつ良好に点火するためには燃料量と燃焼用空気量の比率を適値に調整する必要がある。
【０００３】
燃焼機器の中には、排気ガスが排気通路を経て排気される形式のものがあり、排気通路の排気抵抗が機器の温度に依存して変化するものが存在する。例えば、炭化水素系物質から水素ガスを生成する改質器を加熱する燃焼機器は、高温の排気ガスを利用して改質器を加熱することから、改質器を加熱しないで排気される排気ガス量を減らす必要があり、排気通路が狭く設定されている。この場合、改質器の温度によって排気ガスの温度が大きく変化する。改質器が冷えていると排気ガスは良く冷却されて排気されるのに対し、改質器が高温であれば排気ガスの温度が高い。燃焼温度が１０００℃を上回る程度であるのに対し、改質器温度は室温から７００℃付近まで大きく変化するために、排気ガスの温度は改質器温度によって大きく変化する。
排気ガスの温度が高温であれば単位体積あたりの質量は低い。このために、排気通路を通過する排気ガスの流量（単位時間あたりの体積）が同じであれば、排気ガスの温度が高いほど、単位時間あたりに排気される排気ガスの質量は小さくなる。送風ファンを回転させて燃焼用空気を供給する場合、排気ガスの質量に見合った質量の燃焼用空気が供給される。排気ガス温度が高温であって単位時間あたりの排気ガス質量が小さければ、供給される燃焼用空気の質量も小さい。排気ガス温度が低温であって単位時間あたりの排気ガス質量が大きければ、供給される燃焼用空気の質量も大きい。即ち、同一の回転数で送風ファンを回転させていても、排気ガス温度が高ければ燃焼用空気の供給量は減少し、排気ガス温度が低ければ燃焼用空気の供給量は増大する。換言すれば、排気ガス温度が高ければ排気抵抗が増大して燃焼用空気の供給量は減少し、排気ガス温度が低ければ排気抵抗が低下して燃焼用空気の供給量は増大する。排気ガスで加熱する機器の温度が高ければ排気抵抗が高く、機器の温度が低ければ排気抵抗が低い。
【０００４】
通常の点火時には機器の温度が低く、排気通路の排気抵抗が低い。そこで通常の燃焼機器では、低い排気抵抗を前提として、点火処理時に供給する燃料量と送風ファンの回転数を設定している。排気抵抗が低い場合には、設定された燃料量を供給しながら設定されたファン回転数で送風ファンを回転させると、点火に適した燃料量と燃焼用空気量の関係が得られるように設定している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前回の消火時点からあまり時間が経過していないうちに再度点火することがしばしば必要とされる。この場合、点火処理時に供給する燃料量と送風ファンの回転数を予め設定されているものに調整すると、機器の温度が高くて排気ガスの排気抵抗が高いことから、十分な量の燃焼用空気を供給することができず、点火時に必要な燃料量と空気量の比率が得られない。十分な量の燃焼用空気が得られず、相対的に燃料リッチな状態となってしまう。燃料リッチな状態で点火すると、点火しなかったり、不完全燃焼してススが発生したりする。ススが発生すると、発生したススが排気通路に付着して排気抵抗を変えてしまい、それがまた不完全燃焼をもたらすという悪循環が始まりやすい。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、排気ガスの排気抵抗が機器の温度に依存して変化する燃焼機器において、排気抵抗の変化に応じて送風ファンの回転数を調整し、点火時の燃焼機器の温度に係わらず、常に安定して点火時に必要な燃料量と燃焼用空気量の比が得られる起動方法と燃焼機器を提供する。
【０００７】
燃料を良好に燃焼させ続けるのに必要な送風ファンの回転数は、点火時には高すぎることが多い。点火時には相対的に燃料リッチな状態で静かに燃焼させ始め、点火完了後に燃焼用空気量を増大させ、燃料を良好に燃焼させ続けるのに必要な送風ファンの回転数にまで増速することが好ましい。
