(57)【要約】【課題】  簡単な構造で、燃焼器の異常を確実に検出することができる燃焼器の異常検知システムを提供する。【解決手段】  アノードオフガス５及びカソードオフガス３を燃焼させる燃焼器１に設けられ、該燃焼器１の異常を検出する燃焼器の異常検知システムにおいて、前記オフガス３，５のガス流れに沿って、第１の燃焼触媒１３、第１温度計２３、第２の燃焼触媒１５、及び第２温度計２５をこれらの順に従って前記燃焼器１の内部に配置すると共に、前記第２温度計２５の検出温度範囲を、第１温度計２３の検出温度範囲よりも高温側に設定している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池から排出されるアノードオフガス及びカソードオフガスを燃焼させる燃焼器に設けられ、該燃焼器の異常を検出する燃焼器の異常検知システムにおいて、
前記オフガスのガス流れに沿って、第１の燃焼触媒、第１の温度検知手段、第２の燃焼触媒、及び第２の温度検知手段をこれらの順に従って前記燃焼器に配置すると共に、前記第２の温度検知手段の検出温度範囲を、第１の温度検知手段の検出温度範囲よりも高温側に設定したことを特徴とする燃焼器の異常検知システム。
【請求項２】
前記第１の燃焼触媒及び第２の燃焼触媒が正常に燃焼したときの第１の温度検知手段及び第２の温度検知手段が示す適正温度域を算出し、
前記第１の温度検知手段による測定値が適正温度域を超え、かつ、前記第２の温度検知手段による測定値が適正温度域を超える場合には、第１の燃焼触媒及び第２の燃焼触媒の異常高温燃焼であると判断することを特徴とする請求項１に記載の燃焼器の異常検知システム。
【請求項３】
前記第１の温度検知手段による測定値が適正温度域未満で、かつ、前記第２の温度検知手段による測定値が適正温度域未満の場合には、第１の燃焼触媒及び第２の燃焼触媒の両方の異常低温燃焼であると判断することを特徴とする請求項２に記載の燃焼器の異常検知システム。
【請求項４】
前記第１の温度検知手段による測定値が適正温度域未満で、かつ、前記第２の温度検知手段による測定値が適正温度域の範囲内又は適正温度域を超える場合には、第１の燃焼触媒の異常低温燃焼であると判断することを特徴とする請求項２に記載の燃焼器の異常検知システム。
【請求項５】
前記第１の温度検知手段による測定値が適正温度域を超え、かつ、前記第２の温度検知手段による測定値が適正温度域を超えない場合には、第１の温度検知手段の異常であると判断することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の燃焼器の異常検知システム。
【請求項６】
前記第１の温度検知手段による測定値が適正温度域の範囲内で、かつ、前記第２の温度検知手段による測定値が適正温度域未満の場合には、第２の燃焼触媒の異常低温燃焼であると判断することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の燃焼器の異常検知システム。
【請求項７】
前記第１の温度検知手段による測定値が適正温度域の範囲内で、かつ、前記第２の温度検知手段による測定値が適正温度域を超える場合には、第２の温度検出手段の異常であると判断することを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の燃焼器の異常検知システム。
【請求項８】
前記第１の燃焼触媒におけるセル密度を、第２の燃焼触媒におけるセル密度よりも小さく設定したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃焼器の異常検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼器の異常検知システムに関し、更に詳しくは、燃料電池システム内に配設された燃焼器の燃焼異常等を検出する異常検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池では、アノードに燃料ガスである水素ガスを供給し、カソードに酸化ガスである空気を供給し、これらの水素ガス及び空気で酸化還元反応を起こし、得られた化学エネルギーを直接電気エネルギーとして抽出する。
