(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体燃料又は液体燃料の蒸気と、酸素を含む気体とを用いて、水素を含む改質ガスを生成する燃料改質器と、前記燃料改質器に前記気体燃料又は液体燃料の蒸気を供給する手段と、前記燃料改質器に前記酸素を含む気体を供給する手段と、前記気体燃料又は液体燃料の蒸気と前記酸素を含む気体を混合する手段と、前記燃料改質器に供給される前記気体燃料又は液体燃料の蒸気の流量、並びに前記燃料改質器に供給される前記酸素を含む気体の流量を制御する手段とから構成される燃料改質システムにおいて、
前記燃料改質器に供給される前記気体燃料又は液体燃料の蒸気、並びに前記酸素を含む気体の流量を検出する手段と、前記燃料改質器に供給される前記気体燃料又は液体燃料の蒸気の温度、並びに前記気体燃料又は液体燃料の蒸気と前記酸素を含む気体とが混合された気体の温度の少なくとも一つの温度を検出する手段とを有し、
該温度を検出する手段の信号値に応じて、前記気体燃料又は液体燃料の蒸気の流量に対する前記酸素を含む気体の流量の比率を補正し、該補正された比率に応じて前記酸素を含む気体を供給することを特徴とする燃料改質システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料改質システムにおいて、前記気体燃料又は液体燃料の蒸気の流量に対する前記酸素を含む気体の流量の比率の補正値に応じて前記燃料改質器に供給される気体燃料の流量又は液体燃料の蒸気の流量あるいは前記液体燃料の流量を補正して供給することを特徴とする燃料改質システム。
【請求項３】
気体燃料又は液体燃料の蒸気と、酸素を含む気体とを用いて、水素を含む改質ガスを生成する燃料改質器と、前記燃料改質器に前記気体燃料又は液体燃料の蒸気を供給する手段と、前記燃料改質器に前記酸素を含む気体を供給する手段と、前記気体燃料又は液体燃料の蒸気と前記酸素を含む気体を混合する混合手段と、前記燃料改質器に供給される前記気体燃料又は液体燃料の蒸気の流量、並びに前記燃料改質器に供給される前記酸素を含む気体の流量を制御する手段と、前記混合手段から前記燃料改質器に供給されるガスの温度を測定する温度センサと、前記混合手段に供給される燃料の蒸気流量を測定する流量センサと、を備え、
測定した前記ガス温度に対応するＰＯＸ率補正係数を求め、測定した前記上記流量と前記ＰＯＸ率補正係数より前記燃料改質器に供給する前記酸素を含む気体の流量を決定し、前記ＰＯＸ率補正係数が所定範囲の上限値を超えるときには、前記燃料流量を増加させ、前記ＰＯＸ率補正係数が所定範囲の下限値を下回るときには、前記燃料流量を減少させることを特徴とする燃料改質システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池自動車で代表される移動体用燃料電池システムにおける燃料改質システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池自動車で代表される移動体用燃料電池システムにおける燃料改質システムの従来例を図１１にしたがって説明する。燃料タンク１００内の水と燃料であるメタノールの混合液１０１は蒸発器１０２に送られ、加熱蒸発され、水（水蒸気）とメタノールの混合蒸気１０３となって混合器１０４に送気される。また圧縮機１０５より混合器１０４に空気１０６が送気される。混合蒸気１０３と空気１０６とは混合器１０４で混合された後、オートサーマル反応器（ＡＴＲ反応器）１０７に送気される。
【０００３】
ＡＴＲ反応器１０７は、燃料であるメタノールを水並びに空気内の酸素を用いて、下記の化学反応式１，２の触媒反応により燃料改質し、水素リッチな改質ガスを生成する。
【０００４】
【化１】
0003678118.tif 000002