点火時の送風ファンの回転数を一時的に減少させ、点火完了後に送風ファンの回転数を増速する技術が特許文献１に記載されている。この技術では、点火時の送風ファンの回転数を一様に減少させるものであり、点火時の燃焼機器の温度を考慮しない。点火時の機器の温度が高いと排気抵抗が高く、ファン回転数が同じであれば、供給される燃焼用空気量が減少してしまうという事象を意識すらしていない。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０８−２６１４４５号公報
【０００９】
【課題を解決するための手段と作用】請求項１の発明は、排気ガスの排気抵抗が機器の温度に依存して変化するとともに送風ファンの回転数を変更することによって燃焼用空気量を調整する燃焼機器を起動する方法に関する。
この方法は、点火処理前及び／又は点火処理中の機器の温度を測定する工程と、点火処理に必要な流量で燃料を供給する工程と、送風ファンを回転させて燃焼用空気を供給する工程と、燃料に点火する工程とを備えている。
本方法では、点火処理中の送風ファンの回転数を、温度測定工程で測定される温度が高い場合には高く設定し、低い場合には低く設定する。
【００１０】
本起動方法では、点火処理前及び／又は点火処理中の機器の温度を測定する。測定される温度が高い場合には、排気抵抗が高い。排気抵抗が高い場合には、送風ファンが回転数が同一であるかぎり、排気抵抗が低い場合に比較し、供給される燃焼用空気量が減少してしまう。本方法では、それを避けるために、測定される温度が高い場合には、送風ファンの回転数を高くする。送風ファンの回転数を高くすると、排気抵抗が高くても、点火に適した燃焼用空気量が供給される。
本起動方法によると、排気抵抗が高い場合には送風ファンの回転数が高められ、排気抵抗が低い場合には送風ファンの回転数が低められ、結果として、排気抵抗の変化にかかわらず、常に点火に適した燃料量と燃焼用空気量の比率が得られる。
【００１１】
前記したように、点火時には相対的に燃料リッチな状態で燃焼させ始め、点火後に相対的に燃焼用空気量を増大させ、燃料を良好に燃焼させ続けるのに必要な送風ファンの回転数まで増速していくことが好ましい。
この場合、点火時の送風ファン回転数は、燃焼継続時の送風ファン回転数よりも低くされる。点火時の送風ファン回転数は、点火時の機器温度に対応して増減調整する必要があるところ、機器温度に係わらず、点火時の送風ファン回転数は燃焼継続時の送風ファン回転数よりも低くされる。換言すれば、点火時の送風ファン回転数は燃焼継続時の送風ファン回転数よりも低くされる必要があり、その低下幅を機器温度に応じて変化させることが望ましいのである。
そこで請求項１の方法で点火した後に、燃焼継続時の送風ファン回転数に増速することが好ましい。このために、請求項２の方法が創作された。
【００１２】
請求項２の方法では、点火処理中の送風ファンの回転数は、機器温度にかかわらずに、燃料を良好に燃焼させ続けるのに必要な回転数よりも低く設定されている。そこで、点火処理の開始から所定時間を経過した時、点火処理の終了時、または点火の確認時以降に燃料を良好に燃焼させ続けるのに必要な回転数に増速する工程をさらに有する。
ここで増速する態様には各種の態様が存在し、徐々に連続的に増速する態様、多段階で不連続的に増速する方法、階段状に大きく増速する態様等がとりえる。増速タイミングは、点火処理の開始から所定時間を経過した時、点火処理の終了時、または点火の確認時のいずれかにすることができ、点火終了後に速やかに増速することが好ましい。
【００１３】
送風ファン回転数を連続的に増速する場合、あるいは多段階で増速する場合には、点火処理の開始時、点火処理の開始から所定時間を経過した時、点火処理の終了時、または点火の確認時から、燃料を良好に燃焼させ続けるのに必要な回転数に増速するまでの時間が、前記温度によって増減されることが好ましい（請求項３）。
