(57)【要約】【課題】燃焼排ガスによる大気汚染を抑制できる燃料改質システムを提供する。【解決手段】水蒸気改質反応を生じる改質器８と、改質器８を加熱するバーナ９と、バーナ９から排出された燃焼排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸着器１１を備える。ＮＯｘ吸着堆積量Ａが所定量Ａ0より大きくなった場合、負荷減少時、アノードパージ時などに、一時的にＮＯｘ吸着器１１内を還元環境とすることで吸着ＮＯｘの還元除去を行うことにより、ＮＯｘ吸着性能を維持する。【選択図】      図１
2006045024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸熱反応を生じる反応場と、
リーン燃焼により前記反応場を加熱する燃焼手段と、
前記燃焼手段より排出された燃焼排ガス中のＮＯｘ(窒素酸化物)を浄化するＮＯｘ浄化手段と、を備えることを特徴とする燃料改質システム。
【請求項２】
前記反応場を、燃料電池のアノードに導入する燃料ガスを生成する改質反応を生じる改質反応場とする請求項１に記載の燃料改質システム。
【請求項３】
前記ＮＯｘ浄化手段上流へ還元ガスを供給する還元ガス供給手段を備える請求項１または２に記載の燃料改質システム。
【請求項４】
前記還元ガス供給手段を、前記燃焼手段に導入する燃焼燃料の少なくとも一部を分岐して、前記ＮＯｘ浄化手段上流へ導く手段とする請求項３に記載の燃料改質システム。
【請求項５】
前記反応場が、燃料電池のアノードに導入する燃料ガスを生成する改質反応場であり、
前記還元ガス供給手段を、前記改質反応場に導入する改質燃料の一部を分岐して、前記ＮＯｘ浄化手段上流へ導く手段とする請求項３に記載の燃料改質システム。
【請求項６】
前記反応場が、燃料電池のアノードに導入する燃料ガスを生成する改質反応場であり、
前記還元ガス供給手段を、前記改質反応場より排出された改質ガスの少なくとも一部を分岐して、前記ＮＯｘ浄化手段上流へ導く手段とする請求項３に記載の燃料改質システム。
【請求項７】
前記改質反応場で生成された改質ガス中の少なくとも水素を選択的に分離する水素分離手段を備え、
前記還元ガス供給手段を、前記水素分離手段により分離されなかった改質排ガスの少なくとも一部を分岐して、前記ＮＯｘ浄化手段上流へ導く手段とする請求項６に記載の燃料改質システム。
【請求項８】
前記反応場が、燃料電池のアノードに導入する燃料ガスを生成する改質反応場であり、
前記燃料電池のアノードから排出されたガスを再度アノードに導入する還流路を備え、
前記還元ガス供給手段を、前記還流路と、前記ＮＯｘ浄化手段上流とを選択的に連通する手段とする請求項３に記載の燃料改質システム。
【請求項９】
前記ＮＯｘ浄化手段の下流側に酸化触媒を備える請求項１から８のいずれか一つに記載の燃料改質システム。
【請求項１０】
前記ＮＯｘ浄化手段と前記酸化触媒との間に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段を備える請求項９に記載の燃料改質システム。
【請求項１１】
前記酸化剤ガス供給手段を、前記燃焼手段の下流側で分岐して、燃焼排ガスの少なくとも一部を前記ＮＯｘ浄化手段と前記酸化触媒との間に導く手段とする請求項１０に記載の燃料改質システム。
【請求項１２】
前記酸化剤ガス供給手段を、圧縮手段により、前記ＮＯｘ浄化手段と前記酸化触媒との間に空気を導く手段とする請求項１０に記載の燃料改質システム。
【請求項１３】
前記ＮＯｘ浄化手段を、前記燃焼手段より排出された燃焼排ガス中に含まれるＮＯｘを一時的に吸着するＮＯｘ吸着器とする請求項１から１２のいずれか一つに記載の燃料改質システム。
【請求項１４】
前記ＮＯｘ吸着器上流へ還元ガスを供給する還元ガス供給手段を備え、
前記ＮＯｘ吸着器上流へ供給する還元ガス総量を、前記ＮＯｘ吸着器に吸着されているＮＯｘ量に対応して設定し、
一定時間、前記燃焼手段から前記ＮＯｘ吸着器への燃焼排ガスの供給を停止または減少させ、かつ、同時に、供給可能な還元ガスの流量および濃度に応じて、前記ＮＯｘ吸着器へ還元ガスを導入する請求項１３に記載の燃料改質システム。
【請求項１５】
前記ＮＯｘ吸着器上流へ還元ガスを供給する還元ガス供給手段を備え、
前記ＮＯｘ吸着器上流への還元ガスの供給を、システム負荷の減少時に行う請求項１３に記載の燃料改質システム。
【請求項１６】
前記反応場が、燃料電池のアノード導入する燃料ガスを生成する改質反応場であり、
前記燃料電池のアノードから排出されたガスを再度アノードに導入する還流路と、
前記還流路と、前記ＮＯｘ浄化手段上流とを選択的に連通することにより、前記ＮＯｘ吸着器上流へ還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、を備え、
前記ＮＯｘ吸着器上流への還元ガス供給を、前記燃料電池のアノードおよび前記還流路のパージ時に行う請求項１３に記載の燃料改質システム。
【請求項１７】
前記ＮＯｘ浄化手段を、燃焼排ガス中に含まれる窒素酸化物を還元ガスで定常的に浄化するＮＯｘ選択還元器とし、
前記ＮＯｘ選択還元器上流へ還元ガスを供給する還元ガス供給手段を備える請求項１から１２のいずれか一つに記載の燃料改質システム。
【請求項１８】
前記ＮＯｘ選択還元器上流への還元ガス供給量を、前記ＮＯｘ選択還元器へ流入される燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度、ガス流入量、および前記ＮＯｘ選択還元器の温度に応じて設定する請求項１７に記載の燃料改質システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料改質システムに関する。特に、反応場の加熱を行う燃焼手段を備えた燃料改質システムにおける燃焼排ガスの処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料改質システムとして、燃料電池からのオフガスを燃料として導入される燃焼バーナを用いて、水蒸気改質反応に必要な熱を生成するものが知られている。
【０００３】
バーナにおいて、オフガスよりなる燃焼燃料を燃焼するために供給される燃焼用空気の供給量は、定常運転状態の燃料電池発電装置から供給される燃焼燃料の供給量に対する理論空燃比値で表現して、１．２〜１．３程度としている。しかし、燃焼燃料に含まれる燃料成分である水素の濃度は、燃料電池発電装置の出力電力値の変動の影響を受けて変動するものである。したがって、燃焼用空気と燃焼燃料との間の理論空燃比値は、１．１〜２程度の幅を持って変動している（例えば、特許文献１、参照。）。
