(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気改質反応を促進する触媒と部分酸化反応を促進する触媒との触媒部を備えた改質器と、
前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有する原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、
前記触媒部に対して、酸素を含有する酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、
前記触媒部内で前記原燃料ガス及び酸化ガスの流れの上流部で進行する反応状態を検出する第１の反応状態検出手段と、
前記触媒部内の触媒全体での反応状態を検出する第２の反応状態検出手段と、
前記第２の反応状態検出手段が検出する前記反応状態に基づいて、前記触媒部に供給する前記原燃料ガスと酸化ガスの供給量とをそれぞれ独立して補正する第１の補正手段と、
前記第１の反応状態検出手段が検出する前記反応状態に基づいて、前記触媒部に供給する前記酸化ガスの供給量及び／又はタイミングを補正する第２の補正手段とを有することを特徴とする改質器制御装置。
【請求項２】
前記第１の反応状態検出手段を複数個所に設置し、かつ該第１の反応状態検出手段による前記反応状態の検出信号のうち前記第２の補正手段に与える検出信号を経時的に切替える検出信号切替手段を有することを特徴とする請求項１に記載の改質器制御装置。
【請求項３】
前記第１の反応状態検出手段は、前記反応状態として温度状態を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の改質器制御装置。
【請求項４】
前記第１の反応状態検出手段は、前記触媒部の最高温度発生個所の反応状態を検出することを特徴とする請求項３に記載の改質器制御装置。
【請求項５】
前記第１の反応状態検出手段として温度状態を検出する手段を複数個所に設置し、かつ該第１の反応状態検出手段が出力する検出温度のうち最も高い温度を選択する最高温度選択手段を有し、前記第２の補正手段は該最高温度選択手段の出力を用いることを特徴とする請求項１に記載の改質器制御装置。
【請求項６】
前記第２の反応状態検出手段は、前記反応状態として温度状態を検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の改質器制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電システムにおける改質器制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料電池発電システムにおける改質器制御装置として、特開平１１−９２１０２号公報に記載のようなものがある。この従来の改質器制御装置において、燃料改質器は空気を酸化ガスとして用い、メタノールを水蒸気改質反応又は部分酸化反応させて水素リッチな改質ガスを生成し、これを燃料電池の燃料ガスとして出力する。
【０００３】
以下に、メタノールを水蒸気改質する反応を表わす化学反応式を示す。
【０００４】
【化１】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋３Ｈ2−４９．５（KJ/mol）     （１）
上記（１）式に示すように、水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、改質反応を進行させるためには熱エネルギを供給する必要がある。この熱エネルギを供給するために、発熱反応である部分酸化反応を行わせ、この部分酸化反応で生じる熱を利用して水蒸気改質反応を進行させる方法を用いている。以下に、メタノールの部分酸化反応を表わす化学反応式を示す。
【０００５】
【化２】
ＣＨ3ＯＨ＋1/2Ｏ2 → ＣＯ2＋２Ｈ2＋１８９．５（KJ/mol）  （２）
上記（２）式に示すように、部分酸化反応は発熱反応である。
【０００６】