点火後に燃焼機器が暖まり、排気抵抗が通常の燃焼時と同等になった後は、これに対応して送風ファンの回転数を通常の燃焼時に燃料を良好に燃焼させ続けるのに適した回転数に増速することが望ましいが、排気抵抗が通常の燃焼時と同等になるまでに必要な時間は、燃焼機器の温度によって異なる。そこで、測定された燃焼機器の温度に基づいて送風ファンの回転数を増速するまでに要する時間を増減することによって、燃焼機器の温度に係わらずに、常に安定して良好に点火させてから安定燃焼状態に至らせることができる。
増速の開始から終了までに時間をかけて増速する場合には、点火処理の開始と同時に増速開始させてもよいし、所定タイミングになってから増速開始させてもよい。
【００１４】
請求項４に示されるように、点火処理の開始時、点火処理の開始から所定時間を経過した時、点火処理の終了時、または点火の確認時から、送風ファンの回転数を徐々に増速することが好ましい。回転数を徐々に増速することで、回転数の変更中に於いても常に安定した燃焼状態を得ることができる。
【００１５】
請求項５の発明は、排気ガスの排気抵抗が機器の温度に依存して変化するとともに送風ファンの回転数を変更することによって燃焼用空気量を調整する燃焼機器を起動する他の方法に関する。
この方法は、前回の消火時点からの機器の冷却度合を示す指標を測定する工程と、点火処理に必要な流量で燃料を供給する工程と、送風ファンを回転させて燃焼用空気を供給する工程と、燃料に点火する工程とを備えている。
本方法では、点火処理中の送風ファンの回転数を、前記指標測定工程で測定される冷却指標が小さい場合には高く設定し、大きい場合には低く設定する。
前回の消火時点からの機器の冷却度合を示す指標には各種の指標を採用することができるが、典型的には、前回の消火時点からの経過時間、又は前回の消火時点から所定温度と環境温度の差を累積した累積温度等を用いることができる。累積温度を用いると、経過時間のみならず、環境温度が高温であったのか低温であったのかを取り込むことができる。低温環境に長時間さらされれば大きな冷却指標が得られ、経過時間が短かかったり、経過時間が長時間であっても高温環境下であれば小さな冷却指標が得られる。累積温度は、時間×温度の次元で測定される。
【００１６】
本発明の起動方法では、機器の冷却度合を示す指標を用い、機器の冷却が不十分で機器温度が高いと想定される場合には、送風ファンの回転数を高くする。送風ファンの回転数を高くすると、排気抵抗が高くても、点火に適した燃焼用空気量が供給される。
本起動方法によると、排気抵抗が高いと想定される場合には送風ファンの回転数が高められ、排気抵抗が低いと想定される場合には送風ファンの回転数が低められ、結果として、排気抵抗の変化にかかわらず、常に点火に適した燃料量と燃焼用空気量の比率が得られる。
【００１７】
請求項６の発明は起動性が改良された燃焼機器に関しており、以下の構成を備えている。即ち、燃焼バーナと、燃焼バーナに燃料を供給する装置と、燃焼バーナに燃焼用空気を供給する送風ファンと、送風ファンの回転数を制御する装置と、点火装置と、排気通路と、排気通路の温度に連動する指標を測定する装置を備えている。排気通路の排気抵抗は機器の温度に依存して変化する。そして送風ファンの回転数制御装置が、点火処理中の送風ファンの回転数を、指標測定装置で測定される指標が高い温度に相当する場合には高く設定し、低い温度に相当する場合には低く設定する。
【００１８】
本燃焼機器は、排気通路の温度に連動する指標を測定する装置を有する。排気通路の排気抵抗は機器温度が高い場合に高く、機器温度が低い場合に低く、温度に依存して変化する。排気通路の温度に連動する指標が高い温度に相当するときには、送風ファンの回転数を高く設定して送風する。排気通路の温度に連動する指標が低い温度に相当するときには、送風ファンの回転数を低くして送風する。この場合、排気通路の排気抵抗が温度に依存して変化することが補償され、排気抵抗の変化にかかわらず、常に点火に適した燃料量と燃焼用空気量の比率が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下に説明する実施例の主要な特徴を次に列記する。
（形態１）排気通路の温度に連動する指標を測定する装置は、点火処理前から点火処理中の排気通路の温度を継続して測定する温度センサである。
（形態２）排気通路の温度に連動する指標を測定する装置は、燃焼機器が加熱する対象物の外壁の温度を測定する温度センサである。
（形態３）排気通路の温度に連動する指標を測定する装置は、前回消火時点からの経過時間を記憶するタイマーである。
（形態４）送風ファンの回転数制御装置は、温度センサで検出した温度と送風ファン回転数の関係を記憶しており、検出される温度に基づいて送風ファン回転数を変化させる。
（形態５）送風ファンの回転数制御装置は、経過時間に対応する送風ファン回転数の変化パターンを複数パターン記憶しており、温度センサで検出した温度に対応して変化パターンを選択し、送風ファン回転数を制御する。
（形態６）送風ファンの回転数制御装置は、経過時間に対応する送風ファン回転数の変化パターンを複数パターン記憶しており、前回消火時点からの経過時間に対応して変化パターンを選択し、送風ファン回転数を制御する。
【００２０】
【実施例】本発明を燃料電池式発電システムの改質器を加熱する燃焼機器に適用した実施例を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
（第一実施例）  図１は、第一実施例に係わる改質器と燃焼機器を模式的に示している。
改質器１４は、触媒によって炭化水素系ガスと水蒸気を反応させて水素ガスを生成する。生成された水素ガスは燃料電池の燃料となる。触媒の効果を効率的に得るためには、触媒の種類によって多少変動はあるものの、触媒温度を約６００℃から８００℃前後の高温に保つ必要がある。炭化水素系ガスと水蒸気を反応させて水素ガスを生成する反応は吸熱反応であるので、触媒温度を約６００℃から８００℃前後に保つためには、燃焼機器２０で改質器１４を加熱しつづける必要がある。
改質器１４の入口４から炭化水素系ガス２が改質器１４に供給される。蒸発器１６の入口８から水６が供給される。蒸発器１６で蒸発した水蒸気１８は改質器１４に送り込まれる。改質器１４に送り込まれた炭化水素系ガスと水蒸気は触媒によって反応して水素ガスを生成する。生成された水素ガス３６が出口３４から燃料電池に送り出される。
改質器１４と蒸発器１６は、燃焼機器２０で発生する輻射熱と高温の排気ガスの熱で加熱される。本実施例の燃焼機器２０は、燃焼バーナ２２と、燃焼バーナ２２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１０と、燃焼バーナ２２に燃焼用空気を供給する送風ファン２４と、送風ファン２４の回転数制御装置２６と、点火装置２８と、排気ガスの温度に依存して排気抵抗が変化する排気通路４０と、排気通路４０の温度を測定する温度センサ３８から成る。温度センサ３８は回転数制御装置２６に接続されており、点火処理前と点火処理中の排気通路４０の温度を回転数制御装置２６に送る。回転数制御装置２６は、排気通路４０の温度に基づいて、送風ファン２４の回転数を変更することができる。回転数制御装置２６は、点火装置２８を制御して点火火花を発生させる。燃料電池で消費されなかった水素ガス３２はオフガス戻り通路３０からバーナ２２に戻されて燃料ガスとされる。後記する起動時には、オフガスは戻されない。
【００２１】
