(57)【要約】【課題】改質触媒を効率良く再生でき、高い改質効率を維持できる安価で小型の燃料改質装置を提供すること。【解決手段】燃料と空気の混合ガス中で燃料を改質して水素を生成する改質触媒を備えた燃料改質装置１０において、改質触媒の上流側から下流側に向かって供給される空気の供給量を制御する第１空気供給制御手段と、改質触媒の下流側から上流側に向かって供給される空気供給量を制御する第２空気供給制御手段と、第１空気供給制御手段による第１空気供給制御の実行と、第２空気供給制御手段による第２空気供給制御の実行のいずれかを選択する切替手段と、改質処理の実行後の所定時期に、切替手段により第２空気供給制御の実行を選択することにより、改質触媒に堆積したコークおよび未反応成分を燃焼させて改質触媒を再生する再生処理を実行する再生手段と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気の混合ガス中で燃料を改質して水素を生成する改質触媒を備えた燃料改質装置において、
前記改質触媒の上流側から下流側に向かって燃料を供給する燃料供給路と、
当該燃料供給路を介した燃料の供給量を制御する燃料供給制御手段と、
前記改質触媒の上流側から下流側に向かって空気を供給する第１空気供給路と、
当該第１空気供給路を介した空気の供給量を制御する第１空気供給制御手段と、
前記改質触媒の下流側から上流側に向かって空気を供給する第２空気供給路と、
当該第２空気供給路を介した空気の供給量を制御する第２空気供給制御手段と、
前記第１空気供給制御手段による第１空気供給制御の実行と、前記第２空気供給制御手段による第２空気供給制御の実行のいずれかを選択する切替手段と、
前記燃料供給制御手段による燃料供給制御を実行するとともに、前記切替手段により前記第１空気供給制御の実行を選択することにより、燃料を改質する改質処理を実行する改質手段と、
前記改質処理の実行後の所定時期に、前記切替手段により前記第２空気供給制御の実行を選択することにより、前記改質触媒に堆積したコークおよび未反応成分を燃焼させて前記改質触媒を再生する再生処理を実行する再生手段と、を備えることを特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】
前記燃料改質装置の運転回数、前記燃料改質装置の運転時間、前記改質処理の実行により生じた改質ガスの流量、前記改質ガス中の酸素濃度、前記改質ガス中の炭化水素濃度、前記混合ガス中の酸素のモル数に対する炭素のモル数の比であるＯ／Ｃ比、前記改質触媒の上流側圧力と下流側圧力の差圧、燃料消費量および前記改質触媒の温度のうちの少なくとも１つに基づいて、前記改質触媒に堆積したコークおよび未反応成分の堆積量を推定する堆積量推定手段をさらに備え、
前記再生手段は、前記改質処理の実行後、前記堆積量推定手段により推定されたコークおよび未反応成分の堆積量が所定量を上回ったときに、前記再生処理を実行することを特徴とする請求項１記載の燃料改質装置。
【請求項３】
前記燃料供給制御手段は、前記再生処理の実行中においては、燃料の供給量を０にすることを特徴とする請求項１または２記載の燃料改質装置。
【請求項４】
前記改質触媒の温度を検出する触媒温度検出手段をさらに備え、
前記第２空気供給制御手段は、前記再生処理の実行中において、前記触媒温度検出手段により検出された触媒温度に基づいて、前記第２空気供給制御を開始または停止することを特徴とする請求項１から３いずれか記載の燃料改質装置。
【請求項５】
前記触媒温度検出手段は、前記改質触媒の上流側に設けられて上流側の触媒温度を検出する上流側触媒温度検出手段と、前記改質触媒の下流側に設けられて下流側の触媒温度を検出する下流側触媒温度検出手段と、を有し、
前記燃料供給制御手段は、前記改質処理の実行中においては、前記上流側触媒温度検出手段により検出された上流側の触媒温度に基づいて、燃料の供給量を制御し、
前記第１空気供給制御手段は、前記改質処理の実行中においては、前記上流側触媒温度検出手段により検出された上流側の触媒温度に基づいて、空気の供給量を制御し、