しかしながら、水蒸気改質反応よりも部分酸化反応の方が反応速度が速い。このため、燃料改質器に対してメタノールや水蒸気と共に酸化ガスを供給し、部分酸化反応によって生じた熱エネルギを水蒸気改質反応で利用する方法では、特に過渡的な状態で燃料改質器の内部において温度分布が不均一になる問題点があった。すなわち、燃料改質器における上流側（メタノール、水蒸気及び酸化ガスを含有するガスを導入する側）では、急激に内部温度が上昇して温度分布のピークを形成し、温度の分布状態が不均一となってしまうのである。
【０００７】
この問題に対し、従来の改質器制御装置では、メタノールと水とを蒸発させるための蒸発器へメタノールタンクからメタノールを供給するポンプの駆動量をもとに、燃料改質器に供給する酸素量を決定する手段と、燃料改質器に供給する酸化ガス中の酸素濃度を制御する酸素濃度調節手段とを有し、燃料改質器における上流側の温度が規定値以上になった際に、供給する酸素量は変化させずに、酸化ガス中の酸素濃度を低減し、逆に酸化ガスの流量を増加させることによって燃料改質器の上流部分での部分酸化反応を抑制し、同時に、燃料改質器内部のガス流速を増すことによって部分酸化反応を主に行う領域を燃料改質器の下流側にまで広げ、燃料改質器内部の温度分布を均一化するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の改質器制御装置では、燃料改質器の温度に応じて酸素量は変化させずに、酸化ガス中の酸素濃度を制御するようにしているために、燃料改質器に供給されるメタノールや水蒸気の供給量に誤差が発生すると、燃料改質器に供給される酸素量が過大又は過小になり、燃料改質器全体の温度に異常が生じ、改質反応が停止したり、未反応ガスが燃料改質器から排出されてしまう問題点があった。
【０００９】
例えば、出力を上昇させるときを考える。メタノールタンクから蒸発器ヘメタノールを供給するポンプの駆動量は増加する。それに応じて、燃料改質器に供給される酸素量も増加する。しかしながら、燃料改質器へ供給されるメタノールは蒸発器にて蒸発される時間だけ遅れる。この間、燃料改質器は酸素リッチの状態で運転される。その結果、改質器の上流部の温度は上昇する。これに応じて、酸素濃度を下げて燃料改質器内部のガス流速を上げるが、供給された酸素を消費するだけのメタノールが供給されていない場合、改質器内部で行われる反応はすべて部分酸化反応となり、燃料改質器全体の温度が上昇する。これにより、さらに酸化ガス中の酸素濃度を下げ、ガス流速を上げることにより、ついには未反応のガス（メタノール、水蒸気、余剰酸素など）が燃料改質器から排出されることになるのである。
【００１０】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、触媒部全体での反応、特に部分酸化反応の比率を所望の値に制御でき、かつ特に出力を変化させるような過渡状態において、触媒部の局所的な高温状態を生じさせることがなく、安定した改質反応を行わせることができる改質器制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の改質器制御装置は、水蒸気改質反応を促進する触媒と部分酸化反応を促進する触媒との触媒部を備えた改質器と、前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有する原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、前記触媒部に対して、酸素を含有する酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記触媒部内で前記原燃料ガス及び酸化ガスの流れの上流部で進行する反応状態を検出する第１の反応状態検出手段と、前記触媒部内の触媒全体での反応状態を検出する第２の反応状態検出手段と、前記第２の反応状態検出手段が検出する前記反応状態に基づいて、前記触媒部に供給する前記原燃料ガスと酸化ガスの供給量とをそれぞれ独立して補正する第１の補正手段と、前記第１の反応状態検出手段が検出する前記反応状態に基づいて、前記触媒部に供給する前記酸化ガスの供給量及び／又はタイミングを補正する第２の補正手段とを有するものである。