(57)【要約】【課題】通常運転開始時に、実際のO２/Cモル比を目標O２/Cモル比に近づける。【解決手段】バーナー燃焼室（３）と、バーナー燃焼室（３）内に燃料および空気を供給するためのバーナー（７）と、改質用触媒（４）とを具備している。バーナー燃焼室（３）内において反応せしめられる空気と燃料のO２/Cモル比の目標値が、目標O２/Cモル比として、予め設定されている。暖機運転を行っているときの改質用触媒（４）の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、暖機運転時における実際のO２/Cモル比が推定され、推定された実際のO２/Cモル比が、暖機運転時の目標O２/Cモル比に対してずれているときには、推定された実際のO２/Cモル比を、暖機運転時の目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合が補正される。【選択図】図９
2018043911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナー燃焼を行うためにバーナー燃焼室内に配置されたバーナーと、バーナー燃焼室内に供給されるバーナー燃焼用燃料の供給量を制御可能な燃料供給装置と、バーナー燃焼室内に供給されるバーナー燃焼用空気の供給量を制御可能な空気供給装置と、バーナー燃焼用燃料を着火させるための着火装置と、バーナー燃焼ガスが送り込まれる改質用触媒と、電子制御ユニットとを具備しており、改質用触媒の温度が反応平衡温度に達したときに暖機運転から通常運転に切り替えられる熱、水素生成装置において、バーナー燃焼室内において反応せしめられる空気と燃料のO２/Cモル比の目標値が、目標O２/Cモル比として、暖機運転時および通常運転時の夫々について予め設定されており、該電子制御ユニットは、暖機運転を行っているときの該改質用触媒の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、暖機運転時における実際のO２/Cモル比を推定し、推定された該実際のO２/Cモル比が該目標O２/Cモル比に対してずれているときには、推定された該実際のO２/Cモル比を該目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合を補正する熱、水素生成装置。
【請求項２】
通常運転時における目標O２/Cモル比が、部分酸化改質反応により熱および水素を生成することのできるO２/Cモル比に設定されている請求項１に記載の熱、水素生成装置。
【請求項３】
暖機運転が、リーン空燃比でもってバーナー燃焼を行うことにより改質用触媒の温度を上昇させる１次暖機運転と、該１次暖機運転の完了後に行われかつリッチ空燃比でもってバーナー燃焼を行うことにより改質用触媒の温度を更に上昇させかつ改質用触媒において水素を生成する２次暖機運転からなり、該電子制御ユニットは、該２次暖機運転を行っているときの該改質用触媒の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、暖機運転時における実際のO２/Cモル比を推定し、該２次暖機運転を行っているときに推定された該実際のO２/Cモル比が、暖機運転時の該目標O２/Cモル比に対してずれているときには、推定された該実際のO２/Cモル比を、暖機運転時の該目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合を補正する請求項１に記載の熱、水素生成装置。
【請求項４】
該電子制御ユニットは、該２次暖機運転期間の前半における該改質用触媒の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、暖機運転時における実際のO２/Cモル比を推定し、該２次暖機運転期間の前半において推定された該実際のO２/Cモル比が、暖機運転時の該目標O２/Cモル比に対してずれているときには、推定された該実際のO２/Cモル比を、暖機運転時の該目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合を補正する請求項３に記載の熱、水素生成装置。
【請求項５】
実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に一致しているときの２次暖機運転期間の前半における改質用触媒の温度上昇速度が基準温度上昇速度として予め設定されており、該電子制御ユニットは、該２次暖機運転期間の前半における該改質用触媒の温度上昇速度が、該予め設定された基準温度上昇速度よりも低いときには、該２次暖機運転中において、推定された該実際のO２/Cモル比が増大する方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合を補正する請求項４に記載の熱、水素生成装置。
【請求項６】
実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に一致しているときの２次暖機運転期間の前半における改質用触媒の温度上昇速度が基準温度上昇速度として予め設定されており、該電子制御ユニットは、該２次暖機運転期間の前半における該改質用触媒の温度上昇速度が、該予め設定された基準温度上昇速度よりも高いときには、該通常運転の開始時に、推定された該実際のO２/Cモル比が低下する方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合を補正する請求項４に記載の熱、水素生成装置。
【請求項７】
暖機運転が、リーン空燃比でもってバーナー燃焼を行うことにより改質用触媒の温度を上昇させる１次暖機運転と、該１次暖機の完了後に行われかつリッチ空燃比でもってバーナー燃焼を行うことにより改質用触媒の温度を更に上昇させかつ改質用触媒において水素を生成する２次暖機運転からなり、該電子制御ユニットは、該１次暖機運転を行っているときの該改質用触媒の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、暖機運転時における実際のO２/Cモル比を推定し、該１次暖機を行っているときに推定された該実際のO２/Cモル比が、暖機運転時の該目標O２/Cモル比に対してずれているときには、推定された該実際のO２/Cモル比を、暖機運転時の該目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合を補正する
請求項１に記載の熱、水素生成装置。
【請求項８】
該電子制御ユニットは、通常運転に、該改質用触媒の温度から、実際のO２/Cモル比を推定し、推定された該実際のO２/Cモル比が、通常運転時の該目標O２/Cモル比に対してずれているときには、推定された該実際のO２/Cモル比を、通常運転時の該目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合を補正する請求項１に記載の熱、水素生成装置。
【請求項９】
該改質用触媒の熱劣化を回避しうる許容触媒温度が予め設定されており、該電子制御ユニットは、該空気供給装置を制御して、バーナー燃焼が行われているときに、該改質用触媒の温度が該許容触媒温度を越えたとき、又は該改質用触媒の温度が該許容触媒温度を越えると予測されたときには、該改質用触媒の温度を該許容触媒温度以下に維持するために、該バーナーから該バーナー燃焼室内に供給される空気の温度を低下させる請求項１に記載の熱、水素生成装置。
【請求項１０】
バーナーからバーナー燃焼室内に供給される空気を、該改質用触媒から流出した燃焼ガスにより加熱するための熱交換部を具備しており、該バーナーから該バーナー燃焼室内に空気を送り込む空気流通経路を、該熱交換部において加熱された空気を送り込む高温空気流通経路と、該熱交換部において加熱された空気よりも温度の低い空気を送り込む低温空気流通経路との間で切換える切換装置を具備しており、該電子制御ユニットは、該バーナー燃焼室内に供給される空気の温度を低下させるときには、該バーナーから該バーナー燃焼室内に空気を送り込む空気流通経路を、該高温空気流通経路から該低温空気流通経路に切換える請求項９に記載の熱、水素生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱、水素生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
改質触媒と、改質触媒に燃料および空気からなる燃料ガスを供給するための燃料ガス供給装置とを具備しており、燃料ガス供給装置から供給された燃料ガス中に含まれる燃料および空気を改質触媒において部分酸化反応させることにより、水素および一酸化炭素を含む改質ガスを生成するようにした燃料改質器が公知である（例えば特許文献１を参照）。
このような燃料改質器では、改質ガスの生成時には、通常、反応せしめられる空気と燃料のO２/Cモル比が、部分酸化反応を行うのに適した目標O２/Cモル比に維持されると共に、改質触媒の温度は反応平衡温度に維持されており、燃料改質器には、改質触媒の温度を反応平衡温度まで上昇させるための暖機運転が行われる。この場合、上述の公知の燃料改質器では、改質触媒を電気ヒータにより加熱することによって、改質触媒の暖機作用が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７０６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料を燃焼させたときの反応熱によって改質触媒を暖機するようにした場合には、暖機運転時には、反応せしめられる空気と燃料のO２/Cモル比は、暖機運転に適した目標O２/Cモル比とされ、改質触媒の温度が反応平衡温度に達すると、継続的に部分酸化反応を行うのに適した目標O２/Cモル比に維持される。しかしながらこの場合、空気供給口や燃料供給口の目詰まり等によって供給空気量や供給燃料量が変化すると、供給空気量、或いは供給燃料量が、目標O２/Cモル比に応じた目標供給空気量、或いは目標供給燃料量に対してずれを生じ、その結果、実際のO２/Cモル比が目標O２/Cモル比に対してずれを生ずることになる。このように実際のO２/Cモル比が目標O２/Cモル比に対してずれを生ずると、例えば、実際のO２/Cモル比が目標O２/Cモル比に対して小さくなった場合には、燃料過多となるために燃料中の余剰の炭素が改質触媒の基体の細孔内に付積して、いわゆる、コーキングを生じ、これに対し、実際のO２/Cモル比が目標O２/Cモル比よりも過度に大きくなった場合には、反応平衡温度が高くなるために改質触媒が過熱されるという問題を生ずる。このように、燃料を燃焼させたときの反応熱によって改質触媒を暖機するようにした場合には、実際のO２/Cモル比が目標O２/Cモル比に対してずれを生ずると種々の問題を生ずる。
本発明の目的は、燃料を燃焼させることにより改質用触媒を暖機するようにした場合において、改質用触媒がコーキングを生じたり、或いは改質用触媒が過熱するのを、出来る限り阻止するようにした熱、水素生成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、上記問題を解決するために、バーナー燃焼を行うためにバーナー燃焼室内に配置されたバーナーと、バーナー燃焼室内に供給されるバーナー燃焼用燃料の供給量を制御可能な燃料供給装置と、バーナー燃焼室内に供給されるバーナー燃焼用空気の供給量を制御可能な空気供給装置と、バーナー燃焼用燃料を着火させるための着火装置と、バーナー燃焼ガスが送り込まれる改質用触媒と、電子制御ユニットとを具備しており、改質用触媒の温度が反応平衡温度に達したときに暖機運転から通常運転に切り替えられる熱、水素生成装置において、バーナー燃焼室内において反応せしめられる空気と燃料のO２/Cモル比の目標値が、目標O２/Cモル比として、暖機運転時および通常運転時の夫々について予め設定されており、電子制御ユニットは、暖機運転を行っているときの改質用触媒の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、暖機運転時における実際のO２/Cモル比を推定し、推定された実際のO２/Cモル比が目標O２/Cモル比に対してずれているときには、推定された実際のO２/Cモル比を目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合を補正する熱、水素生成装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、暖機運転時において、推定された実際のO２/Cモル比が目標O２/Cモル比に対してずれているときには、ずれがなくなる方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合が補正されるので、改質用触媒がコーキングを生じたり、或いは改質用触媒が過熱するのが抑制される。また、改質用触媒の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から実際のO２/Cモル比を推定するようにしているので、安価な温度センサを用いてバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合を補正することができるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は熱、水素生成装置の全体図である。
【図２】図２は軽油の改質反応を説明するための図である。
【図３】図３は、反応平衡温度ＴＢと、Ｏ２/Ｃモル比との関係を示す図である。
【図４】図４は、炭素原子１個当りの生成分子個数と、Ｏ２/Ｃモル比との関係を示す図である。
【図５】図５は、改質用触媒内の温度分布を示す図である。
【図６】図６は、供給される空気の温度ＴＡが変化したときの反応平衡温度ＴＢと、Ｏ２/Ｃモル比との関係を示す図である。
【図７】図７は、熱、水素生成制御を示すタイムチャートである。
【図８】図８Ａおよび８Ｂは、２次暖機を行う運転領域を示す図である。
【図９】図９は、本発明による熱、水素生成制御の第１実施例を示すタイムチャートである。
【図１０】図１０は、本発明による熱、水素生成制御の第１実施例を示すタイムチャートである。
【図１１】図１１は、熱、水素生成制御を行うための第１実施例のフローチャートである
【図１２】図１２は、熱、水素生成制御を行うための第１実施例のフローチャートである
【図１３】図１３は、熱、水素生成制御を行うための第１実施例のフローチャートである
【図１４】図１４は、熱、水素生成制御を行うための第１実施例のフローチャートである
【図１５】図１５は、熱、水素生成制御を行うための第１実施例のフローチャートである
【図１６】図１６は、熱、水素生成制御を行うための第１実施例のフローチャートである
【図１７】図１７は、熱、水素生成制御を行うための第１実施例のフローチャートである。
【図１８】図１８は、熱、水素生成制御を行うための第１実施例のフローチャートである。
【図１９】図１９は、熱、水素生成制御を行うための第１実施例のフローチャートである。
【図２０】図２０は、触媒温度の上昇規制制御を行うためのフローチャートである。
【図２１】図２１Ａおよび２１Ｂは、２次暖機を行う運転領域を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明による熱、水素生成制御の第２実施例を示すタイムチャートである。
【図２３】図２３は、本発明による熱、水素生成制御の第２実施例を示すタイムチャートである。
【図２４】図２４は、熱、水素生成制御を行うための第２実施例のフローチャートである
【図２５】図２５は、熱、水素生成制御を行うための第２実施例のフローチャートである
【図２６】図２６は、熱、水素生成制御を行うための第２実施例のフローチャートである
【図２７】図２７は、熱、水素生成制御を行うための第２実施例のフローチャートである
【図２８】図２８は、熱、水素生成制御を行うための第２実施例のフローチャートである
【図２９】図２９は、熱、水素生成制御を行うための第２実施例のフローチャートである
【図３０】図３０は、熱、水素生成制御を行うための第２実施例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１に熱、水素生成装置１の全体図を示す。この熱、水素生成装置１は全体的に円筒状をなす。
図１を参照すると、２は熱、水素生成装置１の円筒状ハウジング、３はハウジング２内に形成されたバーナー燃焼室、４はハウジング２内に配置された改質用触媒、５はハウジング内に形成されたガス流出室を夫々示す。図１に示される実施例では、ハウジング２の長手方向中央部に改質用触媒４が配置されており、ハウジング２の長手方向一端部にバーナー燃焼室３か配置されており、ハウジング２の長手方向他端部にガス流出室５か配置されている。図１に示されるように、この実施例では、ハウジング２の外周全体が断熱材６により覆われている。
【０００９】
図１に示されるように、バーナー燃焼室３の一端部には、燃料噴射弁８を備えたバーナー７が配置されている。燃料噴射弁８の先端はバーナー燃焼室３内に配置されており、この燃料噴射弁８の先端には燃料噴射口９が形成されている。また、燃料噴射弁８周りには空気室１０が形成されており、燃料噴射弁８の先端周りには空気室１０内の空気をバーナー燃焼室３内に向けて噴出させるための空気供給口１１が形成されている。図１に示される実施例では、燃料噴射弁８は燃料タンク１２に接続されており、燃料タンク１２内の燃料が燃料噴射弁８の燃料噴射口９から噴射される。図１に示される実施例では、この燃料は軽油からなる。
【００１０】
一方、空気室１０は、一方では高温空気流通路１３を介して吐出量の制御可能な空気ポンプ１５に接続され、他方では低温空気流通路１４を介して吐出量の制御可能な空気ポンプ１５に接続されている。図１に示されるように、これらの高温空気流通路１３および低温空気流通路１４内には、夫々高温空気弁１６および低温空気弁１７が配置されている。また、図１に示されるように、高温空気流通路１３は、ガス流出室５内に配置された熱交換部を具備しており、この熱交換部が図１に、符号１３ａでもって図解的に示されている。なお、この熱交換部は、改質用触媒４の下流であってガス流出室５を画定するハウジング２の周囲に形成することもできる。即ち、この熱交換部１３ａは、ガス流出室５から流出した高温ガス熱を用いて熱交換作用が行われる場所に配置、又は形成することが好ましい。一方、低温空気流通路１４は、このようにガス流出室５から流出した高温ガス熱を用いて熱交換作用の行われる熱交換部を有していない。
【００１１】