前記第２空気供給制御手段は、前記再生処理の実行中においては、前記下流側触媒温度検出手段により検出された下流側の触媒温度に基づいて、空気の供給量を制御することを特徴とする請求項４記載の燃料改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料改質装置に関する。詳しくは、燃料と空気の混合ガス中で燃料を改質して水素を生成する改質触媒を備えた燃料改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素は、クリーンな石油代替エネルギーとして注目されており、燃料電池や内燃機関のエネルギー源などに利用されている。例えば、水素内燃機関、水素添加内燃機関、燃料電池を用いた補助電源などに利用されている他、排気中に含まれるＮＯｘの還元剤としても水素が利用されている。
【０００３】
ところで、水素が広く利用されるに従って、水素の製造方法についての検討が進められている。水素の製造方法としては、例えば、炭化水素、水、アルコールなどを、触媒改質、熱分解または電気分解などにより分解して再結合させる方法が挙げられる。特に、天然ガス、ガソリン、軽油、アルコールなどの燃料を触媒改質して水素を製造する方法について、多くの検討がなされている。この方法では、使用する燃料や改質触媒、反応条件などによって、水素の製造効率が変化することが知られている。
【０００４】
ここで、炭化水素燃料の触媒改質では、次の３つの反応が利用される。
第１の反応は、下記式（１）で示される炭化水素の部分酸化反応である。この反応は、炭化水素と酸素とによる発熱反応であり、自発的に反応が進行する。このため、一旦反応が開始されると、外部から熱を供給しなくても反応が進行し、下記式（１）で示されるように水素が生成される。
【０００５】
第２の反応は、下記式（２）で示される炭化水素の水蒸気改質反応である。この反応は、炭化水素と水蒸気とによる吸熱反応であり、自発的に反応が進行しない。このため、反応を継続させるためには、外部から熱を供給する必要がある。これは、反応の制御が容易であることを意味する。この反応により、下記式（２）で示されるように水素が生成される。
【０００６】
第３の反応は、下記式（３）で示される炭化水素の燃焼反応である。この反応は、部分酸化反応と同様に、炭化水素と酸素とによる発熱反応であり、自発的に反応が進行する。特に、高温条件下において、炭化水素と酸素とが共存する場合に進行する。この反応により、下記式（３）で示されるように水蒸気が生成され、上記の水蒸気改質反応に利用される。
【０００７】
［化１］
ＣｎＨｍ＋ｎ／２Ｏ２→ｎＣＯ＋ｍ／２Ｈ２      ・・・式（１）
ＣｎＨｍ＋ｎＨ２Ｏ→ｎＣＯ＋（ｎ＋ｍ／２）Ｈ２      ・・・式（２）
ＣｎＨｍ＋（ｎ＋ｍ／４）Ｏ２→ｎＣＯ２＋ｍ／２Ｈ２Ｏ      ・・・式（３）
【０００８】
上述したように、上記式（１）で示される部分酸化反応は、自発的に反応が進行するため、反応の制御が容易ではない。このため、この部分酸化反応を、改質触媒全体で均一に進行させることは困難であり、改質触媒内で部分的に酸素が不足した状態となる。すると、酸素が不足した部分では部分酸化反応が進行しない結果、かかる部分において改質触媒の温度が低下し、炭化水素はコークや未反応成分（以下、単にコークという）として改質触媒の表面に堆積する。
【０００９】
改質触媒の表面に堆積したコークは、改質反応の妨げとなり、改質効率の低下を招く。特に、堆積したコークが飛散した場合には、配管の詰まりや圧力損失が生じ、改質効率が著しく低下する。最悪の場合には、装置自体が稼動しなくなる。
【００１０】
ところで、改質剤として酸素を用いた燃料の改質反応の場合には、改質触媒の上流側では酸素分圧が高く、燃焼反応が優位に進行する。このため、改質触媒の温度は高温に維持され、改質触媒の表面にコークが付着することはあまりない。これに対して、改質触媒の下流側では、酸素分圧が低く、燃焼反応などの酸化反応が進行し難い。このため、改質触媒の温度が低下し、改質触媒の表面にコークが付着して堆積し易い。このような改質触媒の下流側におけるコークの付着および堆積を抑制する目的で、供給する酸素量を増加させた場合にあっては、改質触媒の上流側において、酸化反応が過剰に進行して温度上昇が著しくなる結果、シンタリングなどの触媒劣化が発生する。
【００１１】
また、改質触媒内における酸素欠損の発生を防止するためには、燃料と空気の混合ガス
や改質により生ずる改質ガスなどの反応ガスの流れ方向における改質触媒の長さを短く設計することが考えられる。この場合には、反応ガスの流れ方向における改質触媒の温度差が小さくなり、下流側においても高温下で反応を進行させることができる結果、コークの堆積は生じ難くなる。しかしながら、改質触媒内における反応ガスの滞留時間、即ち反応時間が十分に確保できなくなり、改質効率が低下してしまう。