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の改質器制御装置において、前記第１の反応状態検出手段を複数個所に設置し、かつ該第１の反応状態検出手段による前記反応状態の検出信号のうち前記第２の補正手段に与える検出信号を経時的に切替える検出信号切替手段を有するものである。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は２の改質器制御装置において、前記第１の反応状態検出手段が、前記反応状態として温度状態を検出するものである。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項３の改質器制御装置において、前記第１の反応状態検出手段は、前記触媒部の最高温度発生個所の反応状態を検出するものである。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１の改質器制御装置において、前記第１の反応状態検出手段を複数個所に設置し、かつ該第１の反応状態検出手段が出力する検出温度のうち最も高い温度を選択する最高温度選択手段を有し、前記第２の補正手段が該最高温度選択手段の出力を用いるものである。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１〜５の改質器制御装置において、前記第２の反応状態検出手段が、前記反応状態として温度状態を検出するものである。
【００１７】
【発明の効果】
改質器は、吸熱を伴う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって、炭化水素を酸化する部分酸化反応とを進行させ、水蒸気改質反応を進行させる際に部分酸化反応で生じた熱を利用する。
【００１８】
そこで、請求項１の発明の改質器制御装置では、主に部分酸化反応が生じている触媒部の上流部での反応状態を第１の反応状態検出手段で検出し、水蒸気改質反応を促進する触媒と部分酸化反応を促進する触媒との触媒部の全体での改質反応状態を第２の反応状態検出手段で検出する。そして第１の補正手段が第２の反応状態検出手段の検出する反応状態に基づいて、触媒部に供給する原燃料ガスと酸化ガスの供給量を補正し、第２の補正手段が第１の反応状態検出手段の検出する反応状態に基づいて、触媒部に供給する酸化ガスの供給量及び／又はタイミングを補正する。
【００１９】
これにより、触媒部全体での反応、特に部分酸化反応の比率を所望の値に制御でき、かつ特に出力を変化させるような過渡状態において、触媒部の局所的な高温状態を生じさせることがなく、安定した改質反応を行わせることができる。
【００２０】
請求項２の発明の改質器制御装置では、触媒部の上流部での改質反応を検出する第１の反応状態検出手段を複数個所に設置し、それらのうち第２の補正手段に与える検出信号を経時的に切り替える。
【００２１】
これにより、請求項１の発明の効果に加えて、触媒部の触媒の劣化その他による反応特性の経時的な変化に対応して最適な個所の反応状態に基づく制御が可能となり、長期にわたり改質器の性能を確保することができる。
【００２２】
請求項３の発明の改質器制御装置では、第１の反応状態検出手段が反応状態として温度状態を検出し、第２の補正手段がこの温度状態を用いて触媒部に供給する酸化ガスの供給量及び／又はタイミングを補正する。
【００２３】
これにより、請求項１及び２の発明の効果に加えて、比較的安価に入手できる温度センサをシステムに採用することができ、システム全体のコストを下げることができる。
【００２４】
請求項４の発明の改質器制御装置では、第１の反応状態検出手段により触媒部の最高温度部分の反応状態を検出し、第２の補正手段がこの温度状態を用いて触媒部に供給する酸化ガスの供給量及び／又はタイミングを補正する。
【００２５】
これにより、請求項３の発明の効果に加えて、運転条件の違いや気温変化などの動作環境の変動に対しても敏感に対応できる。
【００２６】