【化２】
0003678118.tif 000003
化学反応式１はメタノールの水蒸気反応（吸熱反応）であり、化学反応式２はメタノールの部分酸化反応（発熱反応）である。化学反応式１の反応は、主として下記の化学反応式３，４に示されるように段階的に進行する。
【０００５】
【化３】
0003678118.tif 000004
【化４】
0003678118.tif 000005
化学反応式３はメタノールの分解反応（吸熱反応）であり、化学反応式４は一酸化炭素のシフト反応（発熱反応）である。ＡＴＲ反応器１０７は、これらの反応式の発熱並びに吸熱のバランスするオートサーマル条件で運転される。したがって反応器のサイズや構成、あるいは触媒の性能が決まれば、燃料であるメタノールの流量に対する水蒸気の流量、そして空気の流量の流量比はほぼ定まる。
【０００６】
供給された全メタノール流量のうち部分酸化反応（ＰＯＸ）に消費されるメタノール流量の比を本発明においてはＰＯＸ率と定義する。供給された酸素のほぼ全量が式２の部分酸化反応（ＰＯＸ）に使用されるため、このＰＯＸ率から全メタノール流量に対する必要な空気流量が定まる。
【０００７】
また、触媒の温度が低い起動時では、さらに下記の化学反応式５，６の副反応が併発する。
【０００８】
【化５】
0003678118.tif 000006
【化６】
0003678118.tif 000007
ＡＴＲ反応器１０７の運転温度は３００〜６００℃であり、熱力学的化学平衡により数％オーダーの一酸化炭素を含む改質ガスが得られる。一酸化炭素は固体高分子型燃料電池（ＦＣ）２００の白金等から成る燃料極触媒を被毒し、その活性を著しく低下させてしまうため、下記のシフト反応器（Ｓｈｉｆｔ反応器）１０８並びに選択酸化反応器（ＰＲＯＸ反応器）１０９から成る一酸化炭素除去器により、数十〜１００ｐｐｍにまで一酸化炭素を低減した上で燃料電池２００に供給する必要がある。
【０００９】
数％オーダーの一酸化炭素を含む改質ガスは、Ｓｈｉｆｔ反応器１０８に送られ、化学反応式４のシフト反応の早い触媒により一酸化炭素が低減される。Ｓｈｉｆｔ反応器１０８の運転温度は２００〜３００℃であり、熱力学的化学平衡により０．数％オーダーの一酸化炭素を含む改質ガスとなる。Ｓｈｉｆｔ反応器１０８がＡＴＲ反応器１０７に一体化される場合もある。シフト反応により一酸化炭素の低減された改質ガスはＰＲＯＸ反応器１０９に送られ、下記の化学反応式７の触媒酸化反応（発熱反応）により、さらに一酸化炭素が数十〜高々１００ｐｐｍにまで低減される。必要な酸素は圧縮機１０５より空気として供給される。
【００１０】
【化７】
0003678118.tif 000008
ＰＲＯＸ反応器１０９では水素雰囲気下で酸化反応を行うため、下記の水素の燃焼反応（発熱反応）も併発する。このため、化学反応式８に対する化学反応式７の選択性が燃料改質システムの効率に大きな影響を与える。
【００１１】
【化８】
0003678118.tif 000009
ＰＲＯＸ反応器１０９は化学反応式７並びに化学反応式８による発熱を除去し、運転温度百数十℃に維持するために、図示していないが、空気あるいはＬＬＣ（冷却材）又はオイル等により冷却される。
【００１２】
このようにして、きわめて低レベルな濃度にまで一酸化炭素が低減された改質ガスと圧縮機１０４からの空気とが燃料電池（ＦＣ）２００の燃料極と空気極に送気され、発電がなされる。
【００１３】
燃料電池２００において改質ガス中の水素を全て利用することは不可能であり、一部の水素を残した発電に使用済みの改質ガスと一部の酸素を残した発電に使用済みの空気とを触媒燃焼器１１０に送気して燃焼させる。得られた高温の排気ガスは蒸発器１０２に送気され、メタノールと水の蒸発のエネルギとして再利用される。
【００１４】