【００１２】
高い改質効率を得る手段として、改質触媒の上流側で優位に進行する燃焼反応により生ずる水蒸気から水素を回収する方法が挙げられる。例えば、水蒸気改質反応や水性シフト反応などは水蒸気から水素を取り出す反応であるものの、これらの反応は積分型の反応である。このため、反応ガスの流れ方向における改質触媒の長さを長く設計する必要があり、この場合には、上述したように、改質触媒の下流側でコークが堆積してしまう。
【００１３】
以上述べたように、改質効率を低下させることなく、改質触媒の表面にコークが付着して堆積するのを抑制するのは困難であり、高い改質効率を得るためには、堆積したコークを除去する技術が不可欠である。
そこで、改質触媒の表面に堆積したコークを燃焼除去することにより、改質触媒を再生する技術が提案されている（特許文献１参照）。この技術によれば、改質触媒の表面に堆積したコークを酸素富化空気でバーンオフすることにより、触媒活性を回復できる。
【００１４】
また、重質燃料の改質において、改質時に生じたコークやピッチを除去する技術が提案されている（特許文献２参照）。この技術では、流動層反応器内の流動層により重質燃料を改質し、改質時に生じたコークやピッチを流動層反応器から取り出して燃焼器に導入する。これにより、流動層反応器内の改質触媒を再生できるとともに、コークやピッチの燃焼により得られたスチームを重質燃料の改質に利用できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第４０６７５０３号公報
【特許文献２】特開２００９−７４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献１の技術は、酸素富化空気を用いてコークをバーンオフする技術であるため、酸素富化気体を製造する装置が必要となる。このため、装置が大型化し、コストの増加や電力消費量の増加を招く。
また、上述したように、コークは改質触媒の下流側に多く堆積するが、特許文献１の技術では改質触媒の上流側から酸素富化空気を供給するため、最も酸素を必要とする改質触媒の下流側に十分な酸素が供給されない。このため、改質触媒の下流側においてコークを効率的にバーンオフできず、改質触媒の再生に長時間を要する。
【００１７】
また、特許文献１の技術では、コークが多量に堆積した状態で酸素富化空気を一気に供給すると、急激に温度が上昇し、改質触媒を劣化させてしまうおそれがある。このため、コークの堆積量に応じて酸素富化気体の供給量を制限するなどの難しい制御が必要となる。
【００１８】
一方、特許文献２の技術は、流動層反応器からコークやピッチを取り出して処理することにより、流動層反応器内の改質触媒を再生する技術であるが、流動層反応器は経済性の面から大規模な化学プラントで使用されるのが一般的である。このため、特許文献２の技術は、車載などを考慮した小型の燃料改質装置には不向きである。
【００１９】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、改質触媒を効率良く再生でき、高い改質効率を維持できる安価で小型の燃料改質装置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】
【００２０】
上記目的を達成するため本発明は、燃料と空気の混合ガス中で燃料を改質して水素を生成する改質触媒を備えた燃料改質装置（例えば、後述の燃料改質装置１０）を提供する。本発明の燃料改質装置は、前記改質触媒の上流側から下流側に向かって燃料を供給する燃料供給路（例えば、後述の燃料供給管１１１）と、当該燃料供給路を介した燃料の供給量を制御する燃料供給制御手段（例えば、後述の燃料バルブ１１２，ＥＣＵ１９）と、前記改質触媒の上流側から下流側に向かって空気を供給する第１空気供給路（例えば、後述の第１空気供給管１１７）と、当該第１空気供給路を介した空気の供給量を制御する第１空気供給制御手段（例えば、後述の空気バルブ１１９，ＥＣＵ１９）と、前記改質触媒の下流側から上流側に向かって空気を供給する第２空気供給路（例えば、後述の第２空気供給管１１８）と、当該第２空気供給路を介した空気の供給量を制御する第２空気供給制御手段（例えば、後述の空気バルブ１１９，ＥＣＵ１９）と、前記第１空気供給制御手段による第１空気供給制御の実行と、前記第２空気供給制御手段による第２空気供給制御の実行のいずれかを選択する切替手段（例えば、後述の第１切替バルブ１１６Ａ，第２切替バルブ１１６Ｂ，ＥＣＵ１９）と、前記燃料供給制御手段による燃料供給制御を実行するとともに、前記切替手段により前記第１空気供給制御の実行を選択することにより、燃料を改質する改質処理を実行する改質手段（例えば、後述のＥＣＵ１９）と、前記改質処理の実行後の所定時期に、前記切替手段により前記第２空気供給制御の実行を選択することにより、前記改質触媒に堆積したコークおよび未反応成分を燃焼させて前記改質触媒を再生する再生処理を実行する再生手段（例えば、後述のＥＣＵ１９）と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る燃料改質装置は、燃料および空気を改質触媒に供給して燃料を改質した後、所定の時期に、第２空気供給制御を実行することにより、改質触媒に堆積したコークを燃焼させて改質触媒を再生する構成とした。即ち、改質処理実行後の所定時期に、改質触媒の上流側から下流側への空気の供給を停止する代わりに、改質触媒の下流側から上流側に向かって空気を供給し、改質触媒内の反応ガスの流れを逆転させて改質触媒を再生する構成とした。
これにより、最もコークが堆積する改質触媒の下流側に、効率良く酸素を供給することができる。このため、改質触媒の下流側においてコークの燃焼反応を効率良く進行させることができ、短時間で改質触媒を再生できる。ひいては、改質触媒を効率良く再生できるため、高い改質効率を維持できる。
また、改質触媒の下流側から上流側に向かって空気を供給するのみであるため、簡単な構成により、上記効果が得られる。従って、改質触媒を効率良く再生でき、高い改質効率を維持できる安価で小型の燃料改質装置を提供できる。
なお、本発明のように、改質触媒の下流側から上流側に向かって空気を供給した場合、改質触媒に堆積していたコークの一部が、改質触媒の上流側に移動する場合がある。この場合には、再生処理の実行後に、改質処理を再度実行することにより、改質触媒の上流側が高温化されて酸素分圧が高まったときに燃焼されるため、問題は無い。
【００２２】
また、本発明では、前記燃料改質装置の運転回数、前記燃料改質装置の運転時間、前記改質処理の実行により生じた改質ガスの流量、前記改質ガス中の酸素濃度、前記改質ガス中の炭化水素濃度、前記混合ガス中の酸素のモル数に対する炭素のモル数の比であるＯ／Ｃ比、前記改質触媒の上流側圧力と下流側圧力の差圧、燃料消費量および前記改質触媒の温度のうちの少なくとも１つに基づいて、前記改質触媒に堆積したコークおよび未反応成分の堆積量を推定する堆積量推定手段（例えば、後述のＥＣＵ１９）をさらに備え、前記再生手段は、前記改質処理の実行後、前記堆積量推定手段により推定されたコークおよび未反応成分の堆積量が所定量を上回ったときに、前記再生処理を実行することが好ましい。
【００２３】
この発明に係る燃料改質装置では、改質触媒に堆積したコークの堆積量を推定し、推定されたコークの堆積量が所定量を上回ったときに、改質触媒の下流側から上流側に向かって空気を供給し、改質触媒を再生する構成とした。
これにより、より適切な時期に改質触媒を再生でき、再生処理の頻度を低減できる。また、不要な再生処理を低減できるため、改質触媒の再生による熱劣化を抑制できる。
【００２４】
また、本発明では、前記燃料供給制御手段は、前記再生処理の実行中においては、燃料の供給量を０にすることが好ましい。
【００２５】
この発明に係る燃料改質装置では、改質触媒の再生処理中には燃料の供給量を０とし、改質触媒に燃料を供給しない構成とした。
これにより、不要な燃料の供給を回避でき、燃費の悪化を回避できる。
【００２６】
また、本発明では、前記改質触媒の温度を検出する触媒温度検出手段（例えば、後述の上流側温度センサ１７１，下流側温度センサ１７２）をさらに備え、前記第２空気供給制御手段は、前記再生処理の実行中において、前記触媒温度検出手段により検出された触媒温度に基づいて、前記第２空気供給制御を開始または停止することが好ましい。
【００２７】
この発明に係る燃料改質装置では、改質触媒の再生処理中においては、改質触媒の温度に基づいて第２空気供給制御を開始または停止する構成とした。即ち、再生処理中には、改質触媒の温度に基づいて、改質触媒の下流側から上流側に向かう空気の供給を開始または停止する構成とした。
これにより、改質触媒の温度が、後述の使用上限温度を上回ったり、活性化温度を下回ったりするのを回避でき、改質触媒の熱劣化を抑制しつつ、コークを断続的に燃焼除去できる。また、空気供給の所謂ＯＮ／ＯＦＦ制御を利用したものであるため、簡単な装置構成で上記効果が得られる。