【特許文献１】特開平０９−０６３６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水蒸気改質方式で用いられる燃焼バーナにおいては、リッチ燃焼方式で燃焼を行うと、排気中に多量のＣＯ、Ｈ2ガスが含まれることから、排気ガスが大気を汚染する可能性がある。また、燃焼エンタルピの観点からも、完全燃焼しないガスが排出されると、燃焼および加熱効率が悪いシステムとなる。一方、特開平０９−０６３６１９号公報に開示されているように、理論空燃比近辺で燃焼を行うと、その燃焼温度の高さから窒素酸化物（以下、ＮＯｘ）を生成することとなり、排気ガスによる大気の汚染という問題が生じる。
【０００５】
そこで、ＮＯｘが生成されない温度領域となるように燃料と空気の混合比を設定して、リーン燃焼を行うことが好ましい。しかしながら、リーン燃焼で反応領域の温度調整を行う水蒸気改質方式のシステムでは、バーナの上流側に改質ガス流路が設けられている、もしくは、独立しているために、負荷変動時の空燃比のずれなどに起因してＮＯｘが発生し、大気中に排出されてしまうといった問題が生じる。
【０００６】
そこで本発明は、上記問題を鑑みて、燃焼排ガスによる大気汚染を抑制できる燃料改質システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、吸熱反応を生じる反応場と、リーン燃焼により前記反応場を加熱する燃焼手段と、前記燃焼手段より排出された燃焼排ガス中のＮＯｘ(窒素酸化物)を浄化するＮＯｘ浄化手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
燃焼手段より排出された燃焼排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化手段を備えることで、燃焼排ガス中のＮＯｘを低減することができる。その結果、システム外に放出される燃焼排ガスによる大気汚染を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の実施形態について説明する。燃料改質システム１の構成を図１に示す。ここでは吸熱反応である水蒸気改質反応を生じることにより改質ガスを生成するシステムについて説明する。
【００１０】
改質原料としての水と改質燃料とを導入する水ポンプ３、燃料ポンプ４と、これらにより取出された水および改質燃料を改質する改質装置５を備える。改質装置５には、蒸発器兼高圧コンデンサ６、熱交換器７、改質器８、およびバーナ９を備える。
【００１１】
蒸発器兼高圧コンデンサ６では、導入された水と改質燃料を蒸発して燃料蒸気を生成する。後述するように改質器８から排出された高温の改質排ガスと、液状の水および燃料との間で熱交換を行うことにより燃料蒸気を生成する。また、熱交換器７では、蒸発器兼高圧コンデンサ６で生成した燃料蒸気を水蒸気改質反応に適した温度まで加熱する。ここでは、後述するバーナ９との熱交換により、燃料蒸気を加熱する。また、改質器８では、水蒸気改質により改質ガスを生成し、さらに改質ガスからＨ2のみを分離・回収する。改質器８には水素分離膜１０を備え、改質ガス中の水素を選択的に分離・回収する。水蒸気改質は全体として吸熱反応となるので、改質器８の反応場温度を適切に維持するために、後述するバーナ９と熱交換可能に構成する。
【００１２】
さらに、バーナ９を熱交換器７、改質器８と熱交換可能に構成する。ここでは、バーナ９の上流側と改質器８、バーナ９の下流側と熱交換器７とを熱交換可能に構成する。バーナ９では、蒸発器兼高圧コンデンサ６で熱源として用いられた改質排ガスを燃焼燃料とする。バーナ９における燃焼反応により、燃料蒸気を改質反応に適した温度まで加熱し、また改質反応場の温度を維持する。バーナ９の燃焼燃料である改質排ガスは、Ｈ2、ＣＯ、ＣＨ4、Ｈ2Ｏ等よりなる。バーナ９ではリーン燃焼を行い、燃焼排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を抑制する。例えば、酸素過剰率が約３となる混合比で空気と混合し、バーナ９に導入する。
【００１３】
また、水素分離膜１０を選択的に透過して分離・回収された水素ガスと、コンプレッサ１６により導入された空気を用いて発電を行う燃料電池１５を備える。なお、コンプレッサ１６によりシステム内に導入された空気は、一部は燃料電池１５に導入され、一部はバーナ９に導入される。
【００１４】
ここで、バーナ９でリーン燃焼を行った場合にも、約９５０℃以上で燃焼運転を行うと燃焼排ガス中にＮＯｘが混在してしまう。また、リーン燃焼を約９５０℃以下で行うように設定した場合にも、燃焼場の不均一性や、負荷変動時の空燃比のずれなどに起因してＮＯｘが発生する。
【００１５】
そこで、バーナ９の下流に燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度を低減するＮＯｘ浄化手段を備える。ここでは、ＮＯｘを一時的に吸着可能なＮＯｘ吸着材１１ａを備えたＮＯｘ吸着器１１を備える。これにより、燃焼排ガス中のＮＯｘを低減し、システム後流へＮＯｘが排出されるのを抑制することができる。その結果、バーナ９に用いる燃焼燃料について、運転可能な酸素過剰率の範囲を広げることができる。
【００１６】
ＮＯｘ吸着器１１に用いるＮＯｘ吸着材１１ａとしては、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウムなどの貴金属、銅、ニッケル、コバルトなどの遷移金属、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウムなどのアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどのアルカリ土類金属を用いる。ＮＯｘの吸着メカニズムとしては、貴金属もしくは遷移金属表面へＮＯ、ＮＯ2分子レベルで吸着する現象や、貴金属もしくは遷移金属の酸化能力により高酸化状態になったＮＯｘが、貴金属もしくは遷移金属表面へ吸着する現象、貴金属もしくは遷移金属の酸化能力により、より高酸化状態になったＮＯｘが、アルカリ金属、アルカリ土類金属とイオン的に結合した状態、たとえばＢａ（ＮＯ3）2のような状態で吸着する現象等を用いる。
【００１７】
このようなＮＯｘ吸着器１１においては、ＮＯｘの吸着が飽和することによりＮＯｘの除去が出来なくなってしまう。そこで、ＮＯｘ吸着器１１に還元ガスを導入することにより、吸着されたＮＯｘを還元除去する制御を行う。このようなＮＯｘ処理の制御手段としてコントローラ１７を備える。