図２に、燃焼機器２０が燃焼を開始し始めてからの経過時間に対して、燃料ガス供給量（グラフＡ）と送風ファン回転数（グラフＢ）と改質器１４の温度（グラフＣ）が変化する様子を示す。失火や爆発を防ぐために、点火モードでは、燃料ガス供給量（単位時間あたりの供給量であり、流量に相当する）が少量に制限される。点火モードでは、点火装置２８が火花を発生し、発生した火花によって燃料ガスが点火する。点火処理が終了すると、燃料ガスの供給量が急激に増やされて大きな燃焼熱が発生し、改質器１４が急速に加熱される。改質器１４が加熱されるにつれて燃料ガス供給量が制限され、改質器１４の加熱速度が緩やかとなる。改質器１４は所定温度で平衡する。平衡温度は、約６００℃から８００℃前後であり、触媒が効率的に機能する温度である。
点火処理開始直後の燃料ガス供給量が制限されている期間を、点火モードと称する。点火モードで確実に点火するためには、ガスバーナ２２に供給される燃料ガスの流量に対して燃焼用空気の流量が、点火に好適な比率に調整されている必要がある。
【００２２】
図３は点火モードでの送風ファン回転数を示し、横軸は点火処理の開始時からの経過時間を示している。図３に示す標準回転数は、点火モードで供給される量の燃料ガスを良好に燃焼させ続けるのに最適な送風ファン２４に回転数を示す。燃料ガスを確実に点火させるには、継続的に燃焼しつづける場合よりもガスリッチな状態で点火させるのが好ましい。経験的にガスリッチな状態で点火した方が確実に点火することが確認されている。
そこで本実施例では、点火処理の開始時には送風ファンの回転数を標準回転数よりも下げてガスリッチな状態を作り出す。
【００２３】
点火モードにおける燃料ガス流量に対する燃焼用空気流量の割合を適値に制御するためには、排気通路４０の排気抵抗を考慮する必要がある。排気ガスの温度が高いと単位体積あたりの質量が低下するために、排気通路４０が高温のときには排気抵抗が高く、低温のときには排気抵抗が低い。送風ファン２４の回転数が一定に維持されていても、排気通路４０が高温で排気抵抗が高い場合には燃焼用空気の供給量は少なくなり、排気通路４０が低温で排気抵抗が低い場合には燃焼用空気の供給量は多くなる。この影響を排除し、排気抵抗の高低に抗して燃焼用空気の供給量を一定に調整するためには、排気通路４０が高温で排気抵抗が高い場合には送風ファン２４の回転を高くし、排気通路４０が低温で排気抵抗が低い場合には送風ファン２４の回転を低くしなければならない。
【００２４】
図３のＢ１、Ｂ２に、点火処理開始時からの経過時間に対する送風ファン２４の回転数の関係を示す。点火モードでは燃料供給流量は一定に維持されている。
図３のファン回転数は次のルールで決定されている。
（１）点火処理の開始時には、ファン回転数を標準回転数Ｂ３よりも下げてガスリッチな状態として確実に点火させる。
（２）点火処理の開始後にファン回転数を増大させて標準回転数に増速する。
（３）改質器が完全に冷却されてから再点火する、いわゆるコールドスタートの場合、排気通路の排気抵抗が低いために、送風ファンの回転数が低くても点火に必要な燃焼空気を供給することができる。このために（４）で後記するホットスタートでの送風ファン回転数よりも低くする。これがグラフＢ２に示される。
（４）改質器が冷却されておらずにまだ高温にある間に再点火する、いわゆるホットスタートの場合、排気通路の排気抵抗が高いために、点火に必要な燃焼空気を供給するためには送風ファンの回転数を高める必要がある。このために（３）で前記したコールドスタートでの送風ファン回転数よりも高くする。これがグラフＢ１に示されている。
点火モードでは点火装置２８が点火火花を発生させて燃料ガスに点火する。
【００２５】