【００２８】
より詳しくは、この発明によれば、触媒温度検出手段を備えるため、検出された触媒温度に基づいて、改質触媒が劣化する温度（使用上限温度）に達する前に、改質触媒の下流側から上流側に向かう空気の供給を停止することができる。即ち、改質触媒の下流側から上流側に向かって空気を供給し、改質触媒の表面に堆積したコークを燃焼除去する際に、その燃焼熱によって改質触媒の温度が上記使用上限温度を超えてしまうのを回避できる。これにより、改質触媒の劣化を確実に回避できる。
また、この発明によれば、改質触媒が活性化する温度（活性化温度）を下回る前に、改質触媒の下流側からの空気の供給を開始することができる。これにより、改質触媒の温度が上記活性化温度を下回るのを回避でき、改質触媒の表面に堆積したコークを確実に燃焼除去できる。
従って、この発明によれば、改質触媒の温度が使用上限温度に達する前に、改質触媒の下流側から上流側に向かう空気の供給を開始するとともに、改質触媒の温度が活性化温度を下回る前に、改質触媒の下流側から上流側に向かう空気の供給を停止する操作を繰り返し実行することにより、改質触媒の熱劣化を抑制しつつ、コークを断続的に燃焼除去できる。
【００２９】
また、この発明によれば、改質触媒の表面に堆積したコークが全て燃焼除去され、燃焼による温度上昇が得られなくなったときに、改質触媒の下流側から上流側に向かう空気の供給を停止することができる。これにより、必要以上に空気を供給することなく、改質触媒の再生処理を終了できる。
【００３０】
なお、この発明では、改質触媒の温度それ自体の他、改質触媒の温度に相関するパラメータ、例えば単位時間当たりの触媒温度上昇速度に基づいて、改質触媒の下流側から上流側に向かう空気の供給を開始または停止するように構成してもよい。空気供給の開始または停止の判定基準を改質触媒の温度自体とした場合には、装置構成を簡素化でき、コストの点で有利である。また、上記の単位時間当たりの触媒温度上昇速度を判定基準とした場合には、改質触媒の温度をより正確にコントロールできるため、改質触媒の熱劣化をより確実に抑制しつつ、コークを断続的に確実に燃焼除去できる。
【００３１】
また、本発明では、前記触媒温度検出手段は、前記改質触媒の上流側に設けられて上流側の触媒温度を検出する上流側触媒温度検出手段（例えば、後述の上流側温度センサ１７１）と、前記改質触媒の下流側に設けられて下流側の触媒温度を検出する下流側触媒温度検出手段（例えば、後述の下流側温度センサ１７２）と、を有し、前記燃料供給制御手段は、前記改質処理の実行中においては、前記上流側触媒温度検出手段により検出された上流側の触媒温度に基づいて、燃料の供給量を制御し、前記第１空気供給制御手段は、前記改質処理の実行中においては、前記上流側触媒温度検出手段により検出された上流側の触媒温度に基づいて、空気の供給量を制御し、前記第２空気供給制御手段は、前記再生処理の実行中においては、前記下流側触媒温度検出手段により検出された下流側の触媒温度に基づいて、空気の供給量を制御することが好ましい。
【００３２】
この発明では、上流側の触媒温度を検出する上流側触媒温度検出手段と、下流側の触媒温度を検出する下流側触媒温度検出手段の２つの触媒温度検出手段を設けた。また、改質処理の実行中には、上流側の触媒温度に基づいて燃料の供給量と上流側からの空気の供給量を制御し、再生処理の実行中には、下流側の触媒温度に基づいて下流側からの空気の供給量を制御する構成とした。即ち、改質処理と再生処理とで、燃料および空気の供給量を制御する判定基準を異なるものとした。
これにより、再生処理の実行中は、改質処理の実行中とは異なり、下流側の触媒温度に基づいて空気の供給量を制御できる。即ち、直接検出した下流側の触媒温度に基づいて空気の供給量を制御できるため、コークの燃焼反応効率をより向上でき、燃焼残渣をより低減できる。また、過剰酸素存在下でのコークの燃焼に伴う改質触媒の急激な温度上昇をより抑制でき、改質触媒の劣化が生ずる使用上限温度を超えて改質触媒が熱劣化するのをより確実に抑制できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、改質触媒を効率良く再生でき、高い改質効率を維持できる安価で小型の燃料改質装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料改質装置の構成を示す図である。