【００１８】
通常、ＮＯｘの吸着種の安定温度域は、およそ１００℃から５５０℃である。１００℃以下では、吸着材１１ａ上に水が凝縮しているため、表面吸着が阻害されて吸着しない可能性がある。５５０℃以上では、吸着したＮＯｘの熱運動エネルギーが増加し、吸着材１１ａ表面との吸着エネルギーを超える、もしくはイオン的に生成した吸着種が不安定になるために、ＮＯもしくはＮＯ2として放出される可能性がある。
【００１９】
ただし、安定温度領域内であっても、還元ガスを導入することで吸着ＮＯｘを還元除去することができる。ＮＯｘの吸着は様々なため、反応経路も数多く存在する。吸着状態については、ＦＴＩＲ（フーリエ変換式赤外分光光度計）などを用いて分光学的に吸着したＮＯｘの状態を調べると、温度、雰囲気酸化状態や触媒表面状態の差により、多くの吸着種が存在し得ることがわかる。そのため、吸着したＮＯｘの状態を特定することは困難である。下記にその一例を示す。
【００２０】
ＮＯ2＋２ＣＯ→１／２Ｎ2＋２ＣＯ2  ・・・ （１）
ＮＯ2＋２Ｈ2→１／２Ｎ2＋２Ｈ2Ｏ  ・・・  （２）
なお、このような反応は、少なくとも１５０℃以上で進行する。この還元反応によりＮＯｘを還元除去することにより、ＮＯｘ吸着器１１のＮＯｘ吸着能力を回復することができる。
【００２１】
還元ガスとしては、ＣＯ、Ｈ2、炭化水素等を用いる。ここでは、還元ガスとして、改質器８で水素分離膜１０を透過しなかった改質排ガスの一部を用いる。前述したように、改質排ガスは、蒸発器兼高圧コンデンサ６で燃料蒸気を生成する際の熱源として用いられた後、バーナ９で燃焼燃料として使用されるが、その一部を分岐してＮＯｘ吸着器１１の上流側に選択的に導入する。図１に示すように、改質器８の下流側とバーナ９の上流側を連通する流路２７から分岐してＮＯｘ吸着器１１上流に接続する流路２８を設け、さらに、流路２８に流量調整バルブ１３を設ける。なお、改質排ガスは、後述する三方バルブ１２の下流でＮＯｘ吸着器１１の上流側に導入される。
【００２２】
また、ＮＯｘ吸着器１１の吸着ＮＯｘを還元除去する際に、還元ガスの一部がＮＯｘと反応せずに排出されてしまう場合がある。そこで、ＮＯｘ吸着器１１のさらに下流側に酸化触媒１４を備える。また、酸化触媒１４の上流側に、ＮＯｘ吸着器１１から排出された還元ガス中に酸化剤ガスを混入する構成を備える。ここでは、燃料電池１５のカソード下流側と酸化触媒１４の上流側とを接続する流路３１を備え、酸化剤ガスとしてカソード排ガスを用いる。酸化触媒１４のみに酸化剤ガスが供給されるため、還元雰囲気下で進行する吸着ＮＯｘの還元と、酸化雰囲気下で進行する還元ガスの酸化の両立が可能となる。
【００２３】
また、ＮＯｘ還元時には、ＮＯｘ吸着器１１内を還元雰囲気とする必要があるため、ＮＯｘ吸着器１１内にバーナ９の燃焼排ガスを導入するのは好ましくない。そこで、バーナ９の下流側に三方バルブ１２を設け、燃焼排ガスをＮＯｘ吸着器１１に導入するか否かを選択可能に構成する。なお、このとき燃焼排ガスがＮＯｘ吸着器１１を通らずに排出されるが、吸着容量を十分大きくとるようにＮＯｘ吸着器１１を設計することにより、全体の運転時間に対する還元除去が行われる時間を小さくすることができる。なお、これについては後に詳細する。
【００２４】
次に、このような吸着ＮＯｘの処理方法を、図２のフローチャートを用いて説明する。本フローは、システム運転中に所定時間毎に繰り返し行われる。
【００２５】
ステップＳ１において、バーナ９でのＮＯｘ生成量を予測する。単位時間あたりに排出されるＮＯｘ量を、改質燃料、水の供給量等の運転条件と運転負荷変更履歴から、予め調べられた実験値に従って予測する。改質システムの運転条件および運転負荷変更履歴は、燃料改質システム１の燃料供給等を制御する図示しないＣＰＵから読み込む。
【００２６】
ステップＳ２において、バーナ９から排出されるＮＯｘ量から予測される、所定時間あたりにさらに吸着されるＮＯｘ吸着量Ａｘを計算し、前回までに積算されているＮＯｘ吸着堆積量Ａに積算する。つまり、
Ａｘ＝バーナ９で生成されるＮＯｘ量×ＮＯｘ吸着率×０．０１  ・・・  （３）
ＮＯｘ吸着率：（１−出口ＮＯｘ量／入口ＮＯｘ量）×１００  ・・・  （４）
ＮＯｘ吸着堆積量Ａ  →  Ａ＋Ａｘ  ・・・  （５）
とする。なお、所定時間を、フローが繰り返される時間間隔とする。また、予め実験等によりＮＯｘ吸着堆積量Ａに対するＮＯｘ吸着率を求めておき、図３に示すようなマップとして記憶しておく。現時点でのＮＯｘ吸着堆積量Ａを用いて、図３よりＮＯｘ吸着率を求める。さらに、ＮＯｘ吸着率は、ＮＯｘ吸着器１１の温度にも関係する。そこで、複数の温度に対して図３に示すようなマップを備え、ＮＯｘ吸着器１１の温度に応じてマップを選択してもよい。さらに、ＮＯｘ吸着率は、ＮＯｘ吸着器１１に導入される燃焼排ガス流量にも関係する。そこで、複数の燃焼排ガス流量に対して図３に示すようなマップを備え、燃焼排ガス流量に応じてマップを選択してもよい。または、ＮＯｘ吸着量Ａｘを計算で求める代わりに、ＮＯｘ吸着器１１の出入口それぞれにＮＯｘ濃度を検出する装置を設け、出入口の検出値の差から求めても良い。
【００２７】
次に、ステップＳ３に進み、ＮＯｘ吸着堆積量Ａが所定値Ａ0を超えたか否かを判断する。ここで、図３に示すように、ＮＯｘ吸着堆積量Ａが大きくなるとＮＯｘ吸着率が低下してしまう。そこで、予め所定値Ａ0を設定し、ＮＯｘ吸着堆積量Ａがこれを超さないように制御することにより適切なＮＯｘ吸着率を維持する。ここでは、ＮＯｘ吸着率が９９％以上に維持されるように、所定値Ａ0を設定する。
【００２８】
ＮＯｘ吸着堆積量Ａが所定値Ａ0以下の場合には、吸着能力は十分であると判断して本フローを終了する。一方、吸着堆積量Ａが所定値Ａ0を超えた場合には、ステップＳ４に進み、吸着ＮＯｘの還元除去を行う。
【００２９】
ステップＳ４において、流量調整バルブ１３を調整して、ＮＯｘ吸着器１１に還元ガスである改質排ガスを導入する。ここでは、還元を継続する時間Ｔ0を予め設定しておく。また、改質排ガス中に含まれる還元成分の濃度を、予め燃料改質システム１の運転状態に応じて実験等により求めておき、これを記憶しておく。図示しないＣＰＵから運転状態を読み込み、これより改質排ガス中の還元成分の濃度を求める。またＮＯｘ吸着堆積量Ａより除去するのに必要な還元成分の総量を算出し、これらより、還元ガスの供給量を求め、さらにこれに応じて流量調整バルブ１３の開度を設定する。
【００３０】