高温空気弁１６が開弁し、低温空気弁１７が閉弁せしめられると外気は、エアクリーナ１８、空気ポンプ１５、高温空気流通路１３および空気室１０を介して空気供給口１１からバーナー燃焼室３内に供給される。このとき外気、即ち、空気は熱交換部１３ａ内を流通せしめられる。これに対し、低温空気弁１７が開弁し、高温空気弁１６が閉弁せしめられると外気、即ち、空気は、エアクリーナ１８、空気ポンプ１５、低温空気流通路１４および空気室１０を介して空気供給口１１から供給される。従って、高温空気弁１６および低温空気弁１７は、空気室１０を介して空気供給口１１に空気を供給する空気流通路を、高温空気流通路１３と低温空気流通路１４との間で切換え可能な切換え装置を形成している。
【００１２】
一方、バーナー燃焼室３内には点火装置１９が配置されており、図１に示される実施例では、この点火装置１９はグロープラグからなる。このグロープラグ１９はスイッチ２０を介して電源２１に接続されている。一方、図１に示される実施例では、改質用触媒４が、酸化部４ａと改質部４ｂからなる。図１に示される実施例では、改質用触媒４の基体はゼオライトからなり、この基体上に、酸化部４ａでは主にパラジウムＰｄが担持されており、改質部４ｂでは主にロジウムＲｈが担持されている。また、バーナー燃焼室３内には、改質用触媒４の酸化部４ａの上流側端面の温度を検出するための温度センサ２２が配置されており、ガス流出室５内には、改質用触媒４の改質部４ｂの下流側端面の温度を検出するための温度センサ２３が配置されている。更に、断熱材６の外部に位置する低温空気流通路１４には、低温空気流通路１４内を流通する空気の温度を検出するための温度センサ２４が配置されている。
【００１３】
図１に示されるように、熱、水素生成装置１は電子制御ユニット３０を具備している。この電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、  図１に示されるように、双方向性バス３１によって互いに接続されたROM（リードオンリメモリ）３２、RAM（ランダムアクセスメモリ）３３、CPU（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。各温度センサ２２，２３および２４の出力信号は夫々対応するAD変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、グロープラグ１９の抵抗値を示す出力信号が対応するAD変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５には、各種指令を発生する各種指令発生部３９からの各種指令が入力される。
【００１４】
一方、出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して夫々燃料噴射弁８、高温空気弁１６、低温空気弁１７、およびスイッチ２０に接続される。更に、出力ポート３６は、空気ポンプ１５の吐出量を制御するポンプ駆動回路４０に接続され、空気ポンプ１５から目標供給空気量を吐出させるのに必要なポンプ駆動電力が、ポンプ駆動回路４０から空気ポンプ１５に供給される。
【００１５】
熱、水素生成装置１の運転開始時には、バーナー７から噴射された燃料がグロープラグ１９により着火され、それにより、バーナー燃焼室３内において、バーナー７から供給された燃料および空気が反応することによりバーナー燃焼が開始される。バーナー燃焼が開始されると、改質用触媒４の温度が次第に上昇する。このとき、バーナー燃焼はリーン空燃比のもとで行われている。次いで、改質用触媒４の温度が、燃料を改質可能な温度に到達すると、空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切換えられ、改質用触媒４における燃料の改質作用が開始される。燃料の改質作用が開始されると、水素が生成され、生成された水素を含む高温のガスが、ガス流出室５のガス流出口２５から流出せしめられる。
【００１６】
即ち、本発明の実施例では、熱、水素生成装置１は、バーナー燃焼室３と、バーナー燃焼を行うためにバーナー燃焼室３内に配置されたバーナー７と、バーナー７からバーナー燃焼室３内に供給される燃料の供給量を制御可能な燃料供給装置と、バーナー７からバーナー燃焼室３内に供給される空気の温度および供給量を制御可能な空気供給装置と、燃料を着火させるための着火装置１９と、バーナー燃焼ガスが送り込まれる改質用触媒４と、電子制御ユニット３０を具備しており、空気供給装置が、バーナー７からバーナー燃焼室３内に供給される空気をバーナー燃焼ガスにより加熱するための熱交換部１３ａを具備している。
【００１７】
この場合、本発明の実施例では、燃料噴射弁８が上述の燃料供給装置を構成しており、空気室１０、空気供給口１１、高温空気流通路１３、熱交換部１３ａ、低温空気流通路１４、空気ポンプ１５、高温空気弁１６および低温空気弁１７が上述の空気供給装置を構成している。また、本発明の実施例では、熱、水素生成装置１において、バーナー燃焼を行うことにより熱および水素が生成される。
【００１８】
熱、水素生成装置１により生成された熱および水素は、例えば、車両の排気浄化用触媒を暖機するために用いられる。この場合、熱、水素生成装置１は、例えば、車両のエンジンルーム内に配置される。無論、熱、水素生成装置１により生成された熱および水素は、その他の種々の目的のために使用される。いづれにしても、熱、水素生成装置１では、燃料を改質することにより水素を生成するようにしている。そこでまず初めに、図２を参照しつつ、燃料として軽油を用いた場合の改質反応について説明する。
【００１９】
図２の（ａ）から（ｃ）には、燃料として一般的に使用されている軽油を用いた場合を例にとって、完全酸化反応が行われたときの反応式、部分酸化改質反応が行われたときの反応式、および水蒸気改質反応が行われたときの反応式が示されている。なお、各反応式における発熱量ΔＨ０は低位発熱量（ＬＨＶ）で示されている。さて、図２の（ｂ）および（ｃ）からわかるように、軽油から水素を発生させるには、部分酸化改質反応を行わせる方法と、水蒸気改質反応を行わせる方法との二つの方法がある。水蒸気改質反応は、軽油に水蒸気を添加する方法であり、図２（ｃ）からわかるように、この水蒸気改質反応は吸熱反応である。従って、水蒸気改質反応を生じさせるには外部から熱を加える必要がある。大型の水素生成プラントでは、通常、部分酸化改質反応に加え、水素の生成効率を高めるために、発生した熱を捨てずに、発生した熱を水素の生成のために使用する水蒸気改質反応が用いられている。
【００２０】
これに対し、本発明では、水素と熱の両方を生成するために、発生した熱を水素の生成のために使用する水蒸気改質反応は用いておらず、本発明では、部分酸化改質反応のみを用いて水素を生成している。この部分酸化改質反応は、図２（ｂ）からわかるように、発熱反応であり、従って外部から熱を加えなくても自分の発生した熱でもって改質反応が進行し、水素が生成される。さて、図２（ｂ）の部分酸化改質反応の反応式に示されるように、部分酸化改質反応は、反応せしめられる空気と燃料との比を示すＯ２/Ｃモル比が０．５のリッチ空燃比でもって行われ、このときＣＯとＨ２とが生成される。
【００２１】
図３は、空気と燃料とを改質触媒において反応させて平衡に達したときの反応平衡温度ＴＢと、空気と燃料のＯ２/Ｃモル比との関係を示している。なお、図３の実線は、空気温が２５℃のときの理論値を示している。図３の実線に示されるように、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５のリッチ空燃比でもって部分酸化改質反応が行われたときには、反応平衡温度ＴＢはほぼ８３０℃となる。なお、このときの実際の反応平衡温度ＴＢは８３０℃よりも若干低くなるが、以下、反応平衡温度ＴＢは図３の実線に示す値になるものとして、本発明による実施例について説明する。
【００２２】
一方、図２（ａ）の完全酸化反応の反応式からわかるように、Ｏ２/Ｃモル比＝１．４５７５のときに空気と燃料との比が理論空燃比となり、図３に示されるように、反応平衡温度ＴＢは、空気と燃料との比が理論空燃比になったときに最も高くなる。Ｏ２/Ｃモル比が０．５と１．４５７５との間では、一部では部分酸化改質反応が行われ、一部では完全酸化反応が行われる。この場合、Ｏ２/Ｃモル比が大きくなるほど、部分酸化改質反応が行われる割合比べて完全酸化反応が行われる割合が大きくなるので、Ｏ２/Ｃモル比が大きくなるほど、反応平衡温度ＴＢが高くなる。
【００２３】
一方、図４は、炭素原子１個当りの生成分子（Ｈ２およびＣＯ）の個数とＯ２/Ｃモル比との関係を示している。上述したように、Ｏ２/Ｃモル比が０．５よりも大きくなるほど、部分酸化改質反応が行われる割合が減少する。従って、図４に示されるように、Ｏ２/Ｃモル比が０．５よりも大きくなるほど、Ｈ２およびＣＯの生成量が減少する。なお、図４には記載していないが、Ｏ２/Ｃモル比が０．５よりも大きくなると、図２（ａ）に示される完全酸化反応によって、ＣＯ２とＨ２Ｏの生成量は増大する。ところで、図４は、図２（ｄ）に示される水性ガスシフト反応が生じないと仮定した場合のＨ２およびＣＯの生成量を示している。しかしながら、実際には部分酸化改質反応によって生成されたＣＯと完全酸化反応にとって生成されたＨ２Ｏとにより図２（ｄ）に示される水性ガスシフト反応が生じ、この水性ガスシフト反応によっても、水素が生成される。
【００２４】
さて、上述したように、Ｏ２/Ｃモル比が０．５よりも大きくなるほど、Ｈ２およびＣＯの生成量が減少する。一方、図４に示されるように、Ｏ２/Ｃモル比が０．５よりも小さくなると、反応し得ない余剰の炭素Ｃが増大する。この余剰の炭素Ｃは改質用触媒の基体の細孔内に付積し、いわゆる、コーキングを生ずる。コーキングが生ずると改質用触媒の改質能力が著しく低下する。従って、コーキングが生ずるのを回避するために、Ｏ２/Ｃモル比は０．５よりも小さくさせないようにする必要がある。また、図４からわかるように、余剰の炭素Ｃが生じない範囲で、水素の生成量が最大となるのは、Ｏ２/Ｃモル比が０．５のときである。従って、本発明の実施例では、水素を生成するために部分酸化改質反応が行われるときには、コーキングが生ずるのを回避しつつ、水素を最も効率よく生成しうるように、Ｏ２/Ｃモル比が、原則０．５とされる。
【００２５】
一方、Ｏ２/Ｃモル比が、理論空燃比であるＯ２/Ｃモル比＝１．４５７５よりも大きくされても完全酸化反応が行われるが、Ｏ２/Ｃモル比が大きくなるほど昇温すべき空気量が増大する。従って、図３に示されるように、Ｏ２/Ｃモル比が、理論空燃比を示すＯ２/Ｃモル比＝１．４５７５よりも大きくされると、Ｏ２/Ｃモル比が大きくなるほど、反応平衡温度ＴＢが低下する。この場合、例えば、Ｏ２/Ｃモル比が２．６のリーン空燃比にされると、空気温が２５℃である場合には、反応平衡温度ＴＢはほぼ９２０℃となる。
【００２６】
さて、前述したように、図１に示される熱、水素生成装置１の運転開始時には、バーナー７から噴射された燃料がグロープラグ１９により着火され、それにより、バーナー燃焼室３内において、バーナー７から噴射された燃料および空気が反応することによりバーナー燃焼が開始される。バーナー燃焼が開始されると、改質用触媒４の温度が次第に上昇する。このとき、バーナー燃焼はリーン空燃比のもとで行われている。次いで、改質用触媒４の温度が、燃料を改質可能な温度に到達すると、空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切換えられ、改質用触媒４における燃料の改質作用が開始される。燃料の改質作用が開始されると、水素が生成される。図５には、改質用触媒４における反応が平衡状態になったときの改質用触媒４の酸化部４ａおよび改質部４ｂ内の温度分布を示している。なお、この図５は、外気温が２５℃のときに、この外気が図１に示される低温空気流通路１４を介して、バーナー７からバーナー燃焼室３内に供給された場合の温度分布を示している。
【００２７】
図５の実線は、バーナー７から供給される空気と燃料のＯ２/Ｃモル比が０．５のときの改質用触媒４内の温度分布を示している。図５に示されるように、この場合には、改質用触媒４の酸化部４ａでは、改質用触媒４内の温度は、残存酸素による酸化反応熱により下流側に向けて上昇する。燃焼ガスが改質用触媒４の酸化部４ａ内から改質部４ｂ内に進む頃には、燃焼ガス中の残存酸素は消滅し、改質用触媒４の改質部４ｂでは燃料の改質作用が行われる。この改質反応は吸熱反応であり、従って改質用触媒４内の温度は、改質作用が進むに従って、即ち、改質用触媒４の下流側に向けて低下する。このときの改質用触媒４の下流側端面の温度は８３０℃であり、図３に示されるＯ２/Ｃモル比＝０．５のときの反応平衡温度ＴＢに一致する。
【００２８】
一方、図５には、バーナー７から供給される空気と燃料のＯ２/Ｃモル比が２．６のリーン空燃比であるときの改質用触媒４内の温度分布が、破線で示されている。この場合も、改質用触媒４内の温度は、改質用触媒４の酸化部４ａ内では、燃料の酸化反応熱によって下流側に向けて上昇する。一方、この場合には、改質用触媒４の改質部４ｂ内において改質作用は行われないので、改質用触媒４内の温度は、改質部４ｂ内では一定に保持される。このときの改質用触媒４の下流側端面の温度は９２０℃であり、図３に示されるＯ２/Ｃモル比＝２．６のときの反応平衡温度ＴＢに一致する。即ち、図３の反応平衡温度ＴＢは、外気温が２５℃のときにこの外気が図１に示される低温空気流通路１４を介して、バーナー７からバーナー燃焼室３内に供給されたときの改質用触媒４の下流側端面の温度を示していることになる。
【００２９】
次に、図６を参照しつつ、改質触媒において燃料と反応する空気の温度を変化させたときの反応平衡温度ＴＢについて説明する。図６は、図３と同様に、空気と燃料とを改質触媒において反応させて平衡に達したときの反応平衡温度ＴＢと、空気と燃料のＯ２/Ｃモル比との関係を示している。なお、図６においてＴＡは空気温を示しており、この図６には、図３において実線で示される反応平衡温度ＴＢとＯ２/Ｃモル比との関係が再度実線で示されている。図６には更に、空気温ＴＡを２２５℃、４２５℃、６２５℃に変化させたときの反応平衡温度ＴＢとＯ２/Ｃモル比との関係が破線で示されている。図６から、空気温ＴＡが上昇すると、Ｏ２/Ｃモル比にかかわらず反応平衡温度ＴＢが全体的に高くなることがわかる。
【００３０】
一方、本発明の実施例において用いられている改質用触媒４は、触媒温度が９５０℃以下であれば、大きな熱劣化を生じないことが確認されている。従って、本発明の実施例では、９５０℃が、改質用触媒４の熱劣化を回避しうる許容触媒温度ＴＸとされており、この許容触媒温度ＴＸが図３、図５および図６に示されている。図５からわかるように、空気温ＴＡが２５℃のときには、Ｏ２/Ｃモル比が０．５のときでも、Ｏ２/Ｃモル比が２．６のときでも、改質用触媒４における反応が平衡状態になったときの改質用触媒４の温度は、改質用触媒４のいずれの場所でも、許容触媒温度ＴＸ以下となる。従って、この場合には、実用上、熱劣化が問題とされることなく、改質用触媒４を使用し続けることができる。
【００３１】
一方、図３からわかるように、空気温ＴＡが２５℃のときでも、Ｏ２/Ｃモル比が０．５よりも少し大きくなると、改質用触媒４における反応が平衡状態になったときの改質用触媒４の下流側端面の温度、即ち、反応平衡温度ＴＢは許容触媒温度ＴＸを越えてしまい、Ｏ２/Ｃモル比が２．６よりも少し小さくなると、改質用触媒４における反応が平衡状態になったときの改質用触媒４の下流側端面の温度は許容触媒温度ＴＸを越えてしまう。従って、例えば、改質用触媒４における反応が平衡状態であるときに部分酸化改質反応を生じさせる場合、Ｏ２/Ｃモル比を０．５よりも大きくすることもできるが、Ｏ２/Ｃモル比を大きくし得る範囲は限られている。
【００３２】
一方、図６からわかるように、空気温ＴＡが高くなると、改質用触媒４における反応が平衡状態になっているときに、Ｏ２/Ｃモル比を０．５にしたとしても、改質用触媒４における反応が平衡状態になったときの改質用触媒４の下流側端面の温度は、許容触媒温度ＴＸよりも高くなり、従って、改質用触媒４が熱劣化することになる。従って、空気温ＴＡが高くなったときには、改質用触媒４における反応が平衡状態になっているときに、Ｏ２/Ｃモル比を０．５とすることができない。そこで、本発明の実施例では、改質用触媒４における反応が平衡状態になったときには、空気温ＴＡが２５℃程度の低い温度とされ、空気温ＴＡを２５℃程度の低い温度に維持した状態で、Ｏ２/Ｃモル比が０．５とされる。
【００３３】
次に、図７を参照しつつ、図１に示される熱、水素生成装置１による熱、水素生成方法の概要について説明する。なお、この図７は、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に完全に一致している場合を示しており、本発明を容易に理解し得るように、最初に、図７を参照しつつ、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に一致している場合について説明する。図７を参照すると、図７には、グロープラグ１９の作動状態、バーナー７からの供給空気量、バーナー７からの供給燃料量、反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比、バーナー７から供給される空気の供給空気温、および改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが示されている。なお、図７等に示される改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣに対する各目標温度は理論値であり、本発明による実施例では、前述したように、例えば、実際の反応平衡温度ＴＢは、目標温度である８３０℃よりも若干低くなる。これらの各目標温度は、熱、水素生成装置１の構造等によって変化し、従って、実際には、実験を行って、熱、水素生成装置１の構造に応じた最適の各目標温度を予め定める必要がある。
【００３４】
熱、水素生成装置１の運転が開始されると、グロープラグ１９がオンとされ、次いで、空気が高温空気流通路１３を介してバーナー燃焼室３内に供給される。この場合、図７において、破線で示されるように、空気が高温空気流通路１３を介してバーナー燃焼室３内に供給された後、グロープラグ１９をオンにすることもできる。次いで、バーナー７から燃料が噴射される。バーナー７から噴射された燃料がグロープラグ１９により着火されると、燃料量が増量されると共に、反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比が４．０から３．０に減少され、バーナー燃焼室３内においてバーナー燃焼が開始される。燃料の供給が開始されてから燃料が着火されるまでの期間は、ＨＣの発生量を極力抑えるために、空燃比がリーン空燃比とされている。
【００３５】