【図２】上記実施形態に係る再生処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】上記実施形態に係る改質ガス流量ＱＲＦＭＧおよびＯ／Ｃ比と、単位時間当たりのコーク堆積量との関係を示す図である。
【図４】上記実施形態に係る再生処理の一例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
本実施形態に係る燃料改質装置１０は、燃料と空気の混合ガス中で燃料を改質し、水素を生成する。本実施形態では、生成した水素は、内燃機関（エンジン）の排気浄化用の還元剤として利用される。ここで、「混合ガス」には、例えば軽油を噴霧した場合など微細な液滴が空気と混ざり合った状態も含まれる。
【００３６】
本実施形態に係る燃料改質装置１０の構成を図１に示す。図１に示すように、燃料改質装置１０は、供給部１１と、改質器１３と、排出部１５と、を備える。
【００３７】
燃料改質装置１０で使用される燃料としては、改質反応により水素を生成できるものであればよく、特に限定されない。具体的には、ガソリン、軽油（ディーゼル燃料）、バイオディーゼル燃料、天然ガスまたはプロパンガスなどの炭化水素系燃料の他、メタノールまたはエタノールなどのアルコール系燃料が使用される。これらのうち、好ましくは炭化水素系燃料が使用され、中でも軽油が好ましく使用される。本実施形態では、燃料として軽油を使用する。
【００３８】
燃料改質装置１０で使用される空気は、燃料の改質剤として作用する。具体的には、空気中に含まれる酸素が燃料の改質剤として作用することにより、燃料の改質反応が進行して水素が生成される。
【００３９】
供給部１１は、燃料供給管１１１と、燃料バルブ１１２と、噴射器１１３と、空気供給管１１５と、第１切替バルブ１１６Ａと、第２切替バルブ１１６Ｂと、第１空気供給管１１７と、第２空気供給管１１８と、空気バルブ１１９と、を備える。
【００４０】
燃料が流通する燃料供給管１１１は、図示しない燃料を貯蔵する燃料タンクに接続され、この燃料タンクに貯蔵された燃料を噴射器１１３に供給する。
燃料供給管１１には、燃料供給管１１１内を流通する燃料の流量を制御する燃料バルブ１１２が設けられている。この燃料バルブ１１２は、アクチュエータを介して後述のＥＣＵ１９に接続されている。燃料バルブ１１２の開度は、ＥＣＵ１９からの制御信号により制御され、これにより、燃料の供給量が制御される。
【００４１】
空気供給管１１５は、図示しないエアコンプレッサに接続されており、エアコンプレッサにより圧縮された空気が、この空気供給管１１５内を流通する。この空気供給管１１５は、第１空気供給管１１７と第２空気供給管１１８とに分岐している。
第１空気供給管１１７は、噴射器１１３に接続されており、改質処理の実行中に、空気を噴射器１１３に供給する。第２空気供給管１１８は、後述の排出管１５１に接続されており、再生処理の実行中に、排出管１５１を介して改質器１３の下流側から上流側に向かって空気を供給する。
【００４２】
空気供給管１１５の分岐部には、第１空気供給管１１７を介した流路と第２空気供給管１１８を介した流路の切替を実行するための第１切替バルブ１１６Ａが設けられている。即ち、この第１切替バルブ１１６Ａにより、第１空気供給管１１７を介した空気の供給制御（第１空気供給制御）と、第２空気供給管１１８を介した空気の供給制御（第２空気供給制御）との切替が実行される。
この第１切替バルブ１１６Ａは、アクチュエータを介して後述のＥＣＵ１９に接続されており、ＥＣＵ１９からの制御信号により制御される。具体的には、改質処理の実行を開始する際に、第１切替バルブ１１６Ａにより第１空気供給管１１７を介した流路への切替が実行される。また、再生処理の実行を開始する際に、第１切替バルブ１１６Ａにより第２空気供給管１１８を介した流路への切替が実行される。
【００４３】
第２空気供給管１１８と排出管１５１の接続部には、第２空気供給管１１８を介した空気の供給と、後述の第１排出管１５２を介した水素の排出との切替を実行するための第２切替バルブ１１６Ｂが設けられている。即ち、この第２切替バルブ１１６Ｂにより、第２空気供給管１１８を介した空気の供給制御（第２空気供給制御）と、改質器１３で生成した水素の第１排出管１５２を介した排出制御との切替が実行される。
この第２切替バルブ１１６Ｂは、アクチュエータを介して後述のＥＣＵ１９に接続されており、ＥＣＵ１９からの制御信号により制御される。具体的には、改質処理の実行を開始する際に、第２切替バルブ１１６Ｂにより第１排出管１５２への切替が実行される。また、再生処理の実行を開始する際に、第２切替バルブ１１６Ｂにより第２空気供給管１１８への切替が実行される。