次に、ステップＳ５において、三方バルブ１２を切り替えることにより、ＮＯｘ吸着器１１への燃焼排ガスの導入を停止する。ただしこの限りではなく、燃焼排ガスの導入量を低減するように制御してもよい。これにより、ＮＯｘ吸着器１１内を還元雰囲気として、式（１）、（２）に示すようなＮＯｘの還元を行う。この時、ＮＯｘ吸着器１１で還元に使われなかった還元ガスの一部がＮＯｘ吸着器１１から排出されるが、酸化触媒１４においてカソード排ガスに含まれる酸素と反応して浄化される。
【００３１】
また、前述したように、このとき燃焼排ガスがＮＯｘ吸着器１１を通らずに排出される。そこで、吸着容量が十分大きなＮＯｘ吸着器１１を用いることにより、全体の運転時間に対する還元時間Ｔ0の割合が十分小さくなるように設定する。
【００３２】
ここで、ＮＯｘ吸着器１１上ではＮＯｘが凝縮された状態にあり、この状態で還元ガスと反応させることで、式（１）、（２）に示す反応速度は気相反応に比べ飛躍的に向上される。これに対して、機械的な切り替え時間の制約上、還元時間Ｔ0を実質およそ１秒以下とすることができない。そのため、吸着容量の小さなＮＯｘ吸着器１１を用いると、還元除去を行う頻度が比較的多くなるということと、理論上必要な還元時間に対して実際の還元時間Ｔ0が大きくなるということから、全運転時間に対して還元除去が行われている時間の割合が大きくなってしまう。そこで、機械的な切り替えの制約時間（例えば、１秒）が理論的な還元時間Ｔ0となるような吸着容量のＮＯｘ吸着器１１を用いる。これにより、還元処理の頻度を低減するとともに、無駄に還元処理を行う時間を無くすことができ、全運転時間に対する還元除去が行われている時間を短くすることができる。その結果、ＮＯｘ吸着器１１を通らずに排出される燃焼排ガス量を抑制することができる。また、システム内でバーナ９の燃焼燃料として使われる改質排ガスを還元ガスとして用いるため、改質効率の悪化に繋がるが、上述したように吸着ＮＯｘの還元時間Ｔ0を最適化するように設定することにより、還元ガスの使用量を抑制する事が可能となる。
【００３３】
次に、ステップＳ６において、還元を継続している時間Ｔをカウントする。つまりＴ→Ｔ＋１。次に、ステップＳ７において、還元が継続されている時間Ｔが予め設定された還元時間Ｔ0を超えたか否かを判断する。超えていなければステップＳ７に戻り、再びカウントし、還元時間を超えたらステップＳ８に進む。
【００３４】
ステップＳ８において、流量調整バルブ１３を閉じて還元ガスの供給を停止し、ステップＳ９に進み、吸着堆積量Ａおよび還元継続時間Ｔを０に設定する。ステップＳ１０において三方バルブ１２を切り替えて、バーナ９からの燃焼排ガスを再びＮＯｘ吸着器１１に導入し、燃焼排ガス中のＮＯｘの浄化を再開する。
【００３５】
このように、バーナ９の下流側にＮＯｘ吸着器１１を備えることにより燃焼排ガス中のＮＯｘを浄化することができる。吸着ＮＯｘ量が多くなり吸着性能が低下したら、ＮＯｘ吸着器１１内のＮＯｘを還元除去することにより性能を回復する。
【００３６】
なお、ここでは、ＮＯｘ吸着堆積量Ａおよび還元成分の濃度に応じて供給する還元ガスの総量を設定し、設定された量が予め設定された還元時間Ｔ0で供給されるようにしたが、この限りではない。還元ガスの供給量が制限される場合などには、ＮＯｘ吸着堆積量Ａおよび還元成分の濃度から算出される還元ガスの総量を一定供給量で導入されるように還元時間Ｔ0を変動してもよい。
【００３７】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００３８】
吸熱反応を生じる反応場と、リーン燃焼により反応場を加熱するバーナ９と、バーナ９より排出された燃焼排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化手段と、を備える。これにより、燃料改質システム１の後流に流出されるＮＯｘを低減することができ、バーナ９の運転可能範囲を広げることができる。なお、前記反応場を、燃料電池１５のアノードに導入する燃料ガスを生成する改質反応を生じる改質器８とする。これにより、水蒸気改質反応により改質ガスを生成する燃料改質システム１において、排気ガス中のＮＯｘを抑制することができる。
【００３９】
また、ＮＯｘ浄化手段として、バーナ９から排出された燃焼排ガス中に含まれるＮＯｘを一時的に吸着する吸着物質１１ａを備えたＮＯｘ吸着器１１を備える。燃焼排ガス中からＮＯｘを吸着することができるので、燃料改質システム１の後流にＮＯｘを流出するのを避けることができる。
【００４０】
さらに、ＮＯｘ吸着器１１上流へ還元ガスを供給する還元ガス供給手段を備える。還元ガスを供給することにより、ＮＯｘ吸着器１１に吸着したＮＯｘを還元除去することができるので、吸着ＮＯｘの飽和によりＮＯｘ吸着性能が低下するのを抑制することができる。
【００４１】
還元ガス供給手段を、バーナ９に導入する燃焼燃料の少なくとも一部を分岐して、ＮＯｘ吸着器１１上流へ導く手段とする。また、前記反応場を、燃料電池１５のアノードに導入する燃料ガスを生成する改質器８とし、還元ガス供給手段を、改質器８より排出された改質ガスの少なくとも一部を分岐して、ＮＯｘ吸着器１１上流へ導く手段とする。特に、改質器８に改質ガス中の少なくとも水素を選択的に分離する水素分離膜１０を備え、還元ガス供給手段を、水素分離膜１０により分離されなかった改質排ガスの少なくとも一部を分岐して、ＮＯｘ吸着器１１上流へ導く手段とする。ここでは還元ガス供給手段として、流路２８と流量調整バルブ１３を備える。これにより、既存のガスを還元ガスとして用いることができる。なお、水素分離膜１０を備えない場合には、水素を含有する改質ガスの一部を、還元ガスと用いても良い。
【００４２】
また、ＮＯｘ吸着器１１の下流側に酸化触媒１４を備える。これにより、余剰還元ガスを酸化により浄化してから大気に放出するので、排気ガスによる大気汚染を抑制することができる。また、ＮＯｘ吸着器１１と酸化触媒１４との間に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段を備える。ここでは、酸化剤ガス供給手段として、燃料電池１５のカソード排ガスを酸化触媒１４の上流に導入する流路３１を備える。これにより、ＮＯｘ吸着器１１から排出された還元ガスを、確実に酸化して浄化することができる。
【００４３】