符号５００はＰＲＯＸ反応器１０９に供給される空気の流量を制御する流量制御弁、５０１はＡＴＲ反応器１０７に供給される空気の流量を制御する流量制御弁、５０２は燃料電池２００の空気極に供給される空気の流量を制御する流量制御弁である。符号５１０は燃料電池２００の燃料極の運転圧力を調整するための圧力制御弁、５１１は燃料電池２００の空気極の運転圧力を調整するための圧力制御弁である。符号５２０，５２１は燃料電池２００の燃料極側並びに空気極側の運転圧力を検出する圧力センサであり、これらの圧力が同一となるように圧力調整がなされる。
【００１５】
符号４００は移動体のエネルギ管理を行うコントローラであり、燃料改質システムの運転負荷信号４０２を燃料電池コントローラ４０１に送る。燃料電池コントローラ４０１は運転負荷信号４０２に基づき、ＡＴＲ反応器１０７に必要な燃料蒸気並びに空気の流量となるようにポンプ１１１を駆動し、蒸発器１０２に供給する液体燃料の流量を制御すると共に流量制御弁５０１を制御する。
【００１６】
符号６０１，６０２は流量センサである。
【００１７】
蒸発器１０２として、その生成される蒸気温度を制御できるような大掛かりな蒸発器を用いるか、あるいは熱容量や熱伝熱面積の極めて大きな蒸発器を一定温度運転するような場合であれば、蒸発器１０２からＡＴＲ反応器１０７に供給される蒸気温度を一定にすることができる。
【００１８】
しかし、このような蒸発器を使用することは定置型燃料電池用の燃料改質システムにおいては採用することができるが、移動体燃料電池用の燃料改質システムにはその搭載スペースに限りがあるために採用することができず、コンパクトで単純な構成の蒸発器１０２を使用せざるを得ない。
【００１９】
ところが、かかる蒸発器１０２を用いる場合、蒸発器１０２から生成される蒸気の温度が沸点近傍の低い温度から、燃焼器１１０から蒸発器に供給される排気ガス温度までの温度範囲の中で、燃料改質システムの運転状況に応じて大きく変化することになる。このため、ＡＴＲ反応器１０７に供給される蒸気温度が設計仕様よりも高くなってしまった場合、ＡＴＲ反応器１０７からＳｈｉｆｔ反応器１０８に供給される改質ガス中のＣＯ濃度が仕様以上に高くなってしまい、Ｓｈｉｆｔ反応器１０８からＰＲＯＸ反応器１０９に供給されるＣＯ濃度が高くなり、したがってＰＲＯＸ反応器１０９から燃料電池２００に供給される改質ガスのＣＯ濃度も燃料電池の許容量を超えた高い値となってしまうという問題点があった。
【００２０】
また逆に、ＡＴＲ反応器１０７に供給される蒸気温度が設計仕様より低くなってしまった場合には、ＡＴＲ反応器１０７からＳｈｉｆｔ反応器１０８に供給される改質ガス中の残留メタノール濃度が仕様以上に高くなってしまい、Ｓｈｉｆｔ反応器１０８並びにＰＲＯＸ反応器１０９でＣＯを除去する際には、まずメタノールが先に処理される必要があることから、十分なＣＯ除去がなされず、したがってＰＲＯＸ反応器１０９から燃料電池２００に供給される改質ガスのＣＯ濃度がやはり燃料電池の許容量を超えた高い値となってしまうという問題点もあった。
【００２１】
さらに、未反応のメタノール成分の増加が、燃料電池２００で使用している電極触媒や水素イオン透過膜の種類によっては発電性能の低下を引き起こす場合もある。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明してきたように、従来の移動体燃料電池システム用の燃料改質システムにあっては、蒸発器からＡＴＲ反応器に供給される蒸気温度が大きく変化してしまうために、ＡＴＲ反応器からＣＯ除去器に供給される改質ガス組成がＣＯ除去器で処理可能な組成仕様から外れてしまい、したがって燃料改質システムから燃料電池スタックに供給する改質ガスの組成が、本来の仕様組成から外れてしまうという問題点があった。また、蒸気温度の制御可能な蒸発器を使用した場合には、蒸発器の大型化により搭載性が悪化し、またコストが高くなるという問題点があった。