点火処理中も温度センサ３８によって排気通路４０の温度を一定時間毎に測定する。回転数制御装置２６が、温度センサ３８の測定温度と点火からの経過時間に基づいて送風ファン２４の回転数を制御し、燃焼用空気を供給する。安定して燃焼し続けることで、燃焼機器２０と排気通路４０が昇温して通常の燃焼中と同等となるときに、送風ファン２４の回転数は燃料を良好に燃焼させ続ける燃焼用空気量が供給されるように設定されている（図３では、この回転数を標準回転数Ｂ３として表示している）。点火モードが完了すると、以後は燃料ガスと燃焼用空気の流量が急激に増やされて改質器１４が加熱される。
【００２６】
本実施例の燃焼機器２０の起動方法によると、点火処理前及び点火処理中に排気通路４０の温度を測定し、排気通路４０の排気抵抗と点火処理開始時からの経過時間の双方を考慮して、回転数制御装置２６が送風ファン２４の回転数を制御することにより、燃焼機器２０の起動時の温度に係わらず確実にバーナに点火して安定した燃焼状態に移行することができる。
【００２７】
（第２実施例）  この実施例では、改質器１４の外壁に温度センサを設ける。改質器１４の外壁の温度は排気通路４０の温度に連動して変動することから、改質器１４の外壁の温度を測定することによって排気通路４０の温度を間接的に測定することができる。改質器１４の触媒の温度も排気通路４０の温度に連動して変動することから、排気通路４０の温度を間接的に測定する温度センサを改質器１４の内部に設けてもよい。
【００２８】
第２実施例の回転数制御装置２６は、図４に示すように、点火モード中の送風ファン回転数を点火処理の開始時からの経過時間に応じて変化させていく変化パターンを記憶している。変化パターンは、点火処理の開始時の改質器１４の外壁温度に応じて複数のパターンが記憶されている。
図４では、点火処理前に検出された３つの異なる温度領域Ａ，温度領域Ｂ，温度領域Ｃに対応する送風ファン２４の回転数の変化パターンを示している。図中の温度領域Ａは３つの中で最も高温であり、燃料電池式発電システムが停止した直後に再び発電を開始するホットスタートの場合の温度範囲を示している。温度領域Ｃは、燃料電池式発電システムが完全に冷却した状態で発電を開始するいわゆるコールドスタートの場合に検出される温度範囲を示している。温度領域Ｂは、温度領域Ａと温度領域Ｃの中間の温度領域であり、ミディアムホットスタートの場合の温度範囲を示している。
【００２９】
ホットスタートでは、点火処理開始時における送風ファン回転数Ａ１の標準回転数（燃料を良好に燃焼させ続けるのに必要な回転数）からの低下幅が小さく、短時間で標準回転数にまで増速される。コールドスタートでは、点火処理開始時における送風ファン回転数Ｃ１の標準回転数からの低下幅が大きく、長時間かけて標準回転数にまで増速される。いずれの場合でも、点火処理の開始直後から一定の時間は一定の回転数に維持される。この時間は、その間に着火するであろう時間に設定されている。ホットスタートでは標準回転数よりも小さく減速され、コールドスタートでは標準回転数よりも大きく減速されて点火処理されるが、ホットスタートでは排気抵抗が大きく、コールドスタートでは排気抵抗が小さいために、ホットスタートでもコールドスタートでも燃焼機器２０に供給される燃焼用空気量は変わらず、ともに、確実かつ良好に点火するために必要な燃料量と燃焼用空気量の比率に調整される。
送風ファン２４の回転数が標準回転数に増速するまでの時間は、温度領域Ｃの場合が最も長く、ついで温度領域Ｂ、温度領域Ａの順に短く設定されている。送風ファン２４の回転数は徐々に増速されており、回転数の変更中も常に良好な燃焼状態を得ることができる。
【００３０】
本実施例の回転数制御装置２４は、点火モード中の送風ファン回転数を、点火処理の開始時からの経過時間に応じて変化させていく変化パターンを記憶している。変化パターンは、点火処理の開始時の改質器１４の外壁温度に応じて複数のパターンが記憶されている。送風ファン２４の回転数は、点火処理の開始から一定時間は、点火時の状態で一定に保たれ、その後徐々に標準回転数まで増速される。標準回転数まで増速する時間は、点火処理前に測定された改質器１４の側壁温度が高い場合には短く、低い場合には長く設定されている。このように、送風ファン２４の回転数を、回転数記憶装置２４が記憶している変化パターンに基づいて制御することにより、温度センサ３８の温度測定を点火処理前の１回のみ行う場合でも、燃焼機器２０の温度状態に広く対応して点火の処理中も常に良好な燃焼状態を得ることができる。