ＮＯｘ吸着器１１上流へ供給する還元ガスの総量を、ＮＯｘ吸着器１１中のＮＯｘ吸着堆積量Ａに対応して設定し、一時的に、バーナ９からＮＯｘ吸着器１１への燃焼排ガスの供給を停止または減少させ、かつ、同時に、供給可能な還元ガス流量および濃度に応じて、ＮＯｘ吸着器１１へ還元ガスを導入する。これにより、吸着ＮＯｘの還元効率を高め、ＮＯｘ還元に必要な還元ガスの消費を減らして燃費悪化を抑制することができる。
【００４４】
次に、第２の実施形態について説明する。燃料改質システム１の構成を図４に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４５】
還元ガスとして、蒸発器兼高圧コンデンサ６で生成される燃料蒸気を用いる。蒸発器兼高圧コンデンサ６の下流領域で熱交換器７へと流通する経路から分岐し、ＮＯｘ吸着器１１の上流に連通する流路２９を設け、これに流量調整バルブ２１を設ける。流量調整バルブ２１を調整することにより、蒸発器兼高圧コンデンサ６で生成された燃料蒸気を、選択的にＮＯｘ吸着器１１に導入可能とする。なお、燃料蒸気は三方バルブ１２の下流で、ＮＯｘ吸着器１１の上流側に導入される。
【００４６】
このように、反応場が、燃料電池１５のアノードに導入する燃料ガスを生成する改質器８であり、還元ガス供給手段を、改質器８に導入する改質燃料の一部を分岐して、ＮＯｘ吸着器１１上流へ導く手段とする。ここでは、還元ガス供給手段として、流路２９と流量調整バルブ２１を備える。これにより、還元ガスとして改質に用いる燃料蒸気を用いて、吸着ＮＯｘを還元除去し、ＮＯｘ吸着器１１の吸着性能を回復することができる。
【００４７】
次に、第３の実施形態について説明する。燃料改質システム１の構成を図５に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４８】
酸化剤ガスとして空気を用いる。ここでは、ＮＯｘ吸着器１１と酸化触媒１４との間と、外部と、を接続する流路３２と、流路３２に配したコンプレッサ２２を備える。なお、コンプレッサ２２は必ずしも必要ではなく、例えばコンプレッサ１６の吐出口と酸化触媒１４の上流側とを選択的に接続可能に構成してもよい。この場合には、吸着ＮＯｘの還元除去時には、コンプレッサ１６の出力を増大するとともに、コンプレッサ１６と酸化触媒１４の上流側とを連通させることにより、余剰還元ガスの浄化を行う。
【００４９】
吸着ＮＯｘの処理方法を、図６のフローチャートを用いて説明する。
【００５０】
ここでは、還元開始時には、流量調整バルブ１３の開度を制御する（Ｓ１５）前に、ステップＳ１４において、コンプレッサ２２を稼動して、外部から酸化触媒１４に空気を導入する。また、還元除去終了時には、流量調整バルブ１３を閉じた（Ｓ１９）後、ステップＳ２０において、コンプレッサ２２を停止する。その他は、図２の制御と同様とする。これにより、ＮＯｘ吸着器１１に還元ガスが導入される期間のみコンプレッサ２２を稼動するので、コンプレッサ２２による消費電力量を抑制することができる。
【００５１】
このように、酸化剤ガス供給手段を、コンプレッサ２２により、ＮＯｘ吸着器１１と酸化触媒１４との間に空気を導く手段とする。ここでは、酸化剤ガス供給手段を、流路３２とコンプレッサ２２により構成する。これにより、余剰還元ガスを浄化する酸化剤ガスとして空気を用いることができる。このとき、吸着ＮＯｘの還元除去時のみに、酸化触媒１４に空気を導入することで、コンプレッサ２２による消費電力量を抑制することができる。
【００５２】
次に、第４の実施形態について説明する。燃料改質システム１の構成を図７に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００５３】
酸化剤ガスとして、バーナ９から排出される燃焼排ガスを用いる。バーナ９内ではリーン燃焼が行われており、排出される燃焼排ガス中には多くの酸素が含まれる。そこで、第１の実施形態において、吸着ＮＯｘの還元除去時に、三方バルブ１２を介して大気中に放出されていた燃焼排ガスを、酸化触媒１４の上流側に導入する流路３０を備える。つまり、三方バルブ１２は、バーナ９の下流側を、ＮＯｘ吸着器１１の上流とを接続させるか、酸化触媒１４の上流とを接続させるかを選択する手段となる。
【００５４】
このように、酸化剤ガス供給手段を、バーナ９の下流側で分岐して、燃焼排ガスの少なくとも一部をＮＯｘ吸着器１１と酸化触媒１４との間に導く手段とする。ここでは、酸化剤ガス供給手段を、流路３０および三方バルブ１２により構成する。これにより、酸化剤ガスとして燃焼排ガスを用いることができる。比較的温度が高い燃焼排ガスを酸化剤ガスとして用いることで、燃焼触媒１４において酸化反応を生じ易くさせることができる。
【００５５】
次に、第５の実施形態について説明する。燃料改質システム１の構成を図８に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００５６】
ＮＯｘ吸着器１１のＮＯｘ吸着性能が低下した場合に加えて、燃料改質システム１の負荷が減少した場合、および、燃料電池１５のアノードパージ時に、ＮＯｘ吸着器１１内の吸着ＮＯｘの還元除去を行う。還元ガスとしては、改質排ガスを用いる。ただし、燃料電池１５のアノードのパージ時には、還元ガスとしてアノード排ガスを用いる。
【００５７】
燃料電池１５のアノードから排出されたアノードガスを再びアノード上流に還流する還流路２３を設け、その一部を排出流路２４と接続する。排出流路２４は、還流路２３とＮＯｘ吸着器１１の上流側とを接続する。排出流路２４にはストップバルブ２５を備え、ストップバルブ２５を開とすることにより燃料電池１５のアノードおよび還流路２３内のアノードガスをパージ可能に構成する。排出流路２４の下流側をＮＯｘ吸着器１１の上流側に接続することにより、パージされたＨ2を含むアノード排ガスがＮＯｘ吸着器１１に導入される。ここでは、アノードのパージを一定時間毎に繰り返し行うが、この限りではなく、窒素センサ等を用いてアノードガス中の窒素濃度が所定より大きくなった場合に行っても良い。
【００５８】
次に、ＮＯｘ処理方法について、図９に示すフローチャートを用いて説明する。本フローを、燃料改質システム１の運転中、所定時間毎に繰り返し実行する。
【００５９】
ステップＳ３１において、燃料改質システム１の負荷が減少状態であるか否かを判断する。ここでは、図示しないＣＰＵから、燃料改質システム１の負荷変化を読み込むことにより判断する。なお、燃料改質システム１を車に搭載する場合などには、アクセル開度や車速等より判断してもよい。
【００６０】