次いで、リーン空燃比のもとでバーナー燃焼が続行され、それにより、改質用触媒４の温度が徐々に上昇せしめられる。一方、バーナー燃焼が開始されると、改質用触媒４を通ってガス流出室５内に流出するガスの温度が次第に上昇する。従って、このガスにより熱交換部１３ａにおいて加熱される空気の温度も次第に上昇し、その結果、高温空気流通路１３からバーナー燃焼室３内に供給される空気の温度が次第に上昇する。それにより、改質用触媒４の暖機が促進されることになる。このようにリーン空燃比のもとで行われる改質用触媒４の暖機運転を、本発明の実施例では、図７に示されるように１次暖機運転と称している。なお、図７に示される例では、この１次暖機運転の間に、供給空気量と燃料量が増量されている。
【００３６】
この１次暖機運転は、改質用触媒４において燃料の改質が可能になるまで続行される。本発明の実施例では、改質用触媒４の下流側端面の温度が７００℃になると、改質用触媒４において燃料の改質が可能になったと判断され、従って、図７に示されるように、本発明の実施例では、１次暖機運転は、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃になるまで続行される。なお、本発明の実施例では、水素生成装置１の運転が開始されてから改質用触媒４の１次暖機運転が完了するまで、図７に示されるように、反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比が３．０から４．０とされる。無論、このときには、改質用触媒４の温度は許容触媒温度ＴＸよりもかなり低いので、反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比を、例えば、２．０から３．０のような理論空燃比に近いＯ２/Ｃモル比とすることもできる。
【００３７】
次いで、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃になると、改質用触媒４において燃料の改質が可能になったと判断され、水素を生成するための部分酸化改質反応が開始される。本発明の実施例では、このとき、図７に示されるように、まず初めに２次暖機運転が行われ、２次暖機運転が完了すると通常運転が行われる。この２次暖機運転は、水素を生成しながら改質用触媒４の温度を更に上昇させるために行われる。この２次暖機運転は、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、反応平衡温度ＴＢに達するまで続行され、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、反応平衡温度ＴＢに達すると通常運転に移行する。図８Ａには、この２次暖機運転が行われる熱、水素生成装置１の運転領域ＧＧが、実線ＧＬ，ＧＵ，ＧＳで囲まれたハッチング領域で示されている。なお、図８Ａにおいて、縦軸は反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比を示しており、横軸は改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣを示している。
【００３８】
図４を参照しつつ説明したように、反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比が０．５よりも小さくなるとコーキングを生ずる。図８Ａにおける実線ＧＬは、コーキングの生成に対するＯ２/Ｃモル比の境界を示しており、この境界ＧＬよりもＯ２/Ｃモル比が小さい領域ではコーキングを生ずる。なお、改質用触媒４の温度が低くなると、Ｏ２/Ｃモル比が大きくなっても、即ち、空燃比のリッチの度合いが低下しても、炭素Ｃが酸化されることなく改質用触媒の基体の細孔内に付積するようになり、コーキングを生ずる。従って、図８Ａに示されるように、コーキングを生ずるＯ２/Ｃモル比の境界ＧＬは、改質用触媒４の温度が低くなるほど高くなる。従って、コーキングの生成を回避するために、部分酸化改質反応は、即ち、熱、水素生成装置１の２次暖機運転および通常運転は、このＯ２/Ｃモル比の境界ＧＬ上、又は境界ＧＬの上側で行われる。
【００３９】
一方、図８Ａにおいて、実線ＧＵは、熱、水素生成装置１の２次暖機運転時において、改質用触媒４の温度が許容触媒温度ＴＸを越えないようにするためのＯ２/Ｃモル比の上限ガード値を示しており、実線ＧＳは、熱、水素生成装置１の２次暖機運転時において、改質用触媒４の温度が許容触媒温度ＴＸを越えないようにするための改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣの上限ガード値を示している。２次暖機運転が開始された後、Ｏ２/Ｃモル比が０．５とされ、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５のときの反応平衡温度ＴＢに達すると、通常運転に移行し、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣを反応平衡温度ＴＢに維持した状態で水素が生成し続けられる。
【００４０】
図８Ｂは、通常運転に移行するまでの２次暖機制御の一例を示している。図８Ｂに示される例では、矢印で示されるように、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃になると、改質用触媒４の２次暖機を促進するために、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５６でもって部分酸化改質反応が開始され、次いで、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが８３０℃になるまで、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５６でもって部分酸化改質反応が続行される。次いで、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが８３０℃になると、Ｏ２/Ｃモル比は、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５となるまで減少せしめられる。次いで、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５になると、改質用触媒４における改質反応が平衡状態となる。次いで、Ｏ２/Ｃモル比は０．５に維持され、通常運転に移行する。
【００４１】
さて、このように、改質用触媒４における改質反応が平衡状態となったときに、燃料と反応せしめられる空気の温度ＴＡが高いと、図６を参照しつつ説明したように、反応平衡温度ＴＢが高くなる。その結果、改質用触媒４の温度が、許容触媒温度ＴＸよりも高くなるために、改質用触媒４が熱劣化を生ずることになる。そこで、本発明の実施例では、Ｏ２/Ｃモル比が０．５に維持されて改質用触媒４における改質反応が平衡状態となったときには、高温空気流通路１３からバーナー燃焼室３内への高温の空気の供給を停止し、低温空気流通路１４からバーナー燃焼室３内に低温の空気が供給される。このとき、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣは８３０℃に維持され、従って、改質用触媒４の温度は、許容触媒温度ＴＸ以下に維持される。従って、改質用触媒４の熱劣化を回避しつつ、部分酸化改質反応により水素を生成することができる。
【００４２】
なお、図８Ａおよび８Ｂに示される運転領域ＧＧ内において２次暖機運転が行われているときには、改質用触媒４における改質反応が平衡状態とはなっていないので、空気温ＴＡが高くても、図６に示されるように、改質用触媒４の温度が上昇するわけではない。しかしながら、この２次暖機運転は改質用触媒４の温度が高い状態で行われているので、何らかの原因で、改質用触媒４の温度が許容触媒温度ＴＸよりも高くなってしまう危険性がある。そこで、本発明の実施例では、改質用触媒４の温度が許容触媒温度ＴＸよりも高くなることがないように、２次暖機運転が開始されると同時に、高温空気流通路１３からバーナー燃焼室３内への高温の空気の供給を停止し、低温空気流通路１４からバーナー燃焼室３内に低温の空気が供給される。即ち、図７に示されるように、供給空気温が低下せしめられる。その後、通常運転が完了するまで、低温空気流通路１４からバーナー燃焼室３内に低温の空気が供給され続ける。
【００４３】
前述したように、燃料と反応せしめられる空気の温度ＴＡが２５℃のときには、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５のときの反応平衡温度ＴＢは８３０℃となる。従って、一般的に言うと、燃料と反応せしめられる空気の温度がＴＡ℃ときには、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５のときの反応平衡温度ＴＢは（ＴＡ＋８０５℃）となる。従って、本発明の実施例では、燃料と反応せしめられる空気の温度がＴＡの場合、２次暖機が開始されたときには、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが（ＴＡ＋８０５℃）になるまで、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５６でもって部分酸化改質反応が続行され、次いで、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが（ＴＡ＋８０５℃）になると、Ｏ２/Ｃモル比は、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５となるまで減少せしめられる。次いで、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５になると、Ｏ２/Ｃモル比は０．５に維持される。
【００４４】
なお、上述の燃料と反応せしめられる空気の温度ＴＡとは、図３に示されるような反応平衡温度ＴＢを算出するときに用いられる空気の温度であり、バーナー燃焼室３内におけるバーナー燃焼の反応熱の影響を受けていない空気の温度である。例えば、空気供給口１１から供給される空気、或いは、空気室１０内の空気は、バーナー燃焼の反応熱の影響を受け、バーナー燃焼の反応熱エネルギを吸収して温度上昇をしている。従って、これら空気の温度は、既に反応の過程にある空気の温度を示しており、従って、反応平衡温度ＴＢを算出するときの空気の温度ではない。
【００４５】
ところで、反応平衡温度ＴＢを算出する必要があるのは、部分酸化改質反応が行われているとき、即ち、低温空気流通路１４から低温の空気がバーナー燃焼室３内に供給されているときである。そこで、本発明の実施例では、バーナー燃焼室３内におけるバーナー燃焼の反応熱の影響を受けていない空気の温度を検出するために、図１に示されるように、温度センサ２４を、断熱材６の外部に位置する低温空気流通路１４に配置し、この温度センサ２４により検出された温度を、反応平衡温度ＴＢを算出するときの空気の温度ＴＡとして用いている。
【００４６】
一方、停止指令が発せられると、図７に示されるように、燃料の供給が停止される。このとき、空気の供給を停止すると、熱、水素生成装置１内に残存している燃料によって改質用触媒４がコーキングを生ずる危険性がある。そこで、本発明の実施例では、熱、水素生成装置１内に残存している燃料を燃焼除去するために、図７に示されるように、停止指令が発せられてから暫くの間、空気が供給し続けられる。
【００４７】
このように、本発明の実施例では、改質用触媒４の温度が許容触媒温度ＴＸよりも高くなることがないように、２次暖機運転の開始と同時に、高温空気流通路１３からバーナー燃焼室３内への高温の空気の供給が停止され、低温空気流通路１４からバーナー燃焼室３内に低温の空気が供給される。別の言い方をすると、このとき、バーナー燃焼室３内に空気を送り込む空気流通経路が、高温の空気を送り込む高温空気流通経路から、低温の空気を送り込む低温空気流通経路に切り替えられる。このようにバーナー燃焼室３内に空気を送り込む空気流通経路を、高温空気流通経路と、低温空気流通経路との間で切り替えることができるように、本発明の実施例では、高温空気弁１６と低温空気弁１７からなる切換え装置が設けられている。この場合、本発明の実施例では、エアクリーナ１８から高温空気流通路１３を介して空気供給口１１に至る空気流通経路が高温空気流通経路に該当しており、エアクリーナ１８から低温空気流通路１４を介して空気供給口１１に至る空気流通経路が低温空気流通経路に該当している。
【００４８】
さて、前述したように、図７は、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に一致している場合を示しており、この場合には、図７に示されるように、１次暖機運転時には、目標Ｏ２/Ｃモル比、即ち、実際のＯ２/Ｃモル比が３．０に維持され、２次暖機運転時には、目標Ｏ２/Ｃモル比、即ち、実際のＯ２/Ｃモル比が０．５６に維持された後、０．５まで低下せしめられ、通常運転時には、目標Ｏ２/Ｃモル比、即ち、実際のＯ２/Ｃモル比が０．５に維持される。この場合には、１次暖機運転が開始されてから通常運転に移行するまでの間、図７に示されるように、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣは徐々に上昇して滑らかに反応平衡温度ＴＢに到達し、通常運転が行われている間、反応平衡温度ＴＢに維持される。この場合には、改質用触媒４がコーキングを生ずることもなく、熱劣化を生ずることもない。
【００４９】
また、図７に示される例では、着火時、１次暖機運転時、２次暖機運転時および通常運転時の各段階について、夫々、目標Ｏ２/Ｃモル比を満たしつつ各段階において要求されている量的要求を満たす目標供給燃料量と目標供給空気量が電子制御ユニット３０内において算出されており、一方では、供給燃料量をこの算出された目標供給燃料量とするのに必要な駆動信号が燃料噴射弁８に供給され、他方では、供給空気量をこの算出された目標供給空気量とするのに必要な駆動信号が空気ポンプ１５に供給される。この場合、本発明の実施例では、供給燃料量を目標供給燃料量とするのに必要な駆動信号、例えば、燃料噴射弁８の開弁期間のデューティー比（開弁間隔に対する開弁期間の比）が予め記憶されており、燃料噴射弁８は、算出された目標供給燃料量に対して記憶されているデューティー比でもって駆動される。一方、供給空気量を目標供給空気量とするのに必要な駆動信号、例えば、駆動電圧が予め記憶されており、空気ポンプ１５は、算出された目標供給空気量に対して記憶されている駆動電圧でもって駆動される。
【００５０】
なお、図７に示される例では、例えば、目標Ｏ２/Ｃモル比は、着火時、１次暖機運転時、２次暖機運転時および通常運転時の各段階について、夫々、予め設定されており、着火時、および１次暖機運転時については、夫々、目標供給燃料量および目標供給空気量が予め設定されており、２次暖機運転時および通常運転時については、要求出力に応じた目標供給燃料量が算出されると共に、算出された目標供給燃料量と予め設定されている目標Ｏ２/Ｃモル比とに基づいて、目標供給空気量が算出される。なお、燃料噴射弁８が、算出された目標供給燃料量に対して記憶されているデューティー比でもって駆動され、空気ポンプ１５が、算出された目標供給空気量に対して記憶されている駆動電圧でもって駆動されると、通常は、実際の供給燃料量は目標供給燃料量となり、実際の供給空気量は目標供給空気量となり、実際のＯ２/Ｃモル比は目標Ｏ２/Ｃモル比となる。
【００５１】
これに対し、例えば、燃料噴射弁８の燃料噴射口９が目詰まりすると実際の供給燃料量は目標供給燃料量に比べて減少し、実際の供給燃料量が減少すると、実際のＯ２/Ｃモル比は目標Ｏ２/Ｃモル比に比べて大きくなる。また、例えば、空気供給口１１が目詰まりすると実際の供給空気量は目標供給空気量に比べて減少し、実際の供給空気量が減少すると、実際のＯ２/Ｃモル比は目標Ｏ２/Ｃモル比に比べて小さくなる。即ち、これらの場合には、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に対してずれを生ずることになる。また、何らかの理由により、実際の供給燃料量が目標供給燃料量に比べて増大する場合もあり、実際の供給空気量が目標供給空気量に比べて増大する場合もある。これらの場合にも、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に対してずれを生ずることになる。
【００５２】
このように、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に対してずれを生ずると、改質用触媒４がコーキングを生じたり、或いは、熱劣化を生ずる危険性がある。従って、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に対してずれを生じた場合には、ずれがなくなるように供給燃料量、或いは供給空気量を補正する必要があるが、そのためには、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に対してずれが生じたことを検出する必要がある。この場合、Ｏ２/Ｃモル比は空燃比を示しており、従って、空燃比センサを用いて、実際のＯ２/Ｃモル比を検出すれば、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に対してずれが生じたことを検出することができる。しかしながら、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５は、おおよそ空燃比＝５に相当し、空燃比＝５であることを検出し得る空燃比センサは汎用品としては入手するのが困難であり、入手できたとしても、極めて高価であると考えられる。
【００５３】
ところが、図３からわかるように、反応平衡温度ＴＢは、特にＯ２/Ｃモル比が０．５の付近であるときには、Ｏ２/Ｃモル比の変化に対して大きく変化し、従って、改質用触媒４の温度から実際のＯ２/Ｃモル比を推定することができる。この場合、温度センサは廉価であり、従って、温度センサを用いて検出した改質用触媒４の温度から実際のＯ２/Ｃモル比を推定することは、極めて実用性に富んでいると考えられる。そこで本発明による実施例では、改質用触媒４の温度から実際のＯ２/Ｃモル比を推定し、推定された実際のＯ２/Ｃモル比に基づいて、バーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合を補正するようにしている。この場合、図９および図１０に示される例では、推定された実際のＯ２/Ｃモル比に基づいて、バーナー燃焼用燃料の供給量が補正され、それによって、バーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合を補正するようにしている。次に、このことについて、本発明による第１実施例を示す図９および図１０を参照しつつ説明する。
【００５４】