【００４４】
空気供給管１１５の第１切替バルブ１１６Ａよりも上流側には、空気バルブ１１９が設けられている。この空気バルブ１１９は、アクチュエータを介して後述のＥＣＵ１９に接続されている。空気バルブ１１９の開度は、ＥＣＵ１９からの制御信号により制御され、これにより、空気の供給量が制御される。
【００４５】
噴射器１１３は、燃料供給管１１１を介して供給された燃料と、第１空気供給管１１７を介して供給された空気とを混合し、後述の改質器１３内に噴射する。具体的には、噴射器１１３は、改質器１３の上流側から下流側に向かって、噴射して供給する。
【００４６】
改質器１３は、改質触媒が担持された多孔質体１３１と、ケーシング１３５と、を備える。
【００４７】
多孔質体１３１としては、後述の改質触媒を担持でき、改質触媒の担体として機能するものであればよく、特に限定されない。好ましくは、耐熱性を有する多孔質体が使用される。具体的には、例えば、アルミナ、コージェライト、ムライト、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）などの多孔質体や、ステンレスなどの金属メッシュを使用することができる。
多孔質体１３１の形状については特に限定されず、多孔質体１３１内を通過することにより、燃料が改質される。
【００４８】
改質触媒としては、燃料を改質して水素を生成させることができるものであればよく、特に限定されない。具体的には、例えば、Ｒｈ／セリアを使用することができる。このＲｈ／セリアは、硝酸Ｒｈ水溶液にセリアを添加した後、含浸法により得ることができる。
なお、改質触媒の多孔質体への担持方法については、特に限定されない。例えば、上記の改質触媒を含むスラリーに多孔質体を含浸させることにより、多孔質体内の細孔内表面にも改質触媒を担持させることができる。
【００４９】
以下、改質触媒を担持する多孔質体１３１の製造方法について、一例を挙げて詳しく説明する。下記の例では、操作ａ〜ｃにより、改質触媒を担持する多孔質体１３１が得られる。
（操作ａ）
セリアに対して、ロジウムが質量比で１％となるように硝酸ロジウム溶液を秤量し、イオン交換水とともにナス型フラスコに投入し、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を除去する。次いで、乾燥炉にて、２００℃×２時間、マッフル炉にて、６００℃×２時間の焼成を行い、触媒粉末Ａを得る。
（操作ｂ）
操作ａで得た触媒粉末Ａに対し、Ａｌバインダーが１０％となるよう秤量し、イオン交換水およびアルミナボールとともにポリエチレン製容器に入れて、１４時間湿式粉砕し、スラリーを得る。
（操作ｃ）
操作ｂで得たスラリーを、ハニカム外径φ２５．４ｍｍ×長さＬ２５ｍｍ、セル密度６００個／ｉｎ２および壁厚４ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬させる。次いで、そのハニカム支持体をスラリーから取り出して、過剰分をエア噴射により除去する。その後、ハニカム支持体を２００℃×２時間、加熱する。この操作を所定の担持量が得られるまで繰り返す。所定の担持量が得られた後、マッフル炉で５００℃×２時間の焼成を行うことにより、改質触媒を担持する多孔質体１３１が得られる。
【００５０】
ケーシング１３５は、多孔質体１３１を収容し、多孔質体１３１を固定して保護する。本実施形態では、円筒形状の多孔質体１３１が使用されるため、多孔質体１３１と同心の円筒形状に形成されたケーシングが使用される。
【００５１】
なお、本実施形態に係る燃料改質装置１０では、加熱手段は特に設けられていないが、燃焼反応を促進するために加熱手段を設けてもよい。
【００５２】
改質器１３には、上流側温度センサ１７１と、下流側温度センサ１７２と、が設けられている。上流側温度センサ１７１は、改質器１３の上流側に設けられており、上流側の触媒温度を検出する。下流側温度センサ１７２は、改質器１３の下流側に設けられており、下流側の触媒温度を検出する。これら上流側温度センサ１７１と下流側温度センサ１７２は、それぞれ、後述のＥＣＵ１９に接続されており、各検出値に略比例した信号をＥＣＵ１９に送信する。
【００５３】
排出部１５は、排出管１５１と、第１排出管１５２と、第２排出管１５３と、排出バルブ１５４と、を備える。