燃料改質システム１の負荷が低減していると判断されたら、ステップＳ３２において、負荷低減ルーチンを実行する。減速時には、応答遅れにより、要求負荷に応じた運転を行うのに必要な熱を生じるための燃焼燃料流量に比べて、改質器８から排出される改質排ガスよりなる燃焼燃料の流量のほうが多くなる。そこで、過剰に排出された改質排ガスを吸着ＮＯｘの還元除去に用いる。
【００６１】
ステップＳ３２の負荷低減ルーチンについて図１０を用いて説明する。
【００６２】
ステップＳ４１において、これまでの運転履歴からＮＯｘ吸着器１１に堆積した吸着ＮＯｘ量を算出する。つまり、ＮＯｘ吸着堆積量Ａを算出する。ステップＳ４２において、三方バルブ１２を切り替えて、バーナ９からの燃焼排ガスを大気開放に切り替える。
【００６３】
ステップＳ４３において、ＮＯｘ吸着器１１内を還元雰囲気とするために、流量調整バルブ１３を調整する。システムの負荷減少に伴ってシステムの出力が変化する際、主に改質装置５の流路容積に起因する負荷応答遅れが生じる。そこで、減速時には、要求負荷に応じた燃焼燃料流量と、その瞬間に改質器８から排出される燃焼燃料である改質排ガス流量の差から計算される余剰改質排ガスを還元ガスとしてＮＯｘ吸着器１１に導入するように流量調整バルブ１３の開度を調整する。予め実験等により負荷変化速度に応じて余剰改質排ガス流量を求めておき、ＣＰＵから読み込まれた運転状態に応じて、流量調整バルブ１３の開度を設定する。
【００６４】
次に、ステップＳ４４においてＮＯｘの残存率ηを決定する。ここで、残存率ηはステップＳ４１で算出したＮＯｘ吸着堆積量Ａおよび還元ガス供給量により予測する。なお、導入される還元ガス量は、ステップＳ４３で構成した流量調整バルブ１３の開度と、開度を調整してからの経過時間により計算することができる。経過時間はステップＳ４６で負荷低減継続の判定が行われるまでの時間であり、ステップＳ４３からステップＳ４６の負荷低減継続の判定が繰り返し行われる毎の時間を加算することで計算できる。ここでは、図１１に示すようなＮＯｘ吸着堆積量Ａと還元ガス供給量に応じた残存率ηのマップを予め実験等により求めておき、ステップＳ４１で求めたＮＯｘ吸着堆積量Ａと還元ガス供給量より残存率ηを求める。ステップＳ４５において、現時点でのＮＯｘ吸着堆積量Ａと残存率ηから、還元終了判定が終わった時点でのＮＯｘ吸着堆積量Ａを求める。つまりＡ→Ａ×ηとし、これを記憶する。
【００６５】
ステップＳ４６において、負荷の減少が継続しているか否かを判断することにより還元を終了するか否かを判定する。例えば、直前の運転からの負荷の変動量が一定値以上であるか否かで判断する。負荷の減少が継続している場合には、ステップＳ４３に戻り、新たに流量調整バルブ１３の開度を調整してＮＯｘ吸着堆積量Ａを求める。負荷の減少が終了したと判断されたら、ステップＳ４７に進み、流量調整バルブ１３を閉じる。ステップＳ４８において三方バルブ１２を切り替えて、ＮＯｘ吸着器１１に再び燃焼排ガスを導入し、燃焼排ガス中のＮＯｘ浄化を再開する。
【００６６】
一方、図９のメインルーチンにおいて、ステップＳ３１で負荷低減時ではないと判断された場合には、ステップＳ３３に進み、アノードのパージが行われているか否かを判断する。パージが行われている場合には、ステップＳ３４においてアノードパージルーチンを実行する。アノードパージルーチンを、図１２を用いて説明する。
【００６７】
ステップＳ５１において、これまでの運転履歴よりＮＯｘ吸着堆積量Ａを算出する。ステップＳ５２において、ストップバルブ２５を開くことにより、燃料電池１５のアノードおよび環流路２３内のパージを実行する。ステップＳ５３において、三方バルブ１２を切り替えて、ＮＯｘ吸着器１１へのバーナ９からの燃焼排ガスの導入を停止する。
【００６８】
ステップＳ５４において、ＮＯｘの残存率εを決定する。水素パージガス量および濃度は毎回ほぼ一定値に固定されており、吸着ＮＯｘと一定量のパージガスとの反応後の吸着ＮＯｘの残存を予め実験等により求めておくことができる。そこで、ステップＳ５１で求めたＮＯｘ吸着堆積量Ａを用いて、図１３に示すようなマップから残存率εを求める。
【００６９】
ステップＳ５５において、ＮＯｘ吸着堆積量Ａを、パージ終了後に予測される値Ａ×εに設定し、これを記憶する。次に、ステップＳ５６において、パージが継続しているか否かを判断する。ここでは、タイマー等によりパージの継続時間を計測し、予め設定された時間が経過したらパージ終了と判断する。パージが継続している間はこの状態を維持し、パージが終了したら、ステップＳ５７に進み、ストップバルブ２５を閉じてパージを終了する。次に、ステップＳ５８において、三方バルブ１２を切り替えて、燃焼排ガスをＮＯｘ吸着器１１に導入し、通常運転に移行する。
【００７０】
図９のメインルーチンにおいて、ステップＳ３３でパージが行われていないと判断されたら、ステップＳ３５に進み、通常運転の制御を行う。なお、通常運転は、第１の実施形態と同様に図２に示すフローに従って行い、終了したら再びメインルーチンに戻るように制御する。
【００７１】
このように、本実施形態では、ＮＯｘ吸着堆積量Ａが所定値Ａ0より大きくなった場合に加えて、過剰に改質排ガスが排出される負荷低下時や、水素含有ガスが排出されるアノードパージにも吸着ＮＯｘの還元除去を行う。
【００７２】
なお、ここではアノードパージを、予め設定した時間および流量にて行っているが、この限りではない。ただし、時間が変化する場合にはパージ継続を図示しないＣＰＵからの燃料供給量等から判断し、また、ステップＳ５６においてパージ継続と判断された場合にステップＳ５４に戻る。さらにパージガスの供給流量や濃度が変化する場合には、その変化に応じてＮＯｘ残存率εを算出する。
【００７３】
さらに、図１０の負荷低減ルーチンおよび図１２のアノードパージルーチンでは各ルーチンが実行されると毎回吸着ＮＯｘの還元除去が行われるが、ルーチン実行の度に還元除去の必要性を判断してから、必要がある場合にのみ還元除去を行ってもよい。つまり、図２の通常運転ルーチンのステップＳ３の判断を行っても良い。これにより、本来、還元操作の必要のないときに大気中に排出される、ＮＯｘを含む燃焼排ガスの量を抑制することができる。
【００７４】
また、還元ガスとして改質ガスを用いるが、この限りではなく、第２の実施形態と同様に、改質反応に用いる燃料蒸気を用いても良い。また、酸化剤ガスとして、カソード排ガスを用いるが、第３の実施形態と同様にように外部から導入した空気や、第４の実施形態と同様に燃焼排ガスを用いても良い。
【００７５】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態とは異なる効果についてのみ説明する。
【００７６】