図９および図１０は、図７における１次暖機運転の一部、２次暖機運転および通常運転の一部について、バーナー７からの供給空気量の変化と、バーナー７からの供給燃料量の変化と、反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比の変化と、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣの変化と、学習値ＫＧの変化とを示している。なお、図９および図１０において、破線は、実際のＯ２/Ｃモル比、実際の燃料噴射量、実際の空気供給量が、夫々、目標Ｏ２/Ｃモル比、目標燃料噴射量、目標空気供給量に一致している場合、即ち、図７に示される場合を表している。また、図９および図１０に示される学習値ＫＧは、目標供給燃料量ＱＦを補正するために用いられており、学習値ＫＧが増大するとバーナー７から供給される実際の供給燃料量が目標供給燃料量ＱＦに対して増大せしめられる。
【００５５】
図９の実線は、一例として、空気供給口１１から供給される実際の供給空気量が、何らかの理由により、目標供給空気量に対して減少した場合の熱、水素生成制御を示している。実際の供給空気量が目標供給空気量に対して減少すると、図９の２次暖機運転の前半において、実線で示されるように、実際のＯ２/Ｃモル比は、目標Ｏ２/Ｃモル比に比べて小さくなる。この場合、図９には示されていないが、１次暖機運転時においても、実際のＯ２/Ｃモル比は、目標Ｏ２/Ｃモル比に比べて小さくなる。実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に対して減少すると、図３から想定できるように、改質用触媒４が平衡状態となったときの反応平衡温度ＴＢが大巾に低くなる。
【００５６】
一方、２次暖機運転時には、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣは、この反応平衡温度ＴＢに向けて上昇する。従って、反応平衡温度ＴＢが低くなると、改質用触媒４の温度の上昇速度が低下することになる。従って、２次暖機運転時における改質用触媒４の温度上昇速度から、実際のＯ２/Ｃモル比を推定できることになる。なお、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比よりも低くなったときの改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣの変化の一例が、図９の２次暖機運転の前半において実線で示されており、この実線で示されるように、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比よりも低くなったときには、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣの温度上昇速度は、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に一致しているときの破線で示される温度上昇速度に比べて、低下する。
【００５７】
一方、改質用触媒４の温度の上昇速度が低下すると、２次暖機運転中の或る時刻における改質用触媒４の温度上昇量、例えば、図９において２次暖機運転が開始されてからｔ１時間が経過したときの改質用触媒４の温度上昇量も低下する。従って、２次暖機運転時における改質用触媒４の温度上昇量からも、実際のＯ２/Ｃモル比を推定できることになる。また、改質用触媒４の温度の上昇速度が低下すると、改質用触媒４が一定温度上昇するのに要する時間、即ち、改質用触媒４の温度上昇に要する時間が長くなる。従って、２次暖機運転時における改質用触媒４の温度上昇に要する時間から、実際のＯ２/Ｃモル比を推定できることになる。即ち、２次暖機運転時における改質用触媒４の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、実際のＯ２/Ｃモル比を推定できることになる。
【００５８】
ところで、図９に示されるように実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比よりも低い状態を放置しておくと、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが反応平衡温度ＴＢに達したときに、或いは、２次暖機運転時であっても、実際のＯ２/Ｃモル比が０．５よりも低くなり、従って、コーキングを生ずる危険性がある。従って、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比よりも低い状態を放置しておくことはできない。そこで、図９に示される実施例では、２次暖機運転を行っているときの改質用触媒４の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、２次暖機運転時における実際のO２/Cモル比が推定され、推定された実際のO２/Cモル比が目標O２/Cモル比に対してずれているときには、推定された実際のO２/Cモル比を目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合が補正される。なお、この場合、図９に示される例では、推定された実際のO２/Cモル比を目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用燃料の供給量が補正される。
【００５９】
具体的にいうと、図９に示される例では、図９において破線で示される温度上昇速度、即ち、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に一致しているときの改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣの温度上昇速度が基準温度上昇速度として予め設定されており、２次暖機運転時において、改質用触媒４の温度上昇速度が、この予め設定された基準温度上昇速度よりも低いときには、コーキングの発生をできる限り抑制するために、ただちに学習値ＫＧが減少され、それによって実際の供給燃料量ＱＦＯ（＝学習値ＫＧ・目標供給燃料量ＱＦ）が目標供給燃料量ＱＦに対してただちに減少せしめられる。
【００６０】
この場合、図９に示される例では、２次暖機運転の開始後、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣの温度上昇速度を最も短時間で確実に求めることのできる期間ｔ１が予め設定されており、２次暖機運転の開始後、期間ｔ１において、改質用触媒４の温度上昇速度が、予め設定された基準温度上昇速度よりも低いときには、ただちに実際の供給燃料量ＱＦＯが目標供給燃料量ＱＦに対して減少せしめられる。なお、図９において、ΔｔＸは、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に一致しているときの２次暖機運転期間を示しており、従って、図９に示される例では、期間ｔ１は、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に一致しているときの２次暖機運転期間ΔｔＸの前半となる。従って、図９に示される例では、２次暖機運転期間の前半において、改質用触媒４の温度上昇速度が、予め設定された基準温度上昇速度よりも低いときには、ただちに実際の供給燃料量ＱＦＯが目標供給燃料量ＱＦに対して減少せしめられると言うことができる。
【００６１】
この場合、図９に示される例では、単位時間ｔ当りの改質用触媒４の温度上昇量ΔＴＣから単位時間ｔ当りの改質用触媒４の温度上昇速度ΔＴＣ/ｔが求められ、この温度上昇速度ΔＴＣ/ｔの期間ｔ１における積算値ΣΔＴＣ/ｔが求められ、この積算値ΣΔＴＣ/ｔの平均値（ΣΔＴＣ/ｔ）ｍから改質用触媒４の温度上昇速度が求められる。なお、この場合、期間ｔ１における改質用触媒４の温度上昇量から改質用触媒４の温度上昇速度を求めることもできる。また、図９に示される例では、改質用触媒４の温度上昇速度は、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣの温度上昇速度を示している。
【００６２】
一方、図９に示される例では、学習値ＫＧは、通常運転が開始されたときの実際のＯ２/Ｃモル比が、０．５以上となるように定められる。この場合、通常運転が開始されたときの実際のＯ２/Ｃモル比が、０．５となるように定めることが望ましいが、この場合、何らかの理由で、通常運転が開始されたときの実際のＯ２/Ｃモル比が、０．５よりも低くなる危険性がある。従って、図９に示される例では、通常運転が開始されたときの実際のＯ２/Ｃモル比が、０．５よりも若干高くなるように、学習値ＫＧが定められている。この場合、図９に示される例では、２次暖機運転期間前半の実線で示される改質用触媒４の温度上昇速度と、破線で示される２次暖機運転時の改質用触媒４の温度上昇速度から学習値ＫＧが算出される。
【００６３】
即ち、破線で示される２次暖機運転時の改質用触媒４の温度上昇速度に対して、２次暖機運転期間前半の実線で示される改質用触媒４の温度上昇速度が遅くなるほど、２次暖機運転期間の後半における改質用触媒４の温度上昇速度を高める必要がある。従って、図９に示される例では、学習値ＫＧに、定数Ｃ１・（破線で示される２次暖機運転時の改質用触媒４の温度上昇速度）/（２次暖機運転期間前半の実線で示される改質用触媒４の温度上昇速度）を乗算することによって、新たな学習値ＫＧが求められる。この場合、２次暖機運転期間前半の実線で示される改質用触媒４の温度上昇速度を、上述した温度上昇速度の積算値ΣΔＴＣ/ｔの平均値（ΣΔＴＣ/ｔ）ｍとし、破線で示される２次暖機運転時の改質用触媒４の温度上昇速度をＴＣＸで表すと、新たな学習値ＫＧは、ＫＧ・Ｃ１・ＴＣＭ/（ΣΔＴＣ/ｔ）ｍで表される。
【００６４】
無論、この場合、２次暖機運転期間前半の実線で示される改質用触媒４の温度上昇速度の大きさに応じた最適な学習値ＫＧを予め実験により求めておいて、この実験により求められた最適な学習値ＫＧをＲＯＭ３２内に記憶しておき、学習値ＫＧとして、２次暖気運転期間前半の実線で示される改質用触媒４の温度上昇速度の大きさに応じた、予め記憶されている学習値を用いることができる。なお、暖機運転時において、実際のＯ２/Ｃモル比が同一に維持されていたとしても、実際の供給燃料量および実際の供給空気量が夫々目標供給燃料量および目標供給空気量に対して増大又は減少すると、それに伴って改質用触媒４の温度上昇速度が変化する。しかしながら、実際の供給燃料量および実際の供給空気量が変化したときの改質用触媒４の温度上昇速度の変化量は小さいので、図９に示される例では、実際の供給燃料量および実際の供給空気量が変化したときの改質用触媒４の温度上昇速度の変化については、考慮から外している。
【００６５】
一方、図１０の実線は、一例として、燃料噴射弁８から供給される実際の供給燃料量が、何らかの理由により、目標供給燃料量に対して減少した場合の熱、水素生成制御を示している。実際の供給燃料量が目標供給燃料量に対して減少すると、図１０の２次暖機運転時において、実線で示されるように、実際のＯ２/Ｃモル比は、目標Ｏ２/Ｃモル比に比べて大きくなる。実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に対して大きくなると、図３から分かるように、改質用触媒４が平衡状態となったときの反応平衡温度ＴＢが大巾に高くなる。
【００６６】
一方、前述したように、２次暖機運転時には、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣは、この反応平衡温度ＴＢに向けて上昇する。従って、反応平衡温度ＴＢが高くなると、改質用触媒４の温度の上昇速度が増大することになる。なお、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比よりも高くなったときの改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣの変化の一例が、図１０の２次暖機運転時において実線で示されており、この実線で示されるように、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比よりも高くなったときには、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣの温度上昇速度は、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に一致しているときの破線で示される温度上昇速度に比べて、増大する。
【００６７】
一方、改質用触媒４の温度の上昇速度が増大すると、２次暖機運転中の或る時刻における改質用触媒４の温度上昇量も増大する。従って、２次暖機運転時における改質用触媒４の温度上昇量からも、実際のＯ２/Ｃモル比を推定できることになる。また、改質用触媒４の温度の上昇速度が増大すると、改質用触媒４が一定温度上昇するのに要する時間、即ち、改質用触媒４の温度上昇に要する時間が短くなる。従って、２次暖機運転時における改質用触媒４の温度上昇に要する時間から、実際のＯ２/Ｃモル比を推定できることになる。即ち、前述したように、２次暖機運転時における改質用触媒４の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、実際のＯ２/Ｃモル比を推定できることになる。
【００６８】
ところで、図１０に示されるように実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比よりも高い状態を放置しておくと、改質用触媒４の温度が、改質用触媒４の熱劣化を回避しうる許容触媒温度ＴＸまで上昇し、その結果、改質用触媒４が熱劣化を生ずる危険性がある。従って、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比よりも高い状態を放置しておくことはできない。そこで、図１０に示される実施例でも、図９に示される実施例と同様に、２次暖機運転を行っているときの改質用触媒４の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、２次暖機運転時における実際のO２/Cモル比が推定され、推定された実際のO２/Cモル比が目標O２/Cモル比に対してずれているときには、推定された実際のO２/Cモル比を目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合が補正される。なお、この場合、図１０に示される例でも、推定された実際のO２/Cモル比を目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用燃料の供給量が補正される。
【００６９】
具体的にいうと、図１０に示される例では、図１０において破線で示される温度上昇速度、即ち、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に一致しているときの改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣの温度上昇速度が基準温度上昇速度として予め設定されており、２次暖機運転時において、改質用触媒４の温度上昇速度が、この予め設定された基準温度上昇速度よりも高いときには、改質用触媒４が熱劣化を生じないようにするために、通常運転に移行したときに、ただちに学習値ＫＧが増大され、それによって実際の供給燃料量ＱＦＯ（＝学習値ＫＧ・目標供給燃料量ＱＦ）が目標供給燃料量ＱＦに対してただちに増大せしめられる。
【００７０】
一方、図９および図１０において、ΔｔＸは、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に一致しているときに、２次暖機運転が行われている２次暖機運転期間を表している。２次暖機運転は、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃のときに開始され、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが８３０℃に達した後、実際のＯ２/Ｃモル比が０．５にされたときに終了せしめられる。なお、前述したように、空気温がＴＡ℃ときには、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５のときの反応平衡温度ＴＢは（ＴＡ＋８０５℃）となり、従って、空気温がＴＡ℃ときには、２次暖機運転は、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが（ＴＡ＋８０５℃）に達した後、実際のＯ２/Ｃモル比が０．５にされたときに終了せしめられる。従って、２次暖機運転期間ΔｔＸは空気温ＴＡの関数となり、この２次暖機運転期間ΔｔＸは空気温ＴＡの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００７１】
さて、上述したように、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比よりも高くなったときには、図１０の２次暖機運転時において実線で示されるように、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣの温度上昇速度は、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に一致しているときの破線で示される温度上昇速度に比べて、増大する。従って、図１０に示されるように、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比よりも高くなったときの２次暖機運転期間Σｔは、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に一致しているときの２次暖機運転期間ΔｔＸに比べて、短くなる。即ち、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比よりも高くなったときの改質用触媒４の温度上昇に要する時間Σｔは、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に一致しているときの改質用触媒４の温度上昇に要する時間ΔｔＸに比べて、短くなる。
【００７２】
一方、図１０に示される例でも、学習値ＫＧは、通常運転が開始されたときの実際のＯ２/Ｃモル比が、０．５以上となるように定められる。即ち、前述したように、この場合、通常運転が開始されたときの実際のＯ２/Ｃモル比が、０．５となるように定めることが望ましいが、この場合でも、何らかの理由で、通常運転が開始されたときの実際のＯ２/Ｃモル比が、０．５よりも低くなる危険性がある。従って、図１０に示される例では、通常運転が開始されたときの実際のＯ２/Ｃモル比が、０．５よりも若干高くなるように、学習値ＫＧが定められている。この場合、図１０に示される例では、２次暖機運転期間Σｔと２次暖機運転期間ΔｔＸから学習値ＫＧが算出される。