請求項５の発明の改質器制御装置では、触媒部の上流部での改質反応を検出する第１の反応状態検出手段を複数個所に設置し、第２の補正手段が複数の第１の反応状態検出手段の検出する温度状態の中で最も高い温度状態を用いて触媒部に供給する酸化ガスの供給量及び／又はタイミングを補正する。
【００２７】
これにより、請求項１の発明の効果に加えて、運転条件の違いや気温変化などの動作環境の変動に対しても敏感に対応できる。
【００２８】
請求項６の発明の改質器制御装置では、第２の反応状態検出手段が触媒部全体の反応状態として温度状態を検出し、第１の補正手段が第２の反応状態検出手段の検出する温度状態に基づいて、触媒部に供給する原燃料ガスと酸化ガスの供給量を補正する。
【００２９】
これにより、請求項１〜５の発明の効果に加えて、比較的安価に入手できる温度センサをシステムに採用することができ、システム全体のコストを下げることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の第１の実施の形態の改質器制御装置を備える燃料電池発電システムの構成を示している。この燃料電池発電システムは主要素として、コンピユータにより構成される制御部１、改質反応により燃料ガスを生成する改質器２、この改質器２に導入される酸化ガスとしての空気の流量を制御する流量制御弁３、コンプレッサ４、メタノールを貯蔵するメタノールタンク５、メタノールポンプ６、水を貯蔵する水タンク７、水ポンプ８、蒸発器９、燃焼器１０、改質器２で発生した改質ガス中のＣＯを除去するＣＯ除去部１１、電気化学反応により起電力を得る燃料電池１２、燃料電池１２内部での燃料ガス圧力を制御する改質ガス圧力制御弁１３、燃料電池１２内部での空気圧力を制御する空気圧力制御弁１４を備えている。
【００３１】
上記のうち、コンプレッサ４は、改質器２と燃料電池１２とに酸化ガスとしての空気を供給する。メタノールポンプ６は、メタノールタンク５内のメタノールを蒸発器９に供給する。水ポンプ８は、水タンク７内の水を蒸発器９に供給する。蒸発器９は、燃焼器１０から供給される熱により、水とメタノールを蒸発させて改質器２に原燃料ガスとして供給する。燃焼器１０は燃焼ガスを発生し、蒸発器９に供給する。
【００３２】
図２は第１の実施の形態における改質器２の構成を示している。改質器２は、吸熱を伴う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって、炭化水素を酸化する部分酸化反応とを進行させ、水蒸気改質反応を進行させる際に部分酸化反応で生じた熱を利用するものである。この改質器２は水蒸気改質／部分酸化反応を生じさせる触媒部２ａ、改質器上流の部分酸化反応が主に発生している部位の温度を測定するための第１の温度センサ２ｂ、改質器全体の反応状態を把握するために改質器２の出口の燃料ガス温度を測定する第２の温度センサ２ｃを備えている。
【００３３】
図３は第１の実施の形態における制御部１の構成を示している。制御部１は、第１の目標量を演算する第１目標量演算部１ａと、第２の温度センサ２ｃの出力と目標第２温度から第１目標メタノール蒸気量と第１目標水蒸気量と第１目標空気量の第１の補正を行う第１の補正部１ｂと、第１の温度センサ２ｂの出力と目標第１温度から第２目標空気量の補正を行う第２の補正部１ｃと、第２目標メタノール蒸気量からメタノールポンプ６の制御を行うメタノールポンプ制御部１ｄと、第２目標水蒸気量から水ポンプ８の制御を行う水ポンプ制御部１ｅと、第３目標空気量と燃料電池必要空気流量からコンプレッサ４と流量制御弁３の制御を行う空気制御部１ｆとを備えている。
【００３４】
次に、上記構成の第１の実施の形態の改質器制御装置の動作について説明する。まず定常、準定常状態での動作を述べる。制御部１は外部から、例えばアクセル踏込み量に基づき演算された目標燃料ガス流量と、部分酸化反応と水蒸気改質反応の比率（ＰＯＸ率：ここで、ＰＯＸ率＝部分酸化反応の量／（部分酸化反応の量十水蒸気改質反応の量））の目標値（目標ＰＯＸ率）と、第１の温度センサ２ｂで測定する温度の目標第１温度と、第２の温度センサ２ｃで測定する温度の目標第２温度と、燃料電池１２への燃料電池必要空気流量が与えられる。