反応場を、燃料電池１５のアノードに導入する燃料ガスを生成する改質器８とし、燃料電池１５のアノードから排出されたガスを再度アノードに導入する還流路２３を備える。還元ガス供給手段を、還流路２３と、ＮＯｘ吸着器１１上流とを選択的に連通する手段とする。ここでは、排出流路２４とストップバルブ２５により構成する。このようにアノード排ガスを還元ガスとして用いることができ、ＮＯｘ吸着器１１が吸着ＮＯｘが飽和することにより、ＮＯｘ吸着できなくなるのを防ぐ事ができる。
【００７７】
ＮＯｘ吸着器１１上流への還元ガス供給を、システム負荷の減少時に行う。負荷減少時には、バーナ９に求められる生成熱量が、改質器８から排出された全改質排ガスを用いて生成される熱量より小さくなる。そこで、改質器８から排出された余剰改質排ガスを還元ガスとして使用することにより、吸着ＮＯｘの還元除去時における改質効率の悪化を抑制することができる。
【００７８】
また、反応場を、燃料電池１５のアノード導入する燃料ガスを生成する改質器８とし、燃料電池１５のアノードには、排出されたガスを再度アノードに導入する還流路２３を備える。還元ガス供給手段を、還流路２３と、ＮＯｘ吸着器１１上流とを選択的に連通する手段とする。ＮＯｘ吸着器１１上流への還元ガス供給を、燃料電池１５のアノードおよび還流路２３のパージ時に行う。これにより、パージ時に排出される水素を利用して、吸着ＮＯｘ還元除去を行うため、改質効率の悪化を抑制する事が可能となる。
【００７９】
次に、第６の実施形態について説明する。図１４に、燃料改質システム１の構成を示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００８０】
燃焼排ガス中のＮＯｘを浄化する手段として、ＮＯｘ吸着器１１の替わりに、ＮＯｘ選択還元器２６を備える。ＮＯｘ選択還元器２６に、定常的にＮＯｘ含有ガスである燃焼排ガスと還元ガスを導入し、ＮＯｘを選択的に酸化する。つまり、流量調整バルブ１３の開度は、その時々に要求される還元ガス量に応じて制御される。
【００８１】
ＮＯｘ選択還元器２６に用いるＮＯｘ選択還元触媒としては、Ｃｕゼオライト、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウムなどの貴金属、銅、ニッケル、コバルトなどの遷移金属の少なくとも一種類の元素を、酸化アルミニウムもしくは酸化ガリウムの少なくとも一種から構成される酸化物に担持した触媒を用いる。
【００８２】
このような燃料改質システム１におけるＮＯｘ処理方法を図１５のフローチャートを用いて説明する。
【００８３】
ステップＳ６１において、予め実験等により求めたマップより、バーナ９から排出される燃焼排ガス流量、ＮＯｘ選択還元器２６の出口ガス温度、燃焼排ガスのＮＯｘ生成濃度を求める。なお、燃焼排ガス流量は燃料改質システム１の運転負荷から求めることができる。また、ＮＯｘ選択還元器２６の出口ガス温度は、運転負荷に応じて予め求めたマップから予測するか、または、反応器の断熱構造によって決まる放熱量を計算して決める。さらに、ＮＯｘ生成濃度は、運転負荷に応じて予め求めたマップから予測する。
【００８４】
ステップＳ６２では、ステップＳ６１で読み込まれた情報と、図１６に示すＮＯｘ選択還元器２６の性能マップより、ＮＯｘ転化率を一定に保つ為に必要な還元ガス量を判断する。図１６より燃焼排ガス流量とＮＯｘ選択還元器２６の出口のガス温度から還元ガス/ＮＯｘ比が求まり、この比にＮＯｘ流量を掛ければ還元ガス流量が求まる。次に、ステップＳ６３において、ステップＳ６２で求められた、必要な還元ガス流量に対応して、流量調整バルブ１３の調整を行う。
【００８５】
このように、ＮＯｘ選択還元器２６を用いた場合には、燃焼排ガス量に応じて還元ガス量を調整する。
【００８６】
次に、本実施形態の効果を説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００８７】
ＮＯｘ浄化手段を、燃焼排ガス中に含まれるＮＯｘを還元ガスで定常的に浄化するＮＯｘ選択還元器２６とし、ＮＯｘ選択還元器２６上流へ還元ガスを供給する還元ガス供給手段を備える。これにより、酸化雰囲気中の燃焼排ガス中からＮＯｘを選択還元する事が出来るので、システムの後流にＮＯｘが流出するのを抑制することができる。過渡時にＮＯｘが増加した場合には、図１６のマップに基づいて、ＮＯｘ転化率が一定になるように還元ガス量を調整することにより燃焼排ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【００８８】
また、ＮＯｘ選択還元器２６の下流側に酸化触媒１４を備え、ＮＯｘ選択還元器２６と酸化触媒１４の間に酸化剤ガスを導入する。ＮＯｘ選択還元触媒は、流量の増加や酸素濃度の増大により性能が低下するが、酸化剤ガスの導入を酸化触媒１４の直前としたので、ＮＯｘ浄化効率を維持することができる。
【００８９】
ＮＯｘ選択還元器２６上流への還元ガス供給量を、ＮＯｘ選択還元器２６へ流入される燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度、ガス総流入量、およびＮＯｘ選択還元器２６の温度に対応して設定する。これにより、ＮＯｘ選択還元器２６のＮＯｘ浄化性能を常に高く保つことができるとともに、最適還元ガス量を導入することができ、燃費の悪化を防止することができる。
【００９０】
次に、第７の実施形態について説明する。燃料改質システム１の構成を図１７に示す。以下、第２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００９１】
第２の実施形態と同様に流路２９および流量調整バルブ２１を備え、還元ガスとして、改質反応に用いられる燃料蒸気を用いる。さらに、第６の実施形態と同様に、燃焼排ガス中のＮＯｘを除去するために、ＮＯｘ選択還元器２６を用いる。なお、制御方法は、第６の実施形態と同様となる。
【００９２】
このように、ＮＯｘ選択還元器２６に用いる還元ガスとして燃料蒸気を用いることで、定常的に燃焼排ガス中のＮＯｘの還元浄化を行うことができる。
【００９３】
次に、第８の実施形態について説明する。燃料改質システムの構成を図１８に示す。以下、第３の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００９４】
第３の実施形態と同様に、流路３２とコンプレッサ２２を備え、酸化触媒１４に導入する酸化剤ガスとして空気を用いる。さらに、第６の実施形態と同様に、燃焼排ガス中のＮＯｘを除去するために、ＮＯｘ選択還元器２６を用いる。なお、制御方法は、第６の実施形態と同様となる。