【０００３】
また、アノード側から排出されるアノードオフガス中には水素が含有されており、アノードオフガスをそのまま外気に排出すると環境に悪影響を及ぼすおそれがある。このため、アノードオフガスを燃焼させてから外気に排出するべく、アノードオフガス及びカソードオフガスを混合させて燃焼させる燃焼器が配設されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平２−５３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の技術においては、燃焼器における燃焼触媒の劣化や異常燃焼、及び温度センサ自体の故障等を検知することが困難であるため、燃焼器が正常に作動しているか否かが確認することが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、簡単な構造で、燃焼器の異常を確実に検出することができる燃焼器の異常検知システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明に係る燃焼器の異常検知システムは、燃料電池から排出されるアノードオフガス及びカソードオフガスを燃焼させる燃焼器に設けられ、該燃焼器の異常を検出する燃焼器の異常検知システムにおいて、前記オフガスのガス流れに沿って、第１の燃焼触媒、第１の温度検知手段、第２の燃焼触媒、及び第２の温度検知手段をこれらの順に従って前記燃焼器内に配置すると共に、前記第２の温度検知手段の検出温度範囲を、第１の温度検知手段の検出温度範囲よりも高温側に設定したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る燃焼器の異常検知システムによれば、前記第２の温度検知手段の検出温度範囲を、第１の温度検知手段の検出温度範囲よりも高温側に設定しているため、第１の温度検知手段及び第２の温度検知手段における検出温度範囲の幅を実質的に狭めることができる。従って、それぞれの燃焼触媒の燃焼温度に対応させた温度域に検出温度範囲を設定しており、計測誤差の少ない正確な温度検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態による燃焼器の異常検知システムを図面に基づき説明する。
【０００９】
図１は、前記異常検知システムを配設した燃焼器の概略を示す断面図である。この燃焼器１は、カソードオフガス３及びアノードオフガス５を導入する導入部７と、該導入部７のガス流れの下流側に配設されたミキシング部９と、電源１１に接続された第１の燃焼触媒１３である電熱触媒と、第１の燃焼触媒１３の下流側に配置された第２の燃焼触媒１５とを備え、ミキシング部９と第１の燃焼触媒１３との間には第１の空間部１７が形成され、第１の燃焼触媒１３と第２の燃焼触媒１５との間には第２の空間部１９が形成され、第２の燃焼触媒１５の下流側には、第３の空間部２１が形成されている。この第２の空間部１９及び第３の空間部２１のガス流れ方向に沿った長さは、例えば、２０ｍｍや３０ｍｍ等が望ましい。さらに、第１の燃焼触媒１３のセル密度（１平方センチメートル当たりのセル数）は第２の燃焼触媒１５のセル密度よりも小さく設定されている。例えば、第１の燃焼触媒１３としてメタル触媒を用い、第２の燃焼触媒１５としてメタル／セラミック触媒を用いた場合、第１の燃焼触媒１３における単位面積あたりのセル密度を３００ＣＰＳＩに設定することができ、第２の燃焼触媒１５における単位面積あたりのセル密度を６００／９００ＣＰＳＩに設定することができる。このように、第２の燃焼触媒１５のセル密度を第１の燃焼触媒１３のセル密度の２倍〜３倍程度に設定することが好ましい。
【００１０】
また、第２の空間部１９及び第３の空間部２１の上部側には、第１の温度検出手段である第１温度計２３、及び第２の温度検出手段である第２温度計２５が設けられている。この第１温度計２３における測定温度域は、第２温度計２５よりも低温側に設定されている。例えば、第１温度計２３における測定温度域は−１００℃〜６００℃の範囲を適用することができ、第２温度計２５における測定温度域は４００℃〜１２００℃の範囲を適用することができる。