【００２３】
本発明はこのような従来の問題点を鑑みてなされたもので、蒸発器から燃料改質器に供給される蒸気温度が大きく変化する場合であっても、燃料電池で利用可能な改質ガス組成が得られる移動体用燃料電池システム用の燃料改質技術を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、気体燃料又は液体燃料の蒸気と、酸素を含む気体とを用いて、水素を含む改質ガスを生成する燃料改質器と、前記燃料改質器に前記気体燃料又は液体燃料の蒸気を供給する手段と、前記燃料改質器に前記酸素を含む気体を供給する手段と、前記気体燃料又は液体燃料の蒸気と前記酸素を含む気体を混合する手段と、前記燃料改質器に供給される前記気体燃料又は液体燃料の蒸気の流量、並びに前記燃料改質器に供給される前記酸素を含む気体の流量を制御する手段とから構成される燃料改質システムにおいて、前記燃料改質器に供給される前記気体燃料又は液体燃料の蒸気、並びに前記酸素を含む気体の流量を検出する手段と、前記燃料改質器に供給される前記気体燃料又は液体燃料の蒸気の温度、並びに前記気体燃料又は液体燃料の蒸気と前記酸素を含む気体とが混合された気体の温度の少なくとも一つの温度を検出する手段とを有し、該温度を検出する手段の信号値に応じて、前記気体燃料又は液体燃料の蒸気の流量に対する前記酸素を含む気体の流量の比率を補正し、該補正された比率に応じて前記酸素を含む気体を供給するものである。
【００２５】
請求項２の発明は、請求項１の燃料改質システムにおいて、前記気体燃料又は液体燃料の蒸気の流量に対する前記酸素を含む気体の流量の比率の補正値に応じて、前記燃料改質器に供給される気体燃料の流量又は液体燃料の蒸気の流量あるいは前記液体燃料の流量を補正して供給するものである。また、請求項３の発明は、気体燃料又は液体燃料の蒸気と、酸素を含む気体とを用いて、水素を含む改質ガスを生成する燃料改質器と、前記燃料改質器に前記気体燃料又は液体燃料の蒸気を供給する手段と、前記燃料改質器に前記酸素を含む気体を供給する手段と、前記気体燃料又は液体燃料の蒸気と前記酸素を含む気体を混合する混合手段と、前記燃料改質器に供給される前記気体燃料又は液体燃料の蒸気の流量、並びに前記燃料改質器に供給される前記酸素を含む気体の流量を制御する手段と、前記混合手段から前記燃料改質器に供給されるガスの温度を測定する温度センサと、前記混合手段に供給される燃料の蒸気流量を測定する流量センサと、を備え、測定した前記ガス温度に対応するＰＯＸ率補正係数を求め、測定した前記上記流量と前記ＰＯＸ率補正係数より前記燃料改質器に供給する前記酸素を含む気体の流量を決定し、前記ＰＯＸ率補正係数が所定範囲の上限値を超えるときには、前記燃料流量を増加させ、前記ＰＯＸ率補正係数が所定範囲の下限値を下回るときには、前記燃料流量を減少させるものである。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１の発明の燃料改質システムによれば、燃料改質器に供給されるガスの温度に応じて、酸素を含むガスの流量を補正するので、燃料改質器に供給されるガスの温度が変化しても、燃料電池で使用可能なＣＯ濃度が極めて低レベルに低減された改質ガスを得ることができる。
【００２７】
請求項２の発明の燃料改質システムによれば、請求項１の発明の効果に加えて、燃料改質器に供給されるガスの温度に応じた酸素を含むガスの流量の補正値に基づいて、改質器に導入される燃料の流量を補正するので、燃料改質器に供給されるガスの温度に応じた酸素を含むガスの流量の補正を行っても、得られる水素の量が変化しない効果がある。
【００２８】