【００９５】
このように、定常的に還元ガスが導入されるＮＯｘ選択還元器２６の下流側に酸化触媒１４を備え、酸化触媒１４の上流側に酸化剤ガスとして空気を導入する。これにより、ＮＯｘ選択還元器２６から排出されるガスを浄化してから大気中に放出することができる。
【００９６】
次に、第９の実施形態について説明する。燃料改質システムの構成を図１９に示す。以下、第４の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００９７】
第４の実施形態と同様に、流路３０を設け、三方バルブ１２の一方のポートを酸化触媒１４の上流側に接続する。つまり、バーナ９からの燃焼排ガスが、ＮＯｘ選択還元器２６側と酸化触媒１４側に分岐されるように構成する。このときには酸化触媒１４側に導入される燃焼排ガスが少ない方が好ましい。そこで、ＮＯｘ選択還元器２６の下流側にＮＯｘ検出手段等を設け、フィードバック制御により三方バルブ１２の開度を変更してもよい。
【００９８】
このように、定常的に還元ガスが導入されるＮＯｘ選択還元器２６の下流側に酸化触媒１４を備え、酸化触媒１４の上流側に酸化剤ガスとして燃焼排ガスを導入する。これにより、ＮＯｘ選択還元器２６から排出されるガスを浄化してから大気中に放出することができる。
【００９９】
なお、上記実施形態においては、バーナ９を改質器８の加熱手段としたが、この限りではない。例えば、改質器８とは別に蒸発器等を有する場合には、それらの加熱手段として用いる燃焼装置から排出される燃焼排ガスに対して同様に、ＮＯｘ浄化手段を用いることができる。
【０１００】
また、ＮＯｘ浄化手段としてＮＯｘ選択還元器２６を用いた場合にも、還元ガスとしてアノードパージガスを用いることができる。ただし、パージを実行していない場合にも、改質排ガスを用いる等により還元ガスが導入可能となるように構成する必要がある。
【０１０１】
さらに、アノードの還流路２３を備えず、アノード排ガスとして定常的に燃料電池１５の外部に排出されるように構成した場合にも、アノード排ガスを還元ガスと用いてもよい。特に、ＮＯｘ選択還元器２６を用いた場合には、定常的にアノード排ガスの少なくとも一部を還元ガスとして用いることができる。また、ＮＯｘ吸着器１１を用いた場合にも、分岐路を構成することで、選択的にアノード排ガスを還元ガスとして用いることができる。
【０１０２】
このように、本発明は、上記発明を実施するための最良の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で、様々な変更を為し得ることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、燃焼排ガス中のＮＯｘの浄化を行うシステムに適用することができる。例えば、燃料改質システムで生成される燃焼ガスの処理システムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】第１の実施形態に用いる燃料改質システムの構成図である。
【図２】第１の実施形態におけるＮＯｘ処理制御のフローチャートである。
【図３】ＮＯｘ吸着率と吸着堆積量との関係図である。
【図４】第２の実施形態に用いる燃料改質システムの構成図である。
【図５】第３の実施形態に用いる燃料改質システムの構成図である。
【図６】第４の実施形態に用いる燃料改質システムの構成図である。
【図７】第４の実施形態におけるＮＯｘ処理制御のフローチャートである。
【図８】第５の実施形態に用いる燃料改質システムの構成図である。
【図９】第６の実施形態に用いる燃料改質システムの構成図である。
【図１０】第６の実施形態におけるＮＯｘ処理制御のメインルーチンである。
【図１１】減速運転制御を示すサブルーチンである。
【図１２】還元ガス量とＮＯｘ吸着堆積量に対するＮＯｘ残存率を示すマップである。
【図１３】水素パージ制御を示すサブルーチンである。
【図１４】パージ時のＮＯｘ吸着堆積量に対するＮＯｘ残存率を示すマップである。
【図１５】第７の実施形態におけるＮＯｘ処理制御のフローチャートである。
【図１６】燃焼排ガス流量、ＮＯｘ選択還元器出口温度、還元ガス／ＮＯｘ比の関係を示す図である。
【図１７】第７の実施形態に用いる燃料改質システムの構成図である。
【図１８】第８の実施形態に用いる燃料改質システムの構成図である。
【図１９】第９の実施形態に用いる燃料改質システムの構成図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１    燃料改質システム
８    改質器（反応場、改質反応場）
９    バーナ（燃焼手段）
１０  水素分離膜（水素分離手段）
１１  ＮＯｘ吸着器（ＮＯｘ浄化手段）
１２  三方バルブ
１３  流量調整バルブ（還元ガス供給手段）
１４  酸化触媒
１５  燃料電池
２１  流量調整バルブ（還元ガス供給手段）
２２  コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段、圧縮手段）
２３  還流路
２４  排出流路（還元ガス供給手段）
２５  ストップバルブ（還元ガス供給手段）
２６  ＮＯｘ選択還元器（ＮＯｘ浄化手段）
２８、２９        流路（還元ガス供給手段）
３０、３１、３２  流路（酸化剤ガス供給手段）
【図１】
2006045024.tif 000003
【図２】
2006045024.tif 000004
【図３】
2006045024.tif 000005
【図４】
2006045024.tif 000006
【図５】
2006045024.tif 000007
【図６】
2006045024.tif 000008
【図７】
2006045024.tif 000009
【図８】
2006045024.tif 000010
【図９】
2006045024.tif 000011
【図１０】
2006045024.tif 000012
【図１１】
2006045024.tif 000013
【図１２】
2006045024.tif 000014
【図１３】
2006045024.tif 000015
【図１４】
2006045024.tif 000016
【図１５】
2006045024.tif 000017
【図１６】
2006045024.tif 000018
【図１７】
2006045024.tif 000019
【図１８】
2006045024.tif 000020
【図１９】
2006045024.tif 000021