【００１１】
次いで、燃焼器１の内部におけるガスの流れについて説明する。
【００１２】
まず、導入部７には、図示しない燃料電池から排出されたカソードオフガス３及びアノードオフガス５が送り込まれ、ミキシング部９において混合され、燃焼用混合ガス３１となる。この燃焼用混合ガス３１は、第１の燃焼触媒１３及び第２の燃焼触媒１５を介して燃焼したのち、燃焼排ガス３３となって燃焼器１から排出される。
【００１３】
次いで、図２を用いて、本実施形態による燃焼器の異常検知システムについて説明する。なお、第１温度計２３にて測定した温度の測定値をＴ１、第２温度計２５にて測定した温度の測定値をＴ２、第１の燃焼触媒１３が正常に燃焼した場合の適正温度はＴα、第２の燃焼触媒１５が正常に燃焼した場合の適正温度はＴβとする。そして、それぞれの燃焼触媒１３，１５における適正温度域は、本実施形態においては、Ｔα±１５％とＴβ±１５％とする。このＴα±１５％とは、Ｔα×０．８５〜Ｔα×１．１５の温度範囲を示すものとする。ただし、この適正温度域は、燃焼器に用いる触媒の種類やオフガスの流量等に応じて適宜変更することができるため、本実施形態では、それらの一例として±１５％に設定している。
【００１４】
まず、燃焼器１が定常燃焼中か否かを判断し（Ｓ１）、定常燃焼中の場合は、第１温度計２３及び第２温度計２５による温度測定を行う。また、通常想定される、第１温度計２３及び第２温度計２５による適正温度Ｔα，Ｔβを算出する（Ｓ２）一方、燃焼器１が定常燃焼中でない場合は、本システムの作動は終了する。
【００１５】
次いで、前記Ｔ１とＴα±１５％を比較し（Ｓ３）、Ｔ１がＴα×０．８５未満の場合は、ステップ４に移る（Ｓ４）。このステップ４においては、前記Ｔ２とＴβ±１５％を比較する。
【００１６】
ここで、Ｔ２がＴβ×０．８５未満の場合、第１の燃焼触媒１３のみならず、第２の燃焼触媒１５も異常低温燃焼をしていると判断する（Ｓ１３）。この場合、両方の燃焼触媒１３，１５が劣化等の異常によって燃焼していない、空気供給量が過大、または燃料供給量の不足などの異常が発生している可能性がある。
【００１７】
また、Ｔ２の測定値がＴβ×０．８５以上の場合は、第１の燃焼触媒１３の異常低温燃焼と判断される（Ｓ５）。即ち、Ｔ２が、Ｔβ×０．８５〜Ｔβ×１．１５、及びＴβ×１．１５を超える場合に、第１の燃焼触媒１３に劣化等が発生しているため、異常低温燃焼をしていると判断する。
【００１８】
さらに、Ｔ１がＴα×１．１５よりも高い場合は、前記Ｔ２とＴβ±１５％を比較する（Ｓ６）。ここで、Ｔ２がＴβ×０．８５未満、及びＴβ×０．８５〜Ｔβ×１．１５の場合は、第１温度計２３の異常と判断する（Ｓ７）。これは、第１の燃焼触媒１３が異常高温燃焼をしている場合は、第２の燃焼触媒１５も同様に、異常高温燃焼をする可能性が高いため、第１の燃焼触媒１３のみが異常高温燃焼をし、第２の燃焼触媒１５が正常な燃焼や異常低温燃焼状態を示すということは、第１温度計２３が故障や経時劣化等によって異常状態になっていることを意味する。
【００１９】
なお、Ｔ２がＴβ×１．１５よりも高い場合は、第１の燃焼触媒１３及び第２の燃焼触媒１５の異常高温燃焼と判断する（Ｓ８）。これは、前述したように、第１の燃焼触媒１３が異常高温燃焼をしている場合は、第２の燃焼触媒１５も同様に、異常高温燃焼をする可能性が高いためである。なお、異常高温燃焼の原因としては、燃料の供給量が過大であること、及び供給する空気量の不足などが挙げられる。
【００２０】
また、Ｔ１がＴα×０．８５〜Ｔα×１．１５の場合は、前記Ｔ２とＴβ±１５％を比較する（Ｓ９）。ここで、Ｔ２がＴβ×０．８５未満の場合は、第２の燃焼触媒１５が劣化等を起こして異常低温燃焼をしていると判断する（Ｓ１０）。これは、第１の燃焼触媒１３が正常燃焼をしている場合は、第２の燃焼触媒１５は、異常高温燃焼をする可能性はほとんどなく、正常燃焼又は異常低温燃焼をするものである。よって、ステップ１０の場合は、第２の燃焼触媒１５のみが、劣化や自己加熱不良等によって異常低温燃焼をしているものと判断する。