【００５４】
排出管１５１は、改質器１３の下流側に接続されている。また、第１排出管１５２は、第２切替バルブ１１６Ｂを介して排出管１５１に接続されている。改質処理の実行中において、改質器１３で生成した水素は、これら排出管１５１および第１排出管１５２を介して、系外に排出される。
第２排出管１５３は、改質器１３の上流側の側部に接続されている。再生処理の実行中において、コークおよび未反応成分（以下、単にコークという）の燃焼により生成した燃焼ガスは、この第２排出管１５３を介して系外に排出される。
【００５５】
第２排出管１５３には、排出バルブ１５４が設けられている。この排出バルブ１５４は、アクチュエータを介して後述のＥＣＵ１９に接続されており、ＥＣＵ１９からの制御信号により制御される。具体的には、排出バルブ１５４は、改質処理の実行時には閉弁され、再生処理の実行時には開弁される。
【００５６】
ＥＣＵ１９は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下、「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ１９は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラムおよび演算結果などを記憶する記憶回路と、燃料バルブ１１２、第１切替バルブ１１６Ａ、第２切替バルブ１１６Ｂ、空気バルブ１１９および排出バルブ１５４などに制御信号を出力する出力回路と、を備える。以上のようなハードウェア構成により、ＥＣＵ１９には、以下に示す改質触媒の再生処理を実行するモジュールが構成される。
【００５７】
次に、本実施形態に係る改質触媒の再生処理について説明する。
図２は、本実施形態に係る改質触媒の再生処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、改質処理の実行により改質触媒にコークが堆積したときに、第１空気供給制御から第２空気供給制御への切替えを実行し、改質触媒の下流側から上流側に向かって空気を供給することにより、コークを燃焼除去させて改質触媒を再生する処理である。この処理は、ＥＣＵにより繰り返し実行される。
【００５８】
ステップＳ１では、改質触媒に堆積したコークの堆積量ΣＣｋが、予め設定された閾値ΣＣｋ＿ＴＨＲを上回っているか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ６に進み、第１空気供給制御から第２空気供給制御への切替えを行って、再生処理の実行に移る。一方、この判別がＮＯの場合には、ステップＳ２に進み、第１空気供給制御による改質処理の実行を継続する。
コークの堆積量ΣＣｋは、後述のステップＳ３〜Ｓ５の手順に従って算出される。また、閾値ΣＣｋ＿ＴＨＲは、実験を行うことにより設定され、予めＥＣＵに格納されている。具体的には、閾値ΣＣｋ＿ＴＨＲは、改質触媒の活性が大きく低下しない範囲で設定される。
【００５９】
ステップＳ２では、第１空気供給制御への切替えを実行する。具体的には、第１空気供給管を介した改質触媒の上流側から下流側に向かう空気の供給制御への切替えを実行する。実行後はステップＳ３に進む。
【００６０】
ステップＳ３では、目標改質ガス流量ＱＲＦＭＧ＿ＴＲＧＴおよび目標Ｏ／Ｃ比Ｏ／Ｃ＿ＴＲＧＴに基づいて、燃料供給量ＱＦＵＥＬおよび第１空気供給管を介した改質触媒の上流側からの空気供給量ＱＡＩＲ１を決定する。決定後は、ステップＳ４に進む。
ここで、Ｏ／Ｃ比とは、改質器に供給された混合ガス中の酸素のモル数に対する炭素のモル数の比率（酸素のモル数／炭素のモル数）を意味する。
目標改質ガス流量ＱＲＦＭＧ＿ＴＲＧＴおよび目標Ｏ／Ｃ比Ｏ／Ｃ＿ＴＲＧＴは、エンジンの排気浄化用の還元剤として要求される改質ガス量およびＯ／Ｃ比に設定される。例えば、エンジンの排気中に含まれるＮＯｘ濃度に基づいて、目標改質ガス流量ＱＲＦＭＧ＿ＴＲＧＴが設定される。また、Ｏ／Ｃ比は、改質ガス中に含まれる水素、一酸化炭素および軽質の炭化水素の含有比率に影響を及ぼすとともに、改質ガスをエンジンの排気系に導入したときの昇温効果に影響を及ぼすことから、エンジンの排気系の温度に基づいて目標Ｏ／Ｃ比Ｏ／Ｃ＿ＴＲＧＴが設定される。
なお、改質ガスの流量は、改質触媒の温度による影響を受ける。このため、本ステップで決定された燃料供給量ＱＦＵＥＬおよび空気供給量ＱＡＩＲ１は、改質ガスの流量が目標改質ガス流量ＱＲＦＭＧ＿