【００３１】
本実施例の燃焼機器２０の構成は、様々な発電能力を有する燃料電池式発電システムに適用可能であるが、点火モードにおける燃料ガスの供給量と通常の改質器加熱時の燃料ガスの供給量との差が比較的大きくて発電容量も大きい燃料電池式発電システムに適用した場合と、比較的小型で燃料ガスの消費量も少ない燃料電池式発電システムに適用した場合とで、点火モードにおける燃料ガスと燃焼用空気の供給の割合を変えることで、より安定的に点火して燃焼を継続させることが可能である。即ち、比較的大型の燃料電池式発電システムに適用した場合には、点火処理開始時の燃料ガスに対する燃焼用空気量の供給割合を小型の燃料電池式発電システムに適用した場合よりも少なくし、見かけ上は更にガスリッチ状態とすることで、安定した点火を行うことができる。
【００３２】
（第３実施例）  本実施例に係わる燃料電池式発電システムの燃焼機器では、ホットスタートとコールドスタートを区別するための温度センサを利用しない。代わりに、前回消火時点からの経過時間を計時するタイマーを備えている。
【００３３】
回転数制御装置２４は、図６に示すように、前回消火時点からの経過時間に応じて燃焼機器の温度が低下していくパターンを記憶している。この冷却パターンを記憶していることから、前回消火した時点からの経過時間に基づいて再点火時の燃焼機器温度を推定することができる。また、回転数制御装置２４は、図５に示すように、点火モード中の送風ファン回転数を点火処理の開始時からの経過時間に応じて変化させていく変化パターンを記憶している。変化パターンは、前回消火した時点からの経過時間から推定される機器温度によって、複数のパターンが記憶されている。
【００３４】
図５に示すように、点火処理前の燃焼機器２０の推定温度が、温度領域Ｄ，温度領域Ｅ，温度領域Ｆである場合のそれぞれについて、点火モード中の送風ファン回転数を点火処理の開始時からの経過時間に応じて変化させていく変化パターンが記憶されている。温度領域Ｄが最も高温であり、ついで温度領域Ｅが高温である。温度領域Ｆは、燃料電池式発電システムが前回停止してから長時間が経過し、完全に冷却した状態のときの温度範囲を示している。
ホットスタートと推定される場合には、点火処理開始時における送風ファン回転数を、標準回転数（燃料を良好に燃焼させ続けるのに必要な回転数）から小さく低下させ、短時間で標準回転数にまで増速する。コールドスタートと推定される場合には、点火処理開始時における送風ファン回転数を、標準回転数から大きく低下させ、長時間かけて標準回転数にまで増速する。ホットスタートでは標準回転数よりも小さく減速され、コールドスタートでは標準回転数よりも大きく減速されて点火処理されるが、ホットスタートでは排気抵抗が大きく、コールドスタートでは排気抵抗が小さいために、ホットスタートでもコールドスタートでも燃焼機器２０に供給される燃焼空気量は変わらず、ともに、確実かつ良好に点火するために必要な燃料量と燃焼用空気量の比率に調整される。
送風ファン２４の回転数が標準回転数に増速するまでの時間は、温度領域Ｆの場合が最も長く、ついで温度領域Ｅ、温度領域Ｄの順に短く設定されている。送風ファン２４の回転数は徐々に増速されており、回転数の変更中も常に良好な燃焼状態を得ることができる。
【００３５】