【００３５】
制御部１の第１目標量演算部１ａは、入力される目標燃料ガス流量と目標ＰＯＸ率とから、改質器２へ供給すべき第１目標メタノール蒸気量、第１目標水蒸気量及び第１目標空気量を算出して第１の補正部１ｂへ出力する。
【００３６】
第１の補正部１ｂは図４に示すようなＰＩＤ制御のロジックを用いて第１の補正を行う。すなわち、第１の補正部１ｂは、第１目標量演算部１ａから入力される第１目標メタノール蒸気量、第１目標水蒸気量及び第１目標空気量に対し、第２の温度センサ２ｃの出力と目標第２温度との偏差に基づいて第１の補正演算を行う。そして第１の補正演算により求めた第２目標メタノール蒸気量をメタノールポンプ制御部１ｄへ出力し、第２目標水蒸気量を水ポンプ制御部１ｅへ出力し、そして第２目標空気量を第２の補正部１ｃへ出力する。
【００３７】
メタノールポンプ制御部１ｄは、第１の補正部１ｂからの第２目標メタノール蒸気量に基づきメタノールポンプ６の動作を制御し、水ポンプ制御部１ｅは、第２目標水蒸気量に基づき水ポンプ８の動作を制御する。
【００３８】
なお、この実施の形態では、第１の補正部１ｂは図４に示したＰＩＤ制御のロジックを用いているが、この方法以外にも例えば、モデルマッチング制御などの手法が用いることができる。
【００３９】
第２の補正部１ｃは、第１の補正部１ｂが補正した第２目標空気量に対して、図５に示すようなＰＩＤ制御ロジックを用いて第２の補正を行い、第３目標空気量を算出する。すなわち、第２の補正部１ｃは、第１の補正部１ｂからの第２目標空気量に対し、第１の温度センサ２ｂの出力と外部からの目標第１温度との偏差に基づいて第２の補正演算を行う。そしてこの第２の補正演算により求めた第３目標空気量を空気制御部１ｆへ出力する。
【００４０】
なお、この第２の補正演算に用いるロジックも、ＰＩＤ制御ロジック以外に、例えば、モデルマッチング制御の手法を採用することができる。空気制御部１ｆは、第２の補正部１ｃからの第３目標空気量と外部から入力される燃料電池１２で必要とされる空気量（燃料電池必要空気流量）とに基づき、流量制御弁３とコンプレッサ４の動作を制御する。
【００４１】
次に、制御部１の過渡状態での動作を説明する。ここでは、例として、外部から与えられる目標燃料ガス量が増加する場合の過渡状態での動作について述べる。
【００４２】
目標燃料ガス量が増加すると、化学反応式（１），（２）から得られる第１目標メタノール蒸気量、第１目標水蒸気量、第１目標空気量がいずれも増加する。このときの各実流量の様子を図６に例示してある。
【００４３】
図６に示したように、実際に改質器２へ供給される空気流量は比較的遅れが少ない。それに対してメタノール蒸気と水蒸気は、蒸発器９での蒸発遅れなどの影響で大きな遅れを持つ。この図６に示した状態で、改質器２ヘメタノール蒸気、水蒸気、空気を供給すると、改質器２の上流部分で過大な部分酸化反応が発生し、その部分の温度が急激に上昇する。その結果、改質器２を溶損させるような悪影響を及ぼし得る。
【００４４】
この状況でも、第１の補正による燃料ガスの温度制御は動作するが、改質器２へ供給されるメタノール蒸気量と水蒸気量の変化は図６に例示した通り応答の遅いものである。そこで、主に部分酸化反応が発生する改質器２の上流部分の温度により、改質器２へ供給する空気流量を第２の補正部１ｃにより補正する。このときの各流量の様子を図７に示してある。
【００４５】
このように第１、第２の補正を行うことにより、燃料ガスの温度は適正な範囲に保つことができるのである。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施の形態を図８に基づいて説明する。図８は第２の実施の形態の改質器１５の構成を模式的に表している。この改質器１５は、図１に示した第１の実施の形態の燃料電池発電システムとほぼ同様の構成の燃料電池発電システムに備えられている。したがって、以下、第１の実施の形態と共通する構成要素には共通の符号を用いて説明する。
【００４７】