【００７３】
即ち、破線で示される２次暖機運転時の改質用触媒４の温度上昇速度に対して、２次暖機運転期間前半の実線で示される改質用触媒４の温度上昇速度が早くなるほど、通常運転移行時における燃料噴射弁８からの燃料噴射量を増大して実際のＯ２/Ｃモル比を低下させ、それによって、改質用触媒４の温度を低下させる必要がある。従って、図１０に示される例では、学習値ＫＧに、定数Ｃ２・（２次暖機運転期間ΔｔＸ/２次暖機運転期間Σｔ）を乗算することによって、新たな学習値ＫＧが求められる。この場合も、２次暖機運転期間Σｔに応じた最適な学習値ＫＧを予め実験により求めておいて、この実験により求められた最適な学習値ＫＧをＲＯＭ３２内に記憶しておき、学習値ＫＧとして、２次暖機運転期間Σｔの大きさに応じた、予め記憶されている学習値を用いることができる。
【００７４】
一方、本発明による実施例では、通常運転に移行後、予め定められた一定時間ｔ２が経過したときに、学習値ＫＧの補正が行われる。即ち、このとき改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが反応平衡温度ＴＢでないときには、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比＝０．５に対してずれていることになる。このとき、図３に示す関係を用いると、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣと反応平衡温度（ＴＡ＋８０５℃）との温度差から、目標Ｏ２/Ｃモル比に対する実際のＯ２/Ｃモル比のずれ量がわかり、目標Ｏ２/Ｃモル比に対する実際のＯ２/Ｃモル比のずれ量がわかると、実際のＯ２/Ｃモル比を目標Ｏ２/Ｃモル比とするのに必要な学習値ＫＧの補正量がわかる。このようにして、学習値ＫＧの補正が行われる。
【００７５】
一例を挙げると、通常運転に移行後、予め定められた一定時間ｔ２が経過したときに、
改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが（ＴＡ＋８０５℃）と（ＴＡ＋８０５℃）＋α（αは小さな一定値）との間にあるときには、学習値ＫＧの更新は行われない。これに対し、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが（ＴＡ＋８０５℃）＋αよりも高くなると、学習値ＫＧにＣ３（定数）・（ＴＣ−（ＴＡ＋８０５℃＋α））が加算され、それによって燃料噴射弁８からの燃料噴射量が増大される。一方、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが（ＴＡ＋８０５℃）よりも低くなると、学習値ＫＧからＣ３（定数）・（（ＴＡ＋８０５℃）―ＴＣ）が減算され、それによって燃料噴射弁８からの燃料噴射量が減少される。なお、本発明による実施例では、通常運転に、このような学習値ＫＧの更新作用が一定時間ｔ２毎に行われる。
【００７６】
図１１から図１９は、図９および図１０を参照しつつ説明した本発明による第１実施例を実行するための熱、水素生成制御ルーチンを示している。この熱、水素生成制御ルーチンは、図１に示される各種指令発生部３９において、熱、水素生成制御開始指令が発せられると実行される。この場合、例えば、この熱、水素生成制御開始指令は、熱、水素生成装置１の始動スイッチがオンとされたときに発せられる。また、熱、水素生成装置１が車両の排気浄化用触媒を暖機するために用いられる場合には、この熱、水素生成制御開始指令はイグニションスイッチがオンとされたときに発せられる。
【００７７】
図１１に示されるように、熱、水素生成制御ルーチンが実行されると、まず初めに、ステップ５０において、熱、水素生成装置１の始動および着火制御が実行される。この始動および着火制御ルーチンが図１２および図１３に示されている。熱、水素生成装置１の始動および着火制御が完了すると、ステップ５１に進み、熱、水素生成装置１の１次暖機制御が実行される。この１次暖機制御ルーチンが図１４に示されている。１次暖機が完了すると、ステップ５２に進み、熱、水素生成装置１の２次暖機制御が実行される。この２次暖機制御ルーチンが図１５から図１７に示されている。２次暖機が完了すると、ステップ５３に進み、熱、水素生成装置１の通常運転制御が実行される。この通常運転制御ルーチンが図１８および図１９に示されている。
【００７８】
さて、図１２に示される始動および着火制御ルーチンを参照すると、まず初めに、ステップ１００において、温度センサ２２の出力信号に基づいて、改質用触媒４の上流側端面の温度ＴＤが、改質用触媒４の上流側端面上において酸化反応を行いうる温度、例えば、３００℃以上であるか否かが判別される。改質用触媒４の上流側端面の温度ＴＤが、３００℃以下の場合には、ステップ１０１に進んで、グロープラグ１９がオンとされる。次いで、ステップ１０２では、グロープラグ１９がオンとされてから一定時間を経過したが否かが判別され、一定時間を経過したときにはステップ１０３に進む。
【００７９】
ステップ１０３では、始動および着火時の目標供給空気量ＱＡ０が算出される。この目標供給空気量ＱＡ０は、予めＲＯＭ３２内に記憶されている。次いで、ステップ１０４では、この目標供給空気量ＱＡ０を空気ポンプ１５から吐出させるのに必要なポンプ駆動電力が空気ポンプ１５に供給され、空気ポンプ１５からは、空気が目標供給空気量ＱＡ０でもって吐出される。このとき、空気ポンプ１５から吐出された空気は、高温空気流通路１３を介してバーナー燃焼室３に供給される。なお、熱、水素生成装置１の作動が停止されるときに、高温空気弁１６が開弁されると共に低温空気弁１７が閉弁されており、従って、熱、水素生成装置１が作動せしめられたときには、高温空気流通路１３を介して空気がバーナー燃焼室３に供給される。
【００８０】
次いで、ステップ１０５では、グロープラグ１９の抵抗値から、グロープラグ１９の温度ＴＧが算出される。次いで、ステップ１０６では、グロープラグ１９の温度ＴＧが７００℃を越えたか否かが判別される。グロープラグ１９の温度ＴＧが７００℃を越えていないと判別されたときにはステップ１０３に戻る。これに対し、グロープラグ１９の温度ＴＧが７００℃を越えたと判別されたときには、着火可能であると判断され、ステップ１０７に進む。
【００８１】
ステップ１０７では、始動および着火時の目標供給燃料量ＱＦ０が算出される。この目標供給燃料量ＱＦ０は、予めＲＯＭ３２内に記憶されている。次いで、ステップ１０８では、この目標供給燃料量ＱＦ０に学習値ＫＧを乗算することによって、最終的な供給燃料量ＱＦＯ（＝ＫＧ・ＱＦ０）が算出される。次いで、ステップ１０９では、燃料噴射弁８燃料噴射弁８からこの最終的な供給燃料量ＱＦＯでもって燃料がバーナー燃焼室３に供給される。次いで、ステップ１１０では、温度センサ２２の出力信号に基づいて、改質用触媒４の上流側端面の温度ＴＤが検出される。次いで、ステップ１１１では、温度センサ２２の出力信号から、燃料が着火したか否かが判別される。燃料が着火すると、改質用触媒４の上流側端面の温度ＴＤが瞬時に上昇し、従って、温度センサ２２の出力信号から、燃料が着火したか否かを判別できることになる。
【００８２】
ステップ１１１において、燃料が着火していないと判別されたちきには、ステップ１０７に戻り、ステップ１１１において、燃料が着火したと判別されたときには、ステップ１１２に進んで、グロープラグ１９がオフとされる。次いで、図１１のステップ５１に進み、１次暖機制御が行われる。なお、燃料が着火されると、改質用触媒４の上流側端面の温度ＴＤは、ただちに、改質用触媒４の上流側端面上において酸化反応を行いうる温度、例えば、３００℃以上となる。一方、ステップ１００において、改質用触媒４の上流側端面の温度ＴＤが３００℃以上であると判別されたときには、ただちに図１１のステップ５１に進み、１次暖機制御が行われる。
【００８３】
次に、図１１のステップ５１において行われる１次暖機制御について、図１４を参照しつつ説明する。図１４を参照すると、まず初めに、ステップ１２０において、１次暖機運転時の目標供給燃料量ＱＦ１が算出される。この目標供給燃料量ＱＦ１は、予めＲＯＭ３２内に記憶されている。次いで、ステップ１２１では、この目標供給燃料量ＱＦ１に学習値ＫＧを乗算することによって、最終的な供給燃料量ＱＦＯ（＝ＫＧ・ＱＦ１）が算出される。次いで、ステップ１２２では、目標供給燃料量ＱＦ１と目標Ｏ２/Ｃモル比から、目標供給空気量ＱＡ１が算出される。なお、図７に示されるように、このときには、目標Ｏ２/Ｃモル比が３．０とされている。次いで、ステップ１２３では、燃料噴射弁８から、ステップ１２１において算出された最終的な供給燃料量ＱＦＯでもって燃料がバーナー燃焼室３に供給される。次いで、ステップ１２４では、ステップ１２２において算出された目標供給空気量ＱＡ１を空気ポンプ１５から吐出させるのに必要なポンプ駆動電力が空気ポンプ１５に供給され、空気ポンプ１５からは、空気が目標供給空気量ＱＡ１でもって吐出される。
【００８４】
このとき、即ち、１次暖機運転時には、空気ポンプ１５から吐出された空気は、高温空気流通路１３を介してバーナー燃焼室３に供給される。なお、本発明の実施例では、この１次暖機運転が行われているときには、図７に示されるように、空気供給量および燃料供給量が段階的に増大される。次いで、ステップ１２５では、温度センサ２３の出力信号に基づいて、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃を越えたか否かが判別される。改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃を越えていないと判別されたときには、ステップ１２０に戻り、１次暖機運転が継続して行われる。これに対し、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃を越えたと判別されたときには図１１に示されるステップ５２に進んで、２次暖機制御、即ち、部分酸化改質反応が開始される。
【００８５】
次に、図１１のステップ５２において行われる２次暖機制御について、図１５から図１７を参照しつつ説明する。２次暖機制御、即ち、部分酸化改質反応が開始されると、図１５に示されるように、まず初めにステップ１３０において低温空気弁１７が開弁され、次いで、ステップ１３１では、高温空気弁１６が閉弁される。従って、このときには、空気は低温空気流通路１４を介してバーナー燃焼室３に供給される。次いで、ステップ１３２では、出力熱量（ｋＷ）の要求値か取得される。例えば、熱、水素生成装置１が、車両の排気浄化用触媒を暖機するために用いられる場合には、この出力熱量の要求値は、排気浄化用触媒を活性化温度まで上昇させるために必要な熱量とされる。次いで、ステップ１３３では、この出力熱量（ｋＷ）の要求出力熱量を発生させるのに必要な燃料供給量ＱＦが算出される。次いで、ステップ１３４に進む。
【００８６】
ステップ１３４からステップ１４６では、学習値ＫＧの更新制御が行われる。即ち、ステップ１３４では、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが読込まれる。次いで、ステップ１３５では、一定時間ｔが経過したか否かが判別され、一定時間ｔが経過すると、ステップ１３６に進んで、この一定時間ｔがΣｔに加算される。従って、このΣｔは、処理ルーチンが、ステップ１３３からステップ１３４に進んだときからの経過時間を表していることになる。次いで、ステップ１３７では、Ｏ２/Ｃモル比を増大すべきときにセットされるＯ２/Ｃモル比増大フラグがセットされているか否かが判別される。Ｏ２/Ｃモル比増大フラグがセットされていないときには、ステップ１３８に進んで、経過時間Σｔが図９に示される予め定められた時間ｔ１を越えたか否かが判別される。図９からわかるように、この予め定められた時間ｔ１は２次暖機運転期間の前半に相当する。
【００８７】
ステップ１３８において、経過時間Σｔが予め定められた時間ｔ１を越えていないと判別されたときには、ステップ１３９に進んで、今回読込まれた改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣと前回読込まれた改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣ１との温度差、即ち、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣの一定時間ｔ内における温度上昇量ΔＴＣ（＝ＴＣ−ＴＣ１）が算出される。次いで、ステップ１４０では、この温度上昇量ΔＴＣを一定時間ｔで除算することによって得られた値、即ち、温度上昇速度ΔＴＣ/ｔをΣΔＴＣ/ｔに加算することによって、温度上昇速度の積算値ΣΔＴＣ/ｔが算出される。
【００８８】
次いで、図１６のステップ１４１では、経過時間Σｔが図９に示される予め定められた時間ｔ１になったか否かが判別される。経過時間Σｔが予め定められた時間ｔ１になったと判別されたとき、即ち、２次暖機運転が開始されてから予め定められた時間ｔ１が経過したときには、ステップ１４２に進んで、温度上昇速度の積算値ΣΔＴＣ/ｔを積算回数で除算することにより、温度上昇速度の積算値ΣΔＴＣ/ｔの平均値（ΣΔＴＣ/ｔ）ｍが算出される。図９に示される例では、この平均値（ΣΔＴＣ/ｔ）ｍが、２次暖機運転期間前半における改質用触媒４の温度上昇速度とされる。
【００８９】
次いで、ステップ１４３では、この平均値（ΣΔＴＣ/ｔ）ｍが、図９において破線で示される２次暖機運転時の改質用触媒４の温度上昇速度ＴＣＸよりも小さいか否かが判別される。平均値（ΣΔＴＣ/ｔ）ｍが、図９において破線で示される２次暖機運転時の改質用触媒４の温度上昇速度ＴＣＸよりも小さいときには、ステップ１４４に進んで、Ｏ２/Ｃモル比増大フラグがセットされ、次いで、ステップ１４５では、新たな学習値ＫＧ（＝ＫＧ・Ｃ１・ＴＣＭ/（ΣΔＴＣ/ｔ）ｍ）が算出される。次いで、ステップ１４６では、テップ１３３において算出された目標供給燃料量ＱＦに学習値ＫＧを乗算することによって、最終的な供給燃料量ＱＦＯ（＝ＫＧ・ＱＦ）が算出される。なお、一旦、Ｏ２/Ｃモル比増大フラグがセットされると、ステップ１３７からステップ１４６にジャンプする。また、ステップ１３８において、経過時間Σｔが予め定められた時間ｔ１を越えたと判別されたとき、および、ステップ１４１において、経過時間Σｔが予め定められた時間ｔ１ではないと判別されたときにも、ステップ１４６にジャンプする。
【００９０】
次いで、ステップ１４７では、２次暖機運転時におけるも目標Ｏ２/Ｃモル比が設定される。本発明の実施例では、この目標Ｏ２/Ｃモル比は、０．５６とされている。次いで、ステップ１４８では、目標供給燃料量ＱＦと目標Ｏ２/Ｃモル比から、目標供給空気量ＱＡが算出される。次いで、ステップ１４９では、燃料噴射弁８から、ステップ１４６において算出された最終的な供給燃料量ＱＦＯでもって燃料がバーナー燃焼室３に供給される。次いで、ステップ１５０では、ステップ１４８において算出された目標供給空気量ＱＡを空気ポンプ１５から吐出させるのに必要なポンプ駆動電力が空気ポンプ１５に供給され、空気ポンプ１５からは、空気が目標供給空気量ＱＡでもって吐出される。
【００９１】
このとき、部分酸化改質反応が行われ、水素が生成される。次いで、ステップ１５１では、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、温度センサ２４により検出された空気温ＴＡと８０５℃との和（ＴＡ＋８０５℃）に到達したか否かが判別される。前述したように、この温度（ＴＡ＋８０５℃）は、空気温がＴＡ℃のときに、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応が行われたときの反応平衡温度ＴＢを示している。従って、ステップ１５１では、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、反応平衡温度（ＴＡ＋８０５℃）に到達したか否かを判別していることになる。改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、反応平衡温度（ＴＡ＋８０５℃）に到達していないと判別されたときには、ステップ１３４に戻る。
【００９２】
これに対し、ステップ１５１において、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、反応平衡温度（ＴＡ＋８０５℃）に到達したと判別されたときには、図１７のステップ１５２に進み、ステップ１５２からステップ１５７において、空気ポンプ１５の吐出量を一定に維持した状態で目標Ｏ２/Ｃモル比が０．５となるまで、供給燃料量が徐々に増大され、目標Ｏ２/Ｃモル比が徐々に減少せしめられる。即ち、ステップ１５２では、一定時間が経過したか否かが判別され、一定時間が経過したにはステップ１５３に進む。即ち、一定時間が経過する毎にステップ１５３に進む。ステップ１５３では、目標供給燃料量ＱＦが小さな一定値ΔＱＦだけ増量される。次いで、ステップ１５４では、ステップ１５３において算出された目標供給燃料量ＱＦに学習値ＫＧを乗算することによって、最終的な供給燃料量ＱＦＯ（＝ＫＧ・ＱＦ）が算出される。
【００９３】
次いで、ステップ１５５では、燃料噴射弁８から、ステップ１５４において算出された最終的な供給燃料量ＱＦＯでもって燃料がバーナー燃焼室３に供給される。次いで、ステップ１５６では、ステップ１４８において算出された目標供給空気量ＱＡを空気ポンプ１５から吐出させるのに必要なポンプ駆動電力が空気ポンプ１５に供給され、空気ポンプ１５からは、空気が目標供給空気量ＱＡでもって吐出される。次いで、ステップ１５７では、目標供給燃料量ＱＦと目標供給空気量ＱＡから算出される目標Ｏ２/Ｃモル比が０．５になったか否かが判別される。目標Ｏ２/Ｃモル比が０．５になっていないと判別されたときには、ステップ１５２に戻る。これに対し、ステップ１５７において、目標Ｏ２/Ｃモル比が０．５になったと判別されたときには、２次暖機運転は完了したと判断される。２次暖機運転が完了したと判断されたときには、図１１のステップ５３に進んで、通常運転が行われる。
【００９４】
次に、図１１のステップ５３において行われる通常運転制御について、図１８および図１９を参照しつつ説明する。図１８を参照すると、まず初めに、ステップ１６０からステップ１６４において、学習値ＫＧの更新制御が行われる。即ち、ステップ１６０では、Ｏ２/Ｃモル比増大フラグがセットされているか否かが判別される。Ｏ２/Ｃモル比増大フラグがセットされているときには、ステップ１６１に進んで、Ｏ２/Ｃモル比増大フラグがリセットされ、次いで、ステップ１６４に進む。これに対し、ステップ１６０において、Ｏ２/Ｃモル比増大フラグがセットされていないと判別されたときには、ステップ１６２に進む。