【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。本発明の第１の実施の形態の燃料改質システムを図１〜図６に基づいて説明する。図１に示した第１の実施の形態の燃料改質システムは、図１１に示した従来例の構成に対して温度センサ６００を追加し、燃料改質コントローラ４０１においてこの温度センサ６００の検出温度により後述する制御を行うようにしたことを特徴とする。なお、図１において、図１１の従来例と共通する構成要素には同一の符号を付して示してある。
【００２９】
この燃料改質システムの燃料改質コントローラ４０１による制御シーケンスについて、図２に基づいて説明する。
【００３０】
Ｓｔｅｐ１：燃料改質コントローラ４０１は、コントローラ４００から送られる燃料改質システムの運転負荷信号４０２を読み込む。
【００３１】
Ｓｔｅｐ２：燃料改質コントローラ４０１は、運転負荷信号４０２に基づき、ポンプ１１１を制御して必要な流量の液体燃料を蒸発器１０２に供給する。
【００３２】
Ｓｔｅｐ３：燃料改質コントローラ４０１は温度センサ６００から蒸気温度の信号値を読み込む。
【００３３】
Ｓｔｅｐ４：燃料改質コントローラ４０１は温度センサ６００の蒸気温度の信号値から、図３に示すマップＡを用いて、ＰＯＸ率の補正係数ｋpox（％）を求める。
【００３４】
Ｓｔｅｐ５：流量センサ６０１から燃料の蒸気流量の信号値を読み込む。
【００３５】
Ｓｔｅｐ６：Ｓｔｅｐ５で読み込んだ燃料の蒸気流量の信号値と、Ｓｔｅｐ４で求めたＰＯＸ率の補正係数ｋpox（％）から、図４に示すマップＢを用いて供給すべき空気流量を求める。なお、マップＢは下記の換算式１を図にしたものである。
【００３６】
【数１】
0003678118.tif 000010
Ｓｔｅｐ７：Ｓｔｅｐ６で定まった空気流量になるように流量制御弁５０１のバルブ開度を調整する。
【００３７】
以上の制御シーケンスにより、蒸発器１０２から供給される蒸気流量と蒸気温度とに応じて、マップＡで補正されたＰＯＸ率となるように空気流量が常に制御されながらＡＴＲ反応器１０７に供給される。
【００３８】
次に、第１の実施の形態の燃料改質システムの作用について説明する。ＡＴＲ反応器１０７からＳｈｉｆｔ反応器１０８に供給される改質ガス中のメタノール濃度の、ＡＴＲ反応器１０７に供給される蒸気温度への依存性が図５に示してある。同じくＡＴＲ反応器１０７からＳｈｉｆｔ反応器１０８に供給される改質ガス中のＣＯ濃度の、ＡＴＲ反応器１０７に供給される蒸気温度への依存性が図６に示してある。これらは、従来例の説明で記載した一連の化学反応式について、ＡＴＲ反応器１０７内に充填された触媒における各化学反応速度を用いてシミュレーションした結果である。
【００３９】
図５及び図６におけるライン３２０，３２１は、ＡＴＲ反応器１０７からＳｈｉｆｔ反応器１０８に供給すべき改質ガスについての、メタノール並びにＣＯ濃度の上限を規定する仕様濃度である。
【００４０】
また図５におけるライン３００は、オートサーマル条件での、すなわちＰＯＸ率を固定している場合の温度依存性を示しており、点ａが設計点である。蒸気温度が高くなった場合にはメタノール濃度が下がるので問題がないが、蒸気温度が下がってしまった場合にはメタノール濃度が上がり、Ｓｈｉｆｔ反応器１０８に供給すべき改質ガスのメタノール濃度の仕様を満たさなくなる。
【００４１】
図６におけるライン３０１は、オートサーマル条件での、すなわちＰＯＸ率を固定している場合の温度依存性を示しており、点ａが設計点である。蒸気温度が低くなった場合にはＣＯ濃度が下がるので問題がないが、蒸気温度が高くなってしまった場合にはＣＯ濃度が上がり、Ｓｈｉｆｔ反応器１０８に供給すべき改質ガスのＣＯ濃度の仕様を満たさなくなる。
【００４２】