上記の第１の実施の形態では、図２に示したように改質器の上流部分に第１の温度センサを１個だけ設置したが、第２の実施の形態の改質器１５では、改質器上流部の部分酸化反応が主に発生する部位の温度を測定するために、複数個所（ここでは３個所）に第１の温度センサを設置したことを特徴としている。したがって、図８に示したように、第２の実施の形態における改質器１５は、水蒸気改質／部分酸化反応を生じさせる触媒部１５ａ、改質器上流部の部分酸化反応が主に発生する部位の温度を測定するための３個の第１の温度センサ１５ｂ−１，１５ｂ−１，１５ｂ−３、そして改質器１５の全体の反応状態を検出するためのものとして、該改質器１５の直後の燃料ガス温度を測定する第２の温度センサ１５ｃを備えている。
【００４８】
図９に示すように、改質器１５の内部の温度分布は、改質器の使用期間が経過すると触媒劣化その他の理由によって使用期間の経過に応じて変化する。そこで図３に示した構成の制御部１における第２の補正部１ｃは、複数の第１の温度センサ１５ｂ−１〜１５ｂ−３の出力から時間経過と共に採用する出力を切替えて第２の補正を行う。
【００４９】
この第２実施の形態における第２の補正部１ｃの演算ロジックを図１０に示してある。この図１０の演算ロジックも、複数の第１の温度センサ１５ｂ−１〜１５ｂ−３の出力から出力選択部１ｃ１によって選択したものを第１温度センサ出力として採用するほかは、図３に示した第１の実施の形態における第２の補正部２と同様、ＰＩＤ制御ロジックにより第２の補正を行う。
【００５０】
なお、出力選択部１ｃ１は選択出力を切替えるための経時情報として車両の総走行距離計の計測している総走行距離を用いており、この総走行距離を初期、中期、終期の３段階に分け、車両の総走行距離が延びるに従い、第１の温度センサ１５ｂ−１→１５ｂ−２→１５ｂ−３と順次切替える働きをする。
【００５１】
これにより、第２の実施の形態によれば、改質器の内部の温度分布は触媒の経時的な特性変化によって変化し、温度ピークの位置も変化するが、複数個所に設けた第１の温度センサのうち、経時的な変化に応じて変化する温度ピークの位置にある温度センサの出力を用いて第２の補正を行うことにより、長期的な使用ににいて常に的確な制御が可能となる。
【００５２】
なお、この第２の実施の形態においても、第２の補正部１ｃの制御ロジックには、ＰＩＤ制御ロジックに代えて、例えばモデルマッチング制御などの手法を用いることができる。
【００５３】
次に、本発明の第３の実施の形態を図１１に基づいて説明する。改質器１５の内部の温度分布は経時的な変化ばかりではなく、時間的にあるいは条件（目標燃料ガス流量等）によっても図９に示すように変化する。そこで図３に示した構成の制御部１における第２の補正部１ｃは、複数の第１の温度センサ１５ｂ−１〜１５ｂ−３のうちのもっとも高い温度を用いて第２の補正を行うようにすることができる。
【００５４】
この第３の実施の形態における第２の補正部１ｃの演算ロジックを図１１に示してある。この図１１の演算ロジックは、最大値選択部１ｃ２によって複数の第１の温度センサ１５ｂ−１〜１５ｂ−３のうちのもっとも高い温度を第１温度センサ出力として選択するほかは、図３に示した第１の実施の形態における第２の補正部２と同様であり、ＰＩＤ制御ロジックにより第２の補正を行う。
【００５５】
これにより、第３の実施の形態によれば、改質器の内部の温度分布は、時間的にあるいは条件（目標燃料ガス流量等）によって変化し、温度ピークの位置も変化するが、複数の第１の温度センサが検出する最も高い温度を用いて第２の補正を行うことにより、より的確な制御が可能となる。
【００５６】
なお、この第３の実施の形態においても、第２の補正部１ｃの制御ロジックには、ＰＩＤ制御ロジックに代えて、例えばモデルマッチング制御などの手法を用いることができる。
【００５７】
次に、本発明の第４の実施の形態を、図１２に基づいて説明する。図１２は、第４の実施の形態において採用する第２の補正部１ｃの構成を示している。第２の補正部１ｃ以外の構成要素は、図１及び図３に示した第１の実施の形態と同様なので、それらの詳しい説明を省略する。
【００５８】