【００２１】
Ｔ２がＴβ×１．１５より高い場合は、第２温度計２５の異常と判断する（Ｓ１１）。これは、第１の燃焼触媒１３が正常燃焼をしている場合は、第２の燃焼触媒１５のみが異常高温燃焼をする可能性はほとんどないため、第２温度計２５の異常と判断するものである。
【００２２】
そして、Ｔ２がＴβ×０．８５〜Ｔβ×１．１５の場合は、燃焼器１が正常運転をし、正常な燃焼が行われていると判断し（Ｓ１２）、再度、定常燃焼中か否かを判断する（Ｓ１）。なお、以上の診断結果を、図示しない制御手段に送信して異常処理を行うようにしている。
【００２３】
以下に、本実施形態による作用効果を説明する。
【００２４】
第２温度計２５の検出温度範囲を、第１温度計２３の検出温度範囲よりも高温側に設定し、それぞれの燃焼触媒の燃焼温度に対応させているため、計測誤差の少ない温度検出を行うことができる。
【００２５】
即ち、第１の燃焼触媒１３の下流側に第２の燃焼触媒１５を配置し、第１の燃焼触媒１３の燃焼温度を第１温度計２３で測定すると共に、第２の燃焼触媒１５の燃焼温度を第２温度計２５で測定しているが、第１の燃焼触媒１３における燃焼温度よりも第２の燃焼触媒１５の燃焼温度の方が高くなる。よって、第２温度計２５を高い検出温度範囲に設定することにより、検出温度範囲の幅を実質的に狭め、測定誤差が少なく耐久性が高い温度計となり、また、検出温度範囲の幅を実質的に狭めることにより、温度計のコストを低減させることもできる。なお、第１温度計２３についても、低い検出温度範囲に設定することにより、検出温度範囲の幅を実質的に狭めるため、第２温度計２５と同様の効果を得ることができる。
【００２６】
さらに、各燃焼触媒１３，１５の燃焼温度の検出精度を向上させるには、第１の燃焼触媒１３の下流側に２つの温度計を配置し、第２の燃焼触媒１５の下流側にも２つの温度計を配置する方法も考えられるが、構造が複雑になりコストが上昇する等の問題がある。よって、本実施形態のように、各燃焼触媒１３，１５に対してそれぞれ一つずつの温度計２３，２５を配置することにより、効率的にかつ確実に各燃焼触媒１３，１５の燃焼温度を検出することができる。
【００２７】
また、前記第１の燃焼触媒１３におけるセル密度を、第２の燃焼触媒１５におけるセル密度よりも小さく設定しているため、各燃焼触媒１３，１５における燃焼温度を正確に検出することができる。即ち、燃焼触媒には水分が詰まりやすいため、燃焼触媒において正常な燃焼が起こらずに燃焼温度の検出精度が低下するおそれがある。しかし、本実施形態によれば、第１の燃焼触媒１３のセル密度を大きくして目を粗くしており、第１の燃焼触媒１３から水分を排出しやすくしているため、第１の燃焼触媒１３による燃焼温度を正確に検出することができる。また、第１の燃焼触媒１３により十分に温度が上昇しているため、第２の燃焼触媒１５は、水分の影響を受けずに燃焼を行うことができる。第２の燃焼触媒１５は、通常のセル密度に設定しているため、第１の燃焼触媒１３で処理しきれなかった燃料を第２の燃焼触媒１５で確実に燃焼させることができ、第１の燃焼触媒１３及び第２の燃焼触媒１５の総合的な燃焼効率を低下させることがない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態による異常検知システムを配設した燃焼器を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明に係る異常検知システムの処理流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１…燃焼器
３…カソードオフガス
５…アノードオフガス
１３…第１の燃焼触媒
１５…第２の燃焼触媒
２３…第１温度計（第１の温度検知手段）
２５…第２温度計（第２の温度検知手段
【図１】
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【図２】
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