ＡＴＲ反応器１０７から排出されるメタノール並びにＣＯの濃度は、蒸気温度に対して逆の関係、すなわちトレードオフの関係にある。
【００４３】
なお、図５及び図６には、ＰＯＸ率の補正係数ｋpox ＝±２α，±α（％）を用いて、ＰＯＸ率ｒpox （％）を次の数式２のように補正した場合のシミュレーション結果が併記してある。
【００４４】
【数２】
0003678118.tif 000011
これより、ＰＯＸ率ｒpox （％）が大きくなるように補正をかけた場合にはメタノール濃度が下がり、ＣＯ濃度が上がって行き、一方、逆にＰＯＸ率ｒpox （％）が小さくなるように補正をかけた場合にはメタノール濃度が上り、ＣＯ濃度が下がって行くことが分かる。
【００４５】
図５中にライン３２０の仕様濃度以下の濃度の領域に操作線３１０を引き、蒸気温度毎の操作線３１０上の点ｃ，ｂ，ｄ，ｅにおけるＰＯＸ率を求め、それぞれの点におけるＣＯ濃度を図６にプロットしていくと、操作線３１１を得ることができる。
【００４６】
以上により求まった操作線３１０，３１１上の各点を、蒸気温度とＰＯＸ率の補正係数ｋpox との関係でプロットすると、図３に示すマップＡが得られる。したがって、マップＡに基づいて蒸気温度に応じてＰＯＸ率を補正すると、ＡＴＲ反応器１０７からＳｈｉｆｔ反応器１０８に供給される改質ガスのメタノール並びにＣＯの濃度は、蒸気温度と図５及び図６の操作線３１０，３１１で定まる濃度となる。この結果、蒸気温度が変動しても仕様濃度３２０，３２１以下の濃度になり、ＡＴＲ反応器１０７は、蒸気温度が変動してもＳｈｉｆｔ反応器１０８でＣＯ除去が可能な改質ガスを供給することができ、ＰＲＯＸ反応器１０９が燃料電池２００に対して利用可能なＣＯ濃度の低減された改質ガスを供給することができる。
【００４７】
次に、本発明の第２の実施の形態について、図７に基づいて説明する。第２の実施の形態の特徴は、図１に示した第１の実施の形態に対して、温度センサ６００の位置を蒸発器１０２と混合器１０４とを結ぶ配管上に移動した点にある。その他の構成要素は第１の実施の形態と同じである。また、第２の実施の形態の制御シーケンス、作用も第１の実施の形態と同様である。
【００４８】
本実施の形態は、ＡＴＲ反応器１０７に供給される導入ガス温度の変化が、主として蒸発器１０２により供給される蒸気温度が変化するために引き起こされる燃料改質システムにおけるものであり、かかるシステムの場合、ＡＴＲ反応器１０７に供給される導入ガス温度の代わりに蒸発器１０２により供給される蒸気の温度で代替しても類似のマップを用いて制御することが可能である。
【００４９】
次に、本発明の第３の実施の形態の燃料改質システムについて、図８に基づいて説明する。第３の実施の形態の特徴は、図１に示した第１の実施の形態における温度センサ６００を、混合器１０４に空気を供給する配管上に移動したことを特徴とする。したがって、他の構成要素は第１の実施の形態と共通する。また制御シーケンス、作用も第１の実施の形態と同様である。
【００５０】
本実施の形態は、ＡＴＲ反応器１０７に供給される導入ガス温度の変化が、主としてＡＴＲ反応器１０７に供給される空気の温度が変化するために引き起こされる燃料改質システムにおけるものであり、かかるシステムの場合、ＡＴＲ反応器１０７に供給される導入ガス温度の代わりに供給される空気の温度で代替しても類似のマップを用いて制御することが可能である。
【００５１】
次に、本発明の第４の実施の形態の燃料改質システムについて説明する。第４の実施の形態の構成は、図１に示した第１の実施の形態と全く同じであるが、燃料改質コントローラ４０１の制御シーケンスが、図２に示した第１の実施の形態のものと異なり、図９に示すものである。
【００５２】
以下、第４の実施の形態の燃料改質システムにおける燃料改質コントローラ４０１による制御シーケンスについて、図９を用いて説明する。