【００９５】
ステップ１６２では、経過時間Σｔ、即ち、２次暖機運転時間Σｔが、図９および図１０に示される時間ΔｔＸよりも短いか否かが判別される。２次暖機運転時間Σｔが、図９および図１０に示される時間ΔｔＸよりも短くないときには、ステップ１６４にジャンプする。これに対し、２次暖機運転時間Σｔが、図９および図１０に示される時間ΔｔＸよりも短かいときには、ステップ１６３に進み、新たな学習値ＫＧ（＝ＫＧ・Ｃ２・ΔｔＸ/Σｔ）が算出される。次いで、ステップ１６４では、Σｔ、ΣΔＴＣ/ｔがクりアされる。次いで、ステップ１６５に進む。
【００９６】
ところで、本発明の実施例では、通常運転時の運転モードとして、熱、水素生成運転モードと熱生成運転モードとの二つの運転モードが選択可能である。熱、水素生成運転モードは、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応を行う運転モードであり、この熱、水素生成運転モードでは熱および水素が生成される。一方、熱生成運転モードは、例えば、Ｏ２/Ｃモル比＝２．６でもって完全酸化反応を行う運転モードであり、この熱生成運転モードでは水素は生成されず、熱のみが生成される。これらの熱、水素生成運転モードと熱生成運転モードは、必要に応じ、選択的に用いられる。また、本発明の実施例では、熱、水素生成運転モード時には、学習値ＫＧの更新作用が行われる。
【００９７】
即ち、ステップ１６５では、熱、水素生成運転モードであるか否かが判別される。ステップ１６５において、熱、水素生成運転モードであると判別されたときには、ステップ１６６に進み、ステップ１５３において算出された目標供給燃料量ＱＦに学習値ＫＧを乗算することによって、最終的な供給燃料量ＱＦＯ（＝ＫＧ・ＱＦ）が算出される。次いで、ステップ１６７では、燃料噴射弁８から、ステップ１６６において算出された最終的な供給燃料量ＱＦＯでもって燃料がバーナー燃焼室３に供給される。次いで、ステップ１６８では、ステップ１４８において算出された目標供給空気量ＱＡを空気ポンプ１５から吐出させるのに必要なポンプ駆動電力が空気ポンプ１５に供給され、空気ポンプ１５からは、空気が目標供給空気量ＱＡでもって吐出される。このとき、目標Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応が行われ、熱および水素が生成される。
【００９８】
次いで、ステップ１７０では、熱、水素生成運転モードが予め定められたｔ２時間、例えば、５秒、継続したか否かが判別される。熱、水素生成運転モードが予め定められたｔ２時間、継続していないときには、図１９のステップ１７５にジャンプする。これに対し、熱、水素生成運転モードが予め定められたｔ２時間、継続しているときには、ステップ１７０に進んで、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが読込まれる。次いで、図１９のステップ１７１では、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、温度センサ２４により検出された空気温ＴＡと８０５℃との和（ＴＡ＋８０５℃）に小さな一定値αを加算した値（ＴＡ＋８０５℃）＋αよりも高いか否かが判別される。改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、（ＴＡ＋８０５℃）＋αよりも高いときにはステップ１７２に進んで、新たな学習値ＫＧ（＝ＫＧ・Ｃ３・（ＴＣ−（ＴＡ＋８０５℃＋α））））が算出される。
【００９９】
このとき、学習値ＫＧは、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣと（ＴＡ＋８０５℃）＋αとの差に比例して増大される。即ち、このとき、燃料噴射弁８から供給される供給燃料量が増量され、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に近づけられる。次いで、ステップ１７５に進む。一方、ステップ１７１において、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、（ＴＡ＋８０５℃）＋αよりも高くないと判別されたときには、ステップ１７３に進んで、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、（ＴＡ＋８０５℃）よりも低いか否かが判別される。改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、（ＴＡ＋８０５℃）よりも低いときにはステップ１７４に進んで、新たな学習値ＫＧ（＝ＫＧ・Ｃ３・（（ＴＡ＋８０５℃）―ＴＣ）））が算出される。
【０１００】
このとき、学習値ＫＧは、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣと（ＴＡ＋８０５℃）との差に比例して減少される。即ち、このとき、燃料噴射弁８から供給される供給燃料量が減少され、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に近づけられる。次いで、ステップ１７５に進む。一方、ステップ１７３において、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、（ＴＡ＋８０５℃）よりも低くないと判別されたときには、即ち、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、（ＴＡ＋８０５℃）と（ＴＡ＋８０５℃）＋αとの間にあるときには、ステップ１７５に進む。このときには、学習値ＫＧの更新は行われない。
【０１０１】
一方、ステップ１６５において、熱、水素生成運転モードでないと判別されたとき、即ち、熱生成運転モードであると判別されたときには、ステップ１７６に進んで、Ｏ２/Ｃモル比が、例えば、２．６に設定される。次いで、ステップ１７７では、ステップ１５３において算出された目標供給燃料量ＱＦと目標Ｏ２/Ｃモル比から、目標供給空気量ＱＡが算出される。次いで、ステップ１７８では、燃料噴射弁８から、ステップ１５３において算出された目標供給燃料量ＱＦでもって燃料がバーナー燃焼室３に供給される。次いで、ステップ１７９では、ステップ１７７において算出された目標供給空気量ＱＡを空気ポンプ１５から吐出させるのに必要なポンプ駆動電力が空気ポンプ１５に供給され、空気ポンプ１５からは、空気が目標供給空気量ＱＡでもって吐出される。このときには、Ｏ２/Ｃモル比＝２．６でもって完全酸化反応が行われ、熱のみが生成される。次いで、ステップ１７５に進む。
【０１０２】
ステップ１７５では、熱、水素生成装置１の運転を停止すべき指令が発せられているか否かが判別される。この熱、水素生成装置１の運転を停止すべき指令は、図１に示される各種指令発生部３９において発せられる。熱、水素生成装置１の運転を停止すべき指令が発せられていないときにはステップ１６５に戻る。これに対し、ステップ１７５において、熱、水素生成装置１の運転を停止すべき指令が発せられていると判別されたときには、ステップ１８０に進んで、燃料噴射弁８からの燃料の供給が停止される。次いで、ステップ１８１では、残存する燃料を燃焼除去するために、空気ポンプ１５から空気が供給される。次いで、ステップ１８２では、一定時間経過したか否かが判別される。一定時間経過していないと判別されたときには、ステップ１８１に戻る。
【０１０３】
これに対し、ステップ１８２において、一定時間経過したと判別されたときには、ステップ１８３に進んで、空気ポンプ１５の作動が停止され、バーナー燃焼室３内への空気の供給が停止される。次いで、ステップ１８４では、低温空気弁１７が閉弁され、ステップ１８５では、高温空気弁１６が開弁される。次いで、熱、水素生成装置１の作動が停止せしめられている間、低温空気弁１７が閉弁され続け、高温空気弁１６が開弁され続ける。
【０１０４】
次に、図２０を参照しつつ触媒温度の上昇規制制御ルーチンについて説明する。このルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行される。
図２０を参照すると、まず初めに、ステップ２００において、温度センサ２３により検出されている改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが読み込まれる。次いで、ステップ２０１では、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが許容触媒温度ＴＸを越えたか否かが判別される。改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが許容触媒温度ＴＸを越えていないと判別されたときには、処理サイクルを完了する。
【０１０５】
これに対し、ステップ２０１において、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが許容触媒温度ＴＸを越えたと判別されたときには、ステップ２０２に進んで、低温空気弁１７が開弁され、次いで、ステップ２０３において、高温空気弁１６が閉弁される。次いで、処理サイクルを完了する。即ち、熱、水素生成装置１の運転中において、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが許容触媒温度ＴＸを越えたときには、バーナー燃焼室３内に空気を送り込む空気流通経路が、高温の空気を送り込む高温空気流通経路から、低温の空気を送り込む低温空気流通経路に切り替えられ、バーナー燃焼室３内に供給されるバーナー燃焼用空気の温度が低下せしめられる。
【０１０６】
さて、前述したように、１次暖機運転時には、バーナー７からバーナー燃焼室３内に供給される燃料と、バーナー７からバーナー燃焼室３内に供給される空気とが、リーン空燃比のもとでバーナー燃焼せしめられる。次いで、１次暖機運転から２次暖機運転に移行すると、ただちに、高温空気流通路１３からバーナー燃焼室３内への高温の空気の供給が停止され、低温空気流通路１４からバーナー燃焼室３内に低温の空気が供給される。別の言い方をすると、１次暖機運転から２次暖機運転に移行すると、ただちに、バーナー７からバーナー燃焼室３内に空気を送り込む空気流通経路が、高温の空気を送り込む高温空気流通経路から、低温の空気を送り込む低温空気流通経路に切り替えられる。
【０１０７】
即ち、１次暖機運転から２次暖機運転に移行したときに、高温空気流通路１３からバーナー燃焼室３内へ高温の空気を供給し続けると、いずれは、改質用触媒４の温度が許容触媒温度ＴＸを越えると予測される。従って、本発明の実施例では、図７に示されるように、１次暖機運転から２次暖機運転に移行したとき、即ち、改質用触媒４の温度が許容触媒温度ＴＸを越えると予測されるときには、バーナー燃焼室３内に空気を送り込む空気流通経路が、高温の空気を送り込む高温空気流通経路から、低温の空気を送り込む低温空気流通経路に切換えられ、バーナー燃焼室３内に供給されるバーナー燃焼用空気の温度が低下せしめられる。
【０１０８】
一方、本発明の実施例では、図２０に示される触媒温度の上昇規制制御ルーチンにおいて実行されているように、熱、水素生成装置１の運転中において、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、実際に、許容触媒温度ＴＸを越えたときには、バーナー７からバーナー燃焼室３内に空気を送り込む空気流通経路が、高温の空気を送り込む高温空気流通経路から、低温の空気を送り込む低温空気流通経路に切り替えられ、バーナー７からバーナー燃焼室３内に供給される空気の温度が低下せしめられる。従って、改質用触媒４の温度が過度に上昇するのが抑制され、従って、改質用触媒４の熱劣化が抑制される。
【０１０９】
図２１Ａおよび図２１Ｂは、図８Ｂに示される通常運転に移行するまでの２次暖機制御の変形例を示している。前述したように、図８Ｂに示される例では、矢印で示されるように、改質用触媒４の下流側端面の温度が７００℃になると、改質用触媒４の２次暖機を促進するために、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５６でもって部分酸化改質反応が開始され、次いで、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが８３０℃になると、Ｏ２/Ｃモル比は、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５となるまで減少せしめられる。
【０１１０】
これに対し、図２１Ａに示される変形例では、矢印で示されるように、改質用触媒４の下流側端面の温度が７００℃になると、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５６でもって部分酸化改質反応が開始され、次いで、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが８３０℃となり、かつＯ２/Ｃモル比が０．５となるまで、Ｏ２/Ｃモル比が徐々に減少せしめられる。一方、図２１Ｂに示される変形例では、矢印で示されるように、改質用触媒４の下流側端面の温度が７００℃になると、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５６でもって部分酸化改質反応が開始され、次いで、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが８３０℃になると、Ｏ２/Ｃモル比が、コーキングの生成に対するＯ２/Ｃモル比の境界ＧＬに沿って、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが８３０℃となり、かつＯ２/Ｃモル比＝０．５となるまで減少せしめられる。
【０１１１】
次に、図２２および図２３を参照しつつ本発明による第２実施例について説明する。前述したように、１次暖機運転時には、Ｏ２/Ｃモル比が例えば２．６のような大きな比のもとで、即ち、酸素過剰な状態で完全酸化反応が行われている。従って、１次暖機運転時には、供給空気量が多少変化しても燃焼による発熱量はほとんど変化しない。従って、１次暖機運転時には、供給空気量が変化したとしても、１次暖機運転時における改質用触媒４の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間はほとんど変化しない。これに対し、１次暖機運転時に、供給燃料量が変化すると、それに伴って燃焼による発熱量が変化する。従って、１次暖機運転時には、供給燃料量が変化すると、１次暖機運転時における改質用触媒４の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間が変化する。
【０１１２】
従って、１次暖機運転時には、１次暖機運転時における改質用触媒４の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、実際のＯ２/Ｃモル比を正確に見出すことは難しい。しかしながら、実際には、目標供給空気量に対し実際の供給空気量がずれる場合は、目標供給燃料量に対し実際の供給燃料量がずれる場合に比べて少なく、従って、完壁とは言えないが、１次暖機時における改質用触媒４の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から実際のＯ２/Ｃモル比を推定することが可能である。従って、本発明による第２実施例では、１次暖機時における改質用触媒４の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から実際のＯ２/Ｃモル比を推定するようにしている。
【０１１３】
ところで、１次暖機運転時には、供給燃料量が増大すると改質用触媒４の温度上昇速度が増大し、改質用触媒４の温度上昇に要する時間が短くなる。一方。供給燃料量が減少すると改質用触媒４の温度上昇速度は減少し、改質用触媒４の温度上昇に要する時間が長くなる。従って、この第２実施例では、改質用触媒４の温度上昇に要する時間に基づいて供給燃料量を制御するようにしている。
【０１１４】
さて、図２２および図２３は、図７における着火、１次暖機運転、２次暖機運転および通常運転の一部について、バーナー７からの供給空気量の変化と、バーナー７からの供給燃料量の変化と、反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比の変化と、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣの変化と、学習値ＫＧの変化とを示している。なお、図２２および図２３において、破線は、実際のＯ２/Ｃモル比、実際の燃料噴射量、実際の空気供給量が、夫々、目標Ｏ２/Ｃモル比、目標燃料噴射量、目標空気供給量に一致している場合、即ち、図７に示される場合を表している。
【０１１５】
図２２の実線は、一例として、燃料噴射弁８から供給される実際の供給燃料量が、何らかの理由により、目標供給燃料量に対して減少した場合の熱、水素生成制御を示している。なお、以下、供給空気量は目標供給空気量に維持されているものとして説明する。さて、実際の供給燃料量が目標供給燃料量に対して減少すると、図２２の１次暖機運転時において、実線で示されるように、実際のＯ２/Ｃモル比は、目標Ｏ２/Ｃモル比に比べて大きくなる。実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に対して大きくなると、図３から分かるように、改質用触媒４が平衡状態となったときの反応平衡温度ＴＢが大巾に高くなる。
【０１１６】
この場合、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比よりも大きい状態を放置しておくと、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが反応平衡温度ＴＢに達したときに、改質用触媒４の温度が、改質用触媒４の熱劣化を回避しうる許容触媒温度ＴＸまで上昇し、その結果、改質用触媒４が熱劣化を生ずる危険性がある。従って、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比よりも高い状態を放置しておくことはできない。そこで、図２２に示される実施例では、１次暖機運転を行っているときの改質用触媒４の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、１次暖機運転時における実際のO２/Cモル比が推定され、推定された実際のO２/Cモル比が目標O２/Cモル比に対してずれているときには、推定された実際のO２/Cモル比を目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合が補正される。なお、この場合、図２２に示される例では、推定された実際のO２/Cモル比を目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用燃料の供給量が補正される。