図１２に示すように、第２の補正部１ｃが行う第２の補正のための制御ロジックは、遅れ要素で構成されている。したがって、第２の補正部１ｃは、目標第１温度と第１温度センサ出力の偏差からテーブル１ｃ３のデータを参照して遅れ時間τを求め、入力される第２目標空気量に対してこの遅れ時間τだけ遅れを持たせる第２の補正を行い、第３目標空気量として空気制御部１ｆに出力する。このときの各実流量の様子を図１３に示してある。
【００５９】
なお、遅れ時間τのテーブル１ｃ３は目標第１温度と第１温度センサ出力との偏差とそれに対応する遅れ時間τとの組合せを実験により求めてテーブル化したものである。
【００６０】
こうして、第４の実施の形態によっても目標燃料ガス流量の増加変動に対応して実空気流量が増加するまでの追従時間を実メタノール蒸気流量及び実水蒸気流量と同程度まで遅らせることができ、主に部分酸化反応が発生する改質器の上流部分の温度上昇を抑えることができるのである。
【００６１】
そして第４の実施の形態の場合、第２の補正部では目標第１温度と第１温度センサ出力の偏差からテーブル参照により遅れ時間τを求めるだけであるので、第１〜第３の実施の形態に比ベて第２の補正部での演算量を削減することができ、制御部をより安価に構成できる。
【００６２】
なお、第４の実施の形態では、目標第１温度と第１温度センサ出力の偏差からテーブル参照により遅れ時間τを求めるようにしたが、ＰＩＤ制御のロジックやモデルマッチング制御の手法を用いてもよい。また、第２、第３の実施の形態のように、複数個の第１の温度センサを用いてもよい。
【００６３】
さらにまた、上記の第１〜第４の各実施の形態では、補正手段が参照する燃料改質器の反応状態として温度状態を検出する温度センサを用いたが、反応状態を検出するものとして、例えばＣＯセンサ、メタノールセンサ、水素センサ等でも同様のシステムが構築できる。また、メタノールを改質することで燃料ガスを生成しているが、例えばガソリンや天然ガスなどの炭化水素であれば同様のシステムが構築できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を搭載した燃料電池発電システムの構成を示すブロック図。
【図２】上記の実施の形態における改質器の構成を示すブロック図。
【図３】上記の実施の形態における制御部の構成を示すブロック図。
【図４】上記の実施の形態における第１の補正部の構成を示すブロック図。
【図５】上記の実施の形態における第２の補正部の構成を示すブロック図。
【図６】未補正の場合の改質器内の各種ガスの実流量の応答特性を示すグラフ。
【図７】上記の実施の形態により補正した場合の改質器内の各種ガスの実流量の応答特性を示すグラフ。
【図８】本発明の第２の実施の形態における改質器の構成を示すブロック図。
【図９】上記の第２の実施の形態における改質器内の各部の温度分布を示す説明図。
【図１０】上記の第２の実施の形態における第２の補正部の構成を示すブロック図。
【図１１】上記の第３の実施の形態における第２の補正部の構成を示すブロック図。
【図１２】本発明の第４の実施の形態における第２の補正部の構成を示すブロック図。
【図１３】上記の実施の形態により補正した場合の改質器内の各種ガスの実流量の応答特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１：制御部
１ａ：第１目標量演算部
１ｂ：第１の補正部
１ｃ：第２の補正部
１ｄ：メタノールポンプ制御部
１ｅ：水ポンプ制御部
１ｆ：空気制御部
２：改質器
２ａ：触媒部
２ｂ：第１の温度センサ
２ｃ：第２の温度センサ
３：流量制御弁
４：コンプレッサ
５：メタノールタンク
６：メタノールポンプ
７：水タンク
８：水ポンプ
９：蒸発器
１０：燃焼器
１１：ＣＯ除去部
１２：燃料電池
１３：改質ガス圧力制御弁
１４：空気圧力制御弁
１５：改質器
１５ａ：触媒部
１５ｂ−１〜１５ｂ−３  第１の温度センサ
１５ｃ：第２の温度センサ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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