【００５３】
Ｓｔｅｐ１１：燃料改質コントローラ４０１が、コントローラ４００から送られる燃料改質システムの運転負荷信号４０２を読み込む。
【００５４】
Ｓｔｅｐ１２：運転負荷信号４０２と、メモリされている蒸発器１０２に供給される燃料の燃料流量補正係数ｋFuel（％）とから、次の数式３により必要燃料流量Ｆfuel,liqを求める。
【００５５】
【数３】
0003678118.tif 000012
Ｓｔｅｐ１３：必要な流量Ｆfuel,liqの液体燃料を蒸発器１０２に供給する。
【００５６】
Ｓｔｅｐ１４：温度センサ６００の蒸気温度の信号値を読み込む。
【００５７】
Ｓｔｅｐ１５：温度センサ６００の蒸気温度の信号値から図３のマップＡを用いてＰＯＸ率の補正係数ｋpox （％）を求める。
【００５８】
Ｓｔｅｐ１６：流量センサ６０１の燃料の蒸気流量の信号値を読み込む。
【００５９】
Ｓｔｅｐ１７：燃料の蒸気流量の信号値と、Ｓｔｅｐ１５で求めたＰＯＸ率の補正係数ｋpox （％）とから、図４のマップＢを用いて供給すべき空気流量を求める。
【００６０】
Ｓｔｅｐ１８：Ｓｔｅｐ１６で定まった空気流量になるように、流量制御弁５０１のバルブ開度を調整する。
【００６１】
Ｓｔｅｐ１９：図１０に示すマップＣを用いて、Ｓｔｅｐ１５で求めたＰＯＸ率の補正係数ｋpox （％）から蒸発器１０２に供給される燃料の燃料流量補正係数ｋFuel（％）を求め、メモリにセットする。ここで、ＰＯＸ率の補正係数ｋpoxが３％であれば、燃料流量補正係数ｋFuelの値は約１％である。なお、メモリの初期値は０である。
【００６２】
次に、第４の実施の形態の燃料改質システムの作用について説明する。上述した第１の実施の形態において、設計仕様（オートサーマル条件）のＰＯＸ率が例えば３０％で、その補正率が±１０％の範囲の場合、補正後のＰＯＸ率は２７〜３３％となる。この程度の変化であれば、改質ガス中の水素の流量は±１％程度の変化でしかなく、燃料電池２００が２０％程度の水素を使用せずに排出し、燃焼器１１０で燃焼させているので、得られる改質ガス中の水素流量が変化するのは誤差範囲内であり、対処する必要はない。しかし、第１の実施の形態をＰＯＸ率を大きく変化させるようなシステムに適用した場合には、ＡＴＲ反応器１０７に供給される導入ガス温度が変化しても、ＡＴＲ反応器１０７から得られる改質ガス中のメタノール濃度やＣＯ濃度は仕様を満たすことができるものの、ＰＯＸ率の補正係数が正の大きな値の場合には、得られる水素量が減少してしまい、燃料電池２００での所望の発電量をまかなうことができない。逆にＰＯＸ率の補正係数が負の大きな値の場合には、燃料電池２００から消費せずに排出される水素量が増加し、システム効率の低下や燃焼器１１０あるいは蒸発器１０２の過加熱を引き起こしてしまう。
【００６３】
これに対して、第４の実施の形態では、ＰＯＸ率の補正係数が正の場合には、燃料流量を増加させることによって得られる水素量が減らないように制御し、逆にＰＯＸ率の補正係数が負の大きな値の場合には、燃料流量を絞って水素量が増えないように制御するため、ＰＯＸ率を変化させても得られる水素量が変化しない効果が得られる。
【００６４】
なお、上記の各実施の形態では具体的な図を用いて説明してきたが、これらの図や文言に限定される訳ではない。以下、その例を説明する。
【００６５】
ＰＯＸ率を制御用のパラメータ値とし、ＰＯＸ率から燃料流量に対する必要な空気流量を定め、改質器に導入されるガス温度によってＰＯＸ率に補正をかける実施の形態を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、ＰＯＸ率というパラメータを使用せずとも、燃料流量に対する必要な空気流量のマップあるいは関数を使用し、これに改質器に導入されるガス温度によって補正をかけてもよい。