【０１１７】
具体的にいうと、図２２に示される例では、１次暖機運転時において、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、例えば。４００℃から７００℃まで上昇するのに要する時間、即ち、温度上昇に要する時間Σｔが算出されている。なお、図２２には、実際の供給燃料量が目標供給燃料量に維持されているときの温度上昇に要する時間ΣｔがΔｔＹで示されており、実際の供給燃料量が目標供給燃料量に対して減少したときの温度上昇に要する時間ΣｔがΔｔＫで示されている。図２２からわかるように、実際の供給燃料量が目標供給燃料量に比べて低下するほど、即ち、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に比べて大きくなるほど、温度上昇に要する時間Σｔが長くなる。
【０１１８】
従って、図２２に示される例では、温度上昇に要する時間Σｔが、ΔｔＫで示されるように、温度上昇に要する時間ΔｔＹに比べて長くなったときには、改質用触媒４が熱劣化を生じないように、２次暖機が開始されると、ただちに学習値ＫＧが増大され、実際の供給燃料量ＱＦＯ（＝学習値ＫＧ・目標供給燃料量ＱＦ）が目標供給燃料量ＱＦに対してただちに増大される。なお、この場合も、本発明による第１実施例と同様に、通常運転が開始されたときの実際のＯ２/Ｃモル比が、０．５よりも若干高くなるように、学習値ＫＧが定められている。また、この場合、図２２に示される例では、温度上昇に要する時間ΔｔＫと、温度上昇に要する時間ΔｔＹから学習値ＫＧが算出される。
【０１１９】
即ち、温度上昇に要する時間ΔｔＫが温度上昇に要する時間ΔｔＹに対して長くなるほど、即ち、１次暖機運転時における改質用触媒４の温度上昇速度が遅くなるほど、供給燃料量を増大させ、２次暖機運転時における実際のＯ２/Ｃモル比を低下させる必要がある。従って、図２２に示される例では、学習値ＫＧに、定数Ｃ４・（温度上昇に要する時間ΔｔＫ/温度上昇に要する時間ΔｔＹ）を乗算することによって、新たな学習値ＫＧが求められる。無論、この場合、本発明による第１実施例と同様に、温度上昇に要する時間ΔｔＫの長さに応じた最適な学習値ＫＧを予め実験により求めておいて、この実験により求められた最適な学習値ＫＧをＲＯＭ３２内に記憶しておき、学習値ＫＧとして、温度上昇に要する時間ΔｔＫの長さに応じた、予め記憶されている学習値を用いることができる。
【０１２０】
一方、図２３の実線は、一例として、燃料噴射弁８から供給される実際の供給燃料量が、何らかの理由により、目標供給燃料量に対して増大した場合の熱、水素生成制御を示している。なお、以下、供給空気量は目標供給空気量に維持されているものとして説明する。さて、実際の供給燃料量が目標供給燃料量に対して増大すると、図２３の１次暖機時において、実線で示されるように、実際のＯ２/Ｃモル比は、目標Ｏ２/Ｃモル比に比べて小さくなる。実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に対して小さくなると、図３から分かるように、改質用触媒４が平衡状態となったときの反応平衡温度ＴＢが低くなる。
【０１２１】
この場合、このように実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比よりも低い状態を放置しておくと、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが反応平衡温度ＴＢに達したときに、実際のＯ２/Ｃモル比が０．５よりも低くなり、その結果、コーキングを生ずる危険性がある。従って、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比よりも低い状態を放置しておくことはできない。そこで、図２３に示される実施例では、１次暖機運転を行っているときの改質用触媒４の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、１次暖機運転時における実際のO２/Cモル比が推定され、推定された実際のO２/Cモル比が目標O２/Cモル比に対してずれているときには、推定された実際のO２/Cモル比を目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合が補正される。なお、この場合、図２３に示される例では、推定された実際のO２/Cモル比を目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用燃料の供給量が補正される。
【０１２２】
具体的にいうと、図２３に示される例でも、１次暖機運転時において、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、例えば。４００℃から７００℃まで上昇するのに要する時間、即ち、温度上昇に要する時間Σｔが算出されている。なお、図２３には、実際の供給燃料量が目標供給燃料量に維持されているときの温度上昇に要する時間ΣｔがΔｔＹで示されており、実際の供給燃料量が目標供給燃料量に対して増大したときの温度上昇に要する時間ΣｔがΔｔＫで示されている。図２３からわかるように、実際の供給燃料量が目標供給燃料量に比べて増大するほど、即ち、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に比べて小さくなるほど、温度上昇に要する時間Σｔが短くなる。
【０１２３】
従って、図２３に示される例では、温度上昇に要する時間Σｔが、ΔｔＫで示されるように、温度上昇に要する時間ΔｔＹに比べて短くなったときには、改質用触媒４がコーキングを生じないように、２次暖機が開始されると、ただちに学習値ＫＧが低下され、実際の供給燃料量ＱＦＯ（＝学習値ＫＧ・目標供給燃料量ＱＦ）が目標供給燃料量ＱＦに対してただちに減少される。なお、この場合も、本発明による第１実施例と同様に、通常運転が開始されたときの実際のＯ２/Ｃモル比が、０．５よりも若干高くなるように、学習値ＫＧが定められている。また、この場合、図２３に示される例では、温度上昇に要する時間ΔｔＫと、温度上昇に要する時間ΔｔＹから学習値ＫＧが算出される。
【０１２４】
即ち、温度上昇に要する時間ΔｔＫが温度上昇に要する時間ΔｔＹに対して短くなるほど、即ち、１次暖機運転時における改質用触媒４の温度上昇速度が早くなるほど、供給燃料量を減少させ、２次暖機運転時における実際のＯ２/Ｃモル比を高める必要がある。従って、図２３に示される例では、学習値ＫＧに、定数Ｃ５・（温度上昇に要する時間ΔｔＫ/温度上昇に要する時間ΔｔＹ）を乗算することによって、新たな学習値ＫＧが求められる。無論、この場合、本発明による第１実施例と同様に、温度上昇に要する時間ΔｔＫの長さに応じた最適な学習値ＫＧを予め実験により求めておいて、この実験により求められた最適な学習値ＫＧをＲＯＭ３２内に記憶しておき、学習値ＫＧとして、温度上昇に要する時間ΔｔＫの長さに応じた、予め記憶されている学習値を用いることができる。
【０１２５】
一方、この第２実施例でも、第１実施例と同様に、通常運転に移行後、予め定められた一定時間ｔ２を経過する毎に、学習値ＫＧの補正が行われる。即ち、このとき改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが反応平衡温度ＴＢでないときには、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比＝０．５に対してずれていることになる。このとき、図３に示す関係を用いると、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣと反応平衡温度（ＴＡ＋８０５℃）との温度差から、目標Ｏ２/Ｃモル比に対する実際のＯ２/Ｃモル比のずれ量がわかり、目標Ｏ２/Ｃモル比に対する実際のＯ２/Ｃモル比のずれ量がわかると、実際のＯ２/Ｃモル比を目標Ｏ２/Ｃモル比とするのに必要な学習値ＫＧの補正量がわかる。このようにして、学習値ＫＧの補正が行われる。
【０１２６】
一例を挙げると、第１実施例と同様に、通常運転に移行後、予め定められた一定時間ｔ２が経過したときに、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが（ＴＡ＋８０５℃）と（ＴＡ＋８０５℃）＋α（αは小さな一定値）との間にあるときには、学習値ＫＧの更新は行われない。これに対し、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが（ＴＡ＋８０５℃）＋αよりも高くなると、学習値ＫＧにＣ３（定数）・（ＴＣ−（ＴＡ＋８０５℃＋α））が加算され、それによって燃料噴射弁８からの燃料噴射量が増大される。一方、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが（ＴＡ＋８０５℃）よりも低くなると、学習値ＫＧからＣ３（定数）・（（ＴＡ＋８０５℃）―ＴＣ）が減算され、それによって燃料噴射弁８からの燃料噴射量が減少される。なお、この第２実施例でも、通常運転に、このような学習値ＫＧの更新作用が一定時間ｔ２毎に行われる。
【０１２７】
次に、図１１および図２４から図３０を参照しつつ、図２２および図２３に示す本発明による第２実施例を実行するための熱、水素生成制御ルーチンについて説明する。この熱、水素生成制御ルーチンは、図１に示される各種指令発生部３９において、熱、水素生成制御開始指令が発せられると実行される。なお、この第２実施例でも、図１１に示される、熱、水素生成制御ルーチンが用いられており、図１１のステップ５０において実行される、熱、水素生成装置１の始動および着火制御ルーチンが図２４および図２５に示されており、図１１のステップ５１において実行される、熱、水素生成装置１の１次暖機制御ルーチンが図２６に示されており、図１１のステップ５２において実行される、熱、水素生成装置１の２次暖機制御ルーチンが図２７および図２８に示されており、図１１のステップ５３において実行される、熱、水素生成装置１の通常運転制御ルーチンが図２９および図３０に示されている。
【０１２８】
さて、まず初めに、図２４および図２５に示される始動および着火制御ルーチンを参照すると、この始動および着火制御ルーチンにおけるステップ３００からステップ３１２は、図１２および図１３に示される始動および着火制御ルーチンにおけるステップ１００からステップ１１２と全く同一である。従って、図２４および図２５に示される始動および着火制御ルーチンについては説明を省略し、図１１のステップ５１において行われる１次暖機制御から説明を行う。
【０１２９】
図１１のステップ５１において行われるこの１次暖機制御を示す図２６を参照すると、まず初めに、ステップ３２０において、温度センサ２３の出力信号に基づき、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが４００℃を越えたか否かが判別される。改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが４００℃を越えていないと判別されたときには、ステップ３２３に進む。これに対し、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが４００℃を越えたと判別されたときにはステップ３２１に進み、一定時間ｔが経過したか否かが判別される。一定時間ｔが経過すると、ステップ３２２に進んで、この一定時間ｔがΣｔに加算される。従って、このΣｔは、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが４００℃を越えたときからの経過時間を表していることになる。次いで、ステップ３２３に進む。
【０１３０】
ステップ３２３では、１次暖機運転時の目標供給燃料量ＱＦ１が算出される。この目標供給燃料量ＱＦ１は、予めＲＯＭ３２内に記憶されている。次いで、ステップ３２４では、この目標供給燃料量ＱＦ１に学習値ＫＧを乗算することによって、最終的な供給燃料量ＱＦＯ（＝ＫＧ・ＱＦ１）が算出される。次いで、ステップ３２５では、目標供給燃料量ＱＦ１と目標Ｏ２/Ｃモル比から、目標供給空気量ＱＡ１が算出される。なお、図７および図２２に示されるように、このときには、目標Ｏ２/Ｃモル比が３．０とされている。次いで、ステップ３２６では、燃料噴射弁８から、ステップ３２４において算出された最終的な供給燃料量ＱＦＯでもって燃料がバーナー燃焼室３に供給される。次いで、ステップ３２７では、ステップ３２５において算出された目標供給空気量ＱＡ１を空気ポンプ１５から吐出させるのに必要なポンプ駆動電力が空気ポンプ１５に供給され、空気ポンプ１５からは、空気が目標供給空気量ＱＡ１でもって吐出される。
【０１３１】
このとき、即ち、１次暖機運転時には、空気ポンプ１５から吐出された空気は、高温空気流通路１３を介してバーナー燃焼室３に供給されている。なお、本発明の実施例では、この１次暖機運転が行われているときには、図７および図２２に示されるように、空気供給量および燃料供給量が段階的に増大される。次いで、ステップ３２８では、温度センサ２３の出力信号に基づいて、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃を越えたか否かが判別される。改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃を越えていないと判別されたときには、ステップ３２０に戻り、１次暖機運転が継続して行われる。これに対し、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃を越えたと判別されたときにはステップ３２９に進む。
【０１３２】
ステップ３２９では、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが４００℃を越えたときからの経過時間Σｔ、即ち、温度上昇に要する時間ΔｔＫが温度上昇に要する時間ΔｔＹよりも長いか否かが判別される。経過時間Σｔ、即ち、温度上昇に要する時間ΔｔＫが温度上昇に要する時間ΔｔＹよりも長いときには、ステップ３３０に進んで、新たな学習値ＫＧ（＝定数Ｃ４・（Σｔ/ΔｔＹ）が算出される。次いで、ステップ３３３に進む。一方、ステップ３２９において、経過時間Σｔ、即ち、温度上昇に要する時間ΔｔＫが温度上昇に要する時間ΔｔＹよりも長くないと判別されたときには、ステップ３３１に進んで、経過時間Σｔ、即ち、温度上昇に要する時間ΔｔＫが温度上昇に要する時間ΔｔＹよりも短いか否かが判別される。経過時間Σｔ、即ち、温度上昇に要する時間ΔｔＫが温度上昇に要する時間ΔｔＹよりも短いときには、ステップ３３２に進んで、新たな学習値ＫＧ（＝定数Ｃ５・（Σｔ/ΔｔＹ）が算出される。次いで、ステップ３３３に進む。一方、  ステップ３３１において、経過時間Σｔ、即ち、温度上昇に要する時間ΔｔＫが温度上昇に要する時間ΔｔＹよりも短くないと判別されたときには、ステップ３３３に進む。ステップ３３３では、Σｔがクリアされる。次いで、図１１に示されるステップ５２に進んで、２次暖機制御、即ち、部分酸化改質反応が開始される。
【０１３３】
次に、図１１のステップ５２において行われる２次暖機制御について、図２７および図２８を参照しつつ説明する。２次暖機制御、即ち、部分酸化改質反応が開始されると、図２７に示されるように、まず初めにステップ３４０において低温空気弁１７が開弁され、次いで、ステップ３４１では、高温空気弁１６が閉弁される。従って、このときには、空気は低温空気流通路１４を介してバーナー燃焼室３に供給される。次いで、ステップ３４２では、出力熱量（ｋＷ）の要求値か取得される。例えば、熱、水素生成装置１が、車両の排気浄化用触媒を暖機するために用いられる場合には、この出力熱量の要求値は、排気浄化用触媒を活性化温度まで上昇させるために必要な熱量とされる。次いで、ステップ３４３では、この出力熱量（ｋＷ）の要求出力熱量を発生させるのに必要な燃料供給量ＱＦが算出される。次いで、ステップ３４４に進む。
【０１３４】
ステップ３４４では、ステップ３４３において算出された目標供給燃料量ＱＦに学習値ＫＧを乗算することによって、最終的な供給燃料量ＱＦＯ（＝ＫＧ・ＱＦ）が算出される。次いで、ステップ３４５では、２次暖機運転時における目標Ｏ２/Ｃモル比が設定される。本発明の実施例では、この目標Ｏ２/Ｃモル比は、０．５６とされている。次いで、ステップ３４６では、目標供給燃料量ＱＦと目標Ｏ２/Ｃモル比から、目標供給空気量ＱＡが算出される。次いで、ステップ３４７では、燃料噴射弁８から、ステップ３４４において算出された最終的な供給燃料量ＱＦＯでもって燃料がバーナー燃焼室３に供給される。次いで、ステップ３４８では、ステップ３４６において算出された目標供給空気量ＱＡを空気ポンプ１５から吐出させるのに必要なポンプ駆動電力が空気ポンプ１５に供給され、空気ポンプ１５からは、空気が目標供給空気量ＱＡでもって吐出される。
【０１３５】
このとき、部分酸化改質反応が行われ、水素が生成される。次いで、ステップ３４９では、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、温度センサ２４により検出された空気温ＴＡと８０５℃との和（ＴＡ＋８０５℃）に到達したか否かが判別される。前述したように、この温度（ＴＡ＋８０５℃）は、空気温がＴＡ℃のときに、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応が行われたときの反応平衡温度ＴＢを示している。従って、ステップ３４９では、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、反応平衡温度（ＴＡ＋８０５℃）に到達したか否かを判別していることになる。改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、反応平衡温度（ＴＡ＋８０５℃）に到達していないと判別されたときには、ステップ３４４に戻る。
【０１３６】
これに対し、ステップ３４９において、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、反応平衡温度（ＴＡ＋８０５℃）に到達したと判別されたときには、図２８のステップ３５０に進み、ステップ３５０からステップ３５５において、空気ポンプ１５の吐出量を一定に維持した状態で目標Ｏ２/Ｃモル比が０．５となるまで、供給燃料量が徐々に増大され、目標Ｏ２/Ｃモル比が徐々に減少せしめられる。即ち、ステップ３５０では、一定時間が経過したか否かが判別され、一定時間が経過したにはステップ３５１に進む。即ち、一定時間が経過する毎にステップ３５１に進む。ステップ３５１では、目標供給燃料量ＱＦが小さな一定値ΔＱＦだけ増量される。次いで、ステップ３５２では、ステップ３５１において算出された目標供給燃料量ＱＦに学習値ＫＧを乗算することによって、最終的な供給燃料量ＱＦＯ（＝ＫＧ・ＱＦ）が算出される。