本実施例の回転数制御装置２８は、前回消火時点からの経過時間と燃焼機器２０の温度との関係をデータとして記憶している。タイマーによって測定された前回消火時点からの経過時間を受け取り、経過時間と燃焼機器２０の温度との関係のデータを用いることで、再点火処理時の燃焼機器２０の温度を精度よく推定することができる。さらに回転制御装置２６は、推定された温度に基づいて、予め記憶している送風ファン２４の回転数の変化パターンから最適の変化パターンを選択して送風ファン２４の回転数を制御する。これにより燃焼機器２０の起動時の温度に係わらず確実にバーナに点火して安定した燃焼状態に移行することができる。
本実施例では経過時間から温度を推定し、推定温度によって送風ファンの回転数の変化パターンを選択しているが、経過時間から直接的に変化パターンを選択するようにしてもよい。
経過時間に代えて累積温度を用いることもでき、この場合にも、冷却の程度を示す累積温度から直接的に送風ファンの回転数を決めてもよいし、累積温度から機器温度を推定し、推定温度に基づいて送風ファンの回転数を決定してもよい。
【００３６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、実施例の燃焼機器では、排気通路の温度に連動する指標を測定する装置として燃焼機器の周辺温度を測定する温度センサや、前回停止時点からの経過時間を測定するタイマーを例示したが、複数の間隔で点火と消火を繰り返す燃焼機器に於いては、繰り返しの間隔時間と排気通路の温度を記憶しておき、排気通路の温度に基づいて点火処理時の送風ファンの回転数を制御してもよい。又、実施例では、点火モードにおける燃料ガスの供給量は一定となっているが、燃料ガスの供給量を点火と共に増加させ、燃焼用空気の供給量を燃料ガスの供給量に追従して増やすことも可能である。送風ファンの回転数は、燃料を良好に燃焼させる範囲で、速度を変化させる回数や増速の割合を変更することができる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。
【００３７】
【発明の効果】以上のように、本願発明の燃焼機器の起動方法と燃焼機器によると、燃焼用空気を供給する送風ファンの回転数を、排気通路の排気抵抗を考慮して決定する。即ち、点火処理時には送風ファンの回転数を通常の燃焼状態よりも低くなるように設定するにあたって、燃焼機器の温度が高く排気抵抗が高い場合には送風ファンの回転数を小さく低下させて相対的に高く設定し、燃焼機器の温度が低く排気抵抗が低い場合には送風ファンの回転数を大きく低下させて相対的に低く設定する。点火が確実に行われた後に、送風ファンの回転数を良好な燃焼が持続される回転数まで増速する。これにより、起動時の燃焼機器の温度に係わらず、確実に点火し、良好な燃焼状態に移行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の燃焼機器の構成を模式的に示す図。
【図２】実施例１の燃焼機器点火時の燃料ガス供給量と時間との関係、及びこのときの改質器の温度と時間との関係を模式的に示す図。
【図３】実施例１の点火時の送風ファンの回転数と時間との関係を示す図。
【図４】実施例２の点火時の送風ファンの回転数と時間との関係を示す図。
【図５】実施例３の点火時の送風ファンの回転数と時間との関係を示す図。
【図６】実施例３の前回消火時点からの経過時間と燃焼機器の温度との関係を示す図。
【符号の説明】
１０：燃料供給装置
１４：改質器
１６：蒸発器
２０：燃焼機器
２２：ガスバーナ
２４：送風ファン
２６：回転数制御装置
２８：点火装置
３８：温度センサ
４０：排気通路
【図１】
2004198052.tif 000003
【図２】
2004198052.tif 000004
【図３】
2004198052.tif 000005
【図４】
2004198052.tif 000006
【図５】
2004198052.tif 000007
【図６】
2004198052.tif 000008