【００６６】
また、燃料改質器に導入されるガスの温度を測定する例を説明したが、燃料改質器に導入されるガスの温度の変化が推定できる値であればよく、混合器に導入される蒸気並びに空気の温度とこれらの流量から燃料改質器に導入されるガス温度を推定した値であってもよい。
【００６７】
さらに、蒸気の流量として、蒸気の流量を測定する流量計の信号を用いる例を説明したが、蒸気流量として代替可能な値であればよく、蒸発器で生成する蒸気の原液体燃料の蒸発器に供給される流量やポンプの回転数そのものから換算された蒸気流量、あるいは蒸発器の特性マップ、無駄時間や時定数から推定される蒸気流量であってもよい。空気流量に関しても、同じく流量計の信号を用いる例を説明したが、空気流量として代替可能な値であればよく、バルブ開度と空気の背圧から推定される値であってもよい。
【００６８】
またさらに、液体燃料であるメタノールを例に説明したが、ガソリンなどの他の液体燃料であってもよいし、場合によってはメタンなどの気体燃料であっても適用可能である。
【００６９】
さらにまた、液体燃料であるメタノールと水との混合液をタンクに貯蔵し、混合液として使用する例を説明したが、別々のタンクに貯蔵されていてもよいし、また蒸発器が一つではなく、メタノールと水それぞれを蒸発させるために２個設けられていてもよい。
【００７０】
さらに、図１０のマップＣとして、ＰＯＸ率補正係数と燃料流量補正係数が線形の関係のマップを採用したが、ＰＯＸ率補正係数がある範囲内であれば、燃料流量の補正かけずに、その範囲を超えたときに燃料流量に補正をかけるマップであってもよい。
【００７１】
また、燃料改質器として、オートサーマル反応器を例に説明したが、部分酸化反応を用いた部分酸化反応器のように酸素を含むガスを用いた燃料改質反応であっても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の系統図。
【図２】上記の実施の形態による制御シーケンス図。
【図３】上記の実施の形態で使用するマップＡ（蒸気温度に対するＰＯＸ率補正係数）のグラフ。
【図４】上記の実施の形態で使用するマップＢ（蒸気流量に対する空気流量）のグラフ。
【図５】上記の実施の形態におけるＡＴＲ反応器の排出改質ガス中のメタノール濃度の、ＡＴＲ反応器に供給される蒸気温度への依存性を示すグラフ。
【図６】上記の実施の形態におけるＡＴＲ反応器の排出改質ガス中のＣＯ濃度の、ＡＴＲ反応器に供給される蒸気温度への依存性を示すグラフ。
【図７】本発明の第２の実施の形態の系統図。
【図８】本発明の第３の実施の形態の系統図。
【図９】本発明の第４の実施の形態による制御シーケンス図。
【図１０】上記の実施の形態で使用するマップＣ（ＰＯＸ率補正係数に対する燃料流量補正係数）のグラフ。
【図１１】従来例の系統図。
【符号の説明】
１００  燃料タンク
１０１  燃料
１０２  ポンプ
１０３  燃料蒸気
１０４  混合器
１０５  圧縮機
１０６  空気
１０７  オートサーマル反応器（ＡＴＲ反応器）
１０８  シフト反応器（Ｓｈｉｆｔ反応器）
１０９  選択酸化反応器（ＰＲＯＸ反応器）
１１０  燃焼器
１１１  ポンプ
２００  燃料電池
４００  コントローラ
４０１  燃料改質コントローラ
５００  流量制御弁
５０１  流量制御弁
５０２  流量制御弁
５１０  圧力制御弁
５１１  圧力制御弁
５２０  圧力センサ
５２１  圧力センサ
６００  温度センサ
６０１  流量センサ
６０２  流量センサ
【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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