【０１３７】
次いで、ステップ３５３では、燃料噴射弁８から、ステップ３５２において算出された最終的な供給燃料量ＱＦＯでもって燃料がバーナー燃焼室３に供給される。次いで、ステップ３５４では、ステップ３４６において算出された目標供給空気量ＱＡを空気ポンプ１５から吐出させるのに必要なポンプ駆動電力が空気ポンプ１５に供給され、空気ポンプ１５からは、空気が目標供給空気量ＱＡでもって吐出される。次いで、ステップ３５５では、目標供給燃料量ＱＦと目標供給空気量ＱＡから算出される目標Ｏ２/Ｃモル比が０．５になったか否かが判別される。目標Ｏ２/Ｃモル比が０．５になっていないと判別されたときには、ステップ３５０に戻る。これに対し、ステップ３５５において、目標Ｏ２/Ｃモル比が０．５になったと判別されたときには、２次暖機運転は完了したと判断される。２次暖機運転が完了したと判断されたときには、図１１のステップ５３に進んで、通常運転が行われる。
【０１３８】
次に、図１１のステップ５３において行われる通常運転制御について、図２９および図３０を参照しつつ説明する。図２９を参照すると、まず初めに、ステップ３６０では、熱、水素生成運転モードであるか否かが判別される。ステップ３６０において、熱、水素生成運転モードであると判別されたときには、ステップ３６１に進み、ステップ３５１において算出された目標供給燃料量ＱＦに学習値ＫＧを乗算することによって、最終的な燃料供給量ＱＦＯ（＝ＫＧ・ＱＦ）が算出される。次いで、ステップ３６２では、燃料噴射弁８から、ステップ３６１において算出された最終的な供給燃料量ＱＦＯでもって燃料がバーナー燃焼室３に供給される。次いで、ステップ３６３では、ステップ３４６において算出された目標供給空気量ＱＡを空気ポンプ１５から吐出させるのに必要なポンプ駆動電力が空気ポンプ１５に供給され、空気ポンプ１５からは、空気が目標供給空気量ＱＡでもって吐出される。このとき、目標Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応が行われ、熱および水素が生成される。
【０１３９】
次いで、ステップ３６４では、熱、水素生成運転モードが予め定められたｔ２時間、継続したか否かが判別される。熱、水素生成運転モードが予め定められたｔ２時間、継続していないときには、図３０のステップ３７０にジャンプする。これに対し、熱、水素生成運転モードが予め定められたｔ２時間、継続しているときには、ステップ３６５に進んで、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが読込まれる。次いで、ステップ３６６では、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、温度センサ２４により検出された空気温ＴＡと８０５℃との和（ＴＡ＋８０５℃）に小さな一定値αを加算した値（ＴＡ＋８０５℃）＋αよりも高いか否かが判別される。改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、（ＴＡ＋８０５℃）＋αよりも高いときにはステップ３６７に進んで、新たな学習値ＫＧ（＝ＫＧ・Ｃ３・（ＴＣ−（ＴＡ＋８０５℃＋α））））が算出される。
【０１４０】
このとき、学習値ＫＧは、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣと（ＴＡ＋８０５℃）＋αとの差に比例して増大される。即ち、このとき、燃料噴射弁８から供給される供給燃料量が増量され、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に近づけられる。次いで、ステップ３７０に進む。一方、ステップ３６６において、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、（ＴＡ＋８０５℃）＋αよりも高くないと判別されたときには、ステップ３６８に進んで、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、（ＴＡ＋８０５℃）よりも低いか否かが判別される。改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、（ＴＡ＋８０５℃）よりも低いときにはステップ３６９に進んで、新たな学習値ＫＧ（＝ＫＧ・Ｃ３・（（ＴＡ＋８０５℃）―ＴＣ）））が算出される。
【０１４１】
このとき、学習値ＫＧは、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣと（ＴＡ＋８０５℃）との差に比例して減少される。即ち、このとき、燃料噴射弁８から供給される供給燃料量が減少され、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に近づけられる。次いで、ステップ３７０に進む。一方、ステップ３６８において、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、（ＴＡ＋８０５℃）よりも低くないと判別されたときには、即ち、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが、（ＴＡ＋８０５℃）と（ＴＡ＋８０５℃）＋αとの間にあるときには、ステップ３７０に進む。このときには、学習値ＫＧの更新は行われない。
【０１４２】
一方、ステップ３６０において、熱、水素生成運転モードでないと判別されたとき、即ち、熱生成運転モードであると判別されたときには、ステップ３７１に進んで、Ｏ２/Ｃモル比が、例えば、２．６に設定される。次いで、ステップ３７２では、ステップ３５１において算出された目標供給燃料量ＱＦと目標Ｏ２/Ｃモル比から、目標供給空気量ＱＡが算出される。次いで、ステップ３７３では、燃料噴射弁８から、ステップ３５１において算出された目標供給燃料量ＱＦでもって燃料がバーナー燃焼室３に供給される。次いで、ステップ３７３では、ステップ３７２において算出された目標供給空気量ＱＡを空気ポンプ１５から吐出させるのに必要なポンプ駆動電力が空気ポンプ１５に供給され、空気ポンプ１５からは、空気が目標供給空気量ＱＡでもって吐出される。このときには、Ｏ２/Ｃモル比＝２．６でもって完全酸化反応が行われ、熱のみが生成される。次いで、ステップ３７０に進む。
【０１４３】
ステップ３７０では、熱、水素生成装置１の運転を停止すべき指令が発せられているか否かが判別される。この熱、水素生成装置１の運転を停止すべき指令は、図１に示される各種指令発生部３９において発せられる。熱、水素生成装置１の運転を停止すべき指令が発せられていないときにはステップ３６０に戻る。これに対し、ステップ３７０において、熱、水素生成装置１の運転を停止すべき指令が発せられていると判別されたときには、ステップ３７５に進んで、燃料噴射弁８からの燃料の供給が停止される。次いで、ステップ３７６では、残存する燃料を燃焼除去するために、空気ポンプ１５から空気が供給される。次いで、ステップ３７７では、一定時間経過したか否かが判別される。一定時間経過していないと判別されたときには、ステップ３７６に戻る。
【０１４４】
これに対し、ステップ３７７において、一定時間経過したと判別されたときには、ステップ３７８に進んで、空気ポンプ１５の作動が停止され、バーナー燃焼室３内への空気の供給が停止される。次いで、ステップ３７９では、低温空気弁１７が閉弁され、ステップ３８０では、高温空気弁１６が開弁される。次いで、熱、水素生成装置１の作動が停止せしめられている間、低温空気弁１７が閉弁され続け、高温空気弁１６が開弁され続ける。
【０１４５】
さて、上述したように、図９および図１０に示される本発明による第１実施例では、２次暖機運転を行っているときの改質用触媒４の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、２次暖機運転時における実際のO２/Cモル比が推定され、推定された実際のO２/Cモル比が目標O２/Cモル比に対してずれているときには、推定された実際のO２/Cモル比を目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合が補正される。一方、図２２および図２３に示される本発明による第２実施例では、１次暖機運転を行っているときの改質用触媒４の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、２次暖機運転時における実際のO２/Cモル比が推定され、推定された実際のO２/Cモル比が目標O２/Cモル比に対してずれているときには、推定された実際のO２/Cモル比を目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合が補正される。
【０１４６】
従って、包括的に表現すると、本発明による実施例では、バーナー燃焼を行うためにバーナー燃焼室３内に配置されたバーナー７と、バーナー燃焼室３内に供給されるバーナー燃焼用燃料の供給量を制御可能な燃料供給装置と、バーナー燃焼室３内に供給されるバーナー燃焼用空気の供給量を制御可能な空気供給装置と、バーナー燃焼用燃料を着火させるための着火装置１９と、バーナー燃焼ガスが送り込まれる改質用触媒４と、電子制御ユニット３０とを具備しており、改質用触媒４の温度が反応平衡温度ＴＢに達したときに暖機運転から通常運転に切り替えられる熱、水素生成装置において、バーナー燃焼室３内において反応せしめられる空気と燃料のO２/Cモル比の目標値が、目標O２/Cモル比として、暖機運転時および通常運転時の夫々について予め設定されており、電子制御ユニット３０は、暖機運転を行っているときの改質用触媒４の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、暖機運転時における実際のO２/Cモル比を推定し、推定された実際のO２/Cモル比が目標O２/Cモル比に対してずれているときには、推定された実際のO２/Cモル比を目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合が補正される。
【０１４７】
この場合、本発明による実施例では、通常運転時における目標O２/Cモル比が、部分酸化改質反応により熱および水素を生成することのできるO２/Cモル比に設定されている。従って、通常運転時には、熱および水素の両方がされる。この場合、通常運転時における目標O２/Cモル比を、０．５に設定することが好ましい。
【０１４８】
また、本発明による実施例では、暖機運転が、リーン空燃比でもってバーナー燃焼を行うことにより改質用触媒４の温度を上昇させる１次暖機運転と、１次暖機の完了後に行われかつリッチ空燃比でもってバーナー燃焼を行うことにより改質用触媒４の温度を更に上昇させかつ改質用触媒４において水素を生成する２次暖機運転からなる。この場合、本発明による一実施例では、２次暖機運転を行っているときの改質用触媒４の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、暖機運転時における実際のO２/Cモル比が推定され、２次暖機運転を行っているときに推定された実際のO２/Cモル比が、暖機運転時の目標O２/Cモル比に対してずれているときには、推定された実際のO２/Cモル比を、暖機運転時の目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合が補正される。
【０１４９】
即ち、図３に示されるように、特に、部分酸化改質反応が行われているときには、改質用触媒４の反応平衡温度ＴＢは、実際のO２/Cモル比の変化に対して大きく変化する。一方、２次暖機運転時には、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣはこの反応平衡温度ＴＢに向けて上昇し、従って、２次暖機運転時には、改質用触媒４の温度の上昇速度が実際のO２/Cモル比の変化に対して大きく変化する。従って、２次暖機運転を行っているときの改質用触媒４の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、暖機運転時における実際のO２/Cモル比を推定することによって、暖機運転時における実際のO２/Cモル比を精度よく推定することができることになる。
【０１５０】
また、本発明による実施例では、２次暖機運転期間の前半における改質用触媒４の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、暖機運転時における実際のO２/Cモル比が推定され、２次暖機運転期間の前半において推定された実際のO２/Cモル比が、暖機運転時の目標O２/Cモル比に対してずれているときには、推定された実際のO２/Cモル比を、暖機運転時の目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合が補正される。
【０１５１】
このように暖機運転時における実際のO２/Cモル比の推定作業を、２次暖機運転期間の前半において行うと、推定された実際のO２/Cモル比が、暖機運転時の目標O２/Cモル比に対してずれていることを、２次暖機運転時の早い時期に見つけ出すことができる。従って、推定された実際のO２/Cモル比を、暖機運転時の目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合を早期に補正することができる。
【０１５２】
また、本発明による実施例では、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に一致しているときの２次暖機運転期間の前半における改質用触媒の温度上昇速度が基準温度上昇速度として予め設定されており、２次暖機運転期間の前半における改質用触媒４の温度上昇速度が、予め設定された基準温度上昇速度よりも低いときには、２次暖機運転中において、推定された実際のO２/Cモル比が増大する方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合が補正される。即ち、改質用触媒４の温度上昇速度を、予め設定された基準温度上昇速度と比較するだけで、実際のO２/Cモル比が、暖機運転時の目標O２/Cモル比に対してずれていることを容易に見付けることができる。この場合、改質用触媒４の温度上昇速度が、基準温度上昇速度よりも低いときには、実際のO２/Cモル比が、暖機運転時の目標O２/Cモル比に対よりも低いと判断でき、従って、２次暖機運転中において、推定された実際のO２/Cモル比が増大する方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合が補正される。
【０１５３】
また、本発明による実施例では、実際のＯ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比に一致しているときの２次暖機運転期間の前半における改質用触媒の温度上昇速度が基準温度上昇速度として予め設定されており、２次暖機運転期間の前半における改質用触媒４の温度上昇速度が、予め設定された基準温度上昇速度よりも高いときには、通常運転の開始時に、推定された実際のO２/Cモル比が低下する方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合が補正される。即ち、上述したように、改質用触媒４の温度上昇速度を、予め設定された基準温度上昇速度と比較するだけで、実際のO２/Cモル比が、暖機運転時の目標O２/Cモル比に対してずれていることを容易に見付けることができる。この場合、改質用触媒４の温度上昇速度が、基準温度上昇速度よりも高いときには、実際のO２/Cモル比が、暖機運転時の目標O２/Cモル比よりも高いと判断できる。従って、この場合には、通常運転の開始後に改質用触媒４が熱劣化を生ずる危険性があるので、通常運転の開始時に、実際のO２/Cモル比が低下する方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合が補正される。
【０１５４】
また、本発明による実施例では、１次暖機運転を行っているときの改質用触媒４の温度上昇速度、温度上昇量、又は温度上昇に要する時間から、暖機運転時における実際のO２/Cモル比が推定され、１次暖機運転を行っているときに推定された実際のO２/Cモル比が、暖機運転時の目標O２/Cモル比に対してずれているときには、推定された実際のO２/Cモル比を、暖機運転時の目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合が補正される。即ち、１次暖機運転を行っているときに、バーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合を補正することによって、早期に、実際のO２/Cモル比を、暖機運転時の目標O２/Cモル比に近づけることができる。
【０１５５】
また、本発明による実施例では、通常運転に、改質用触媒４の温度から、実際のO２/Cモル比が推定され、推定された実際のO２/Cモル比が、通常運転時の目標O２/Cモル比に対してずれているときには、推定された実際のO２/Cモル比を、通常運転時の目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合が補正される。このように通常運転時に、実際のO２/Cモル比を目標O２/Cモル比に近づける方向にバーナー燃焼用空気の供給量とバーナー燃焼用燃料の供給量との供給割合を補正することによって、実際のO２/Cモル比を、通常運転時の目標O２/Cモル比に一層近づけることができる。
【符号の説明】
【０１５６】
１    熱、水素生成装置
３    バーナー燃焼室
４    改質用触媒
５    ガス流出室
７    バーナー
９    燃料噴射口
１１    空気供給口
１３    高温空気流通路
１３ａ    熱交換部
１４    低温空気流通路
１５    空気ポンプ
１６    高温空気弁
１７    低温空気弁
１９    グロープラグ１９
２２，２３、２４    温度センサ
【図１】
2018043911.tif 000003
【図２】
2018043911.tif 000004
【図３】
2018043911.tif 000005
【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】
2018043911.tif 000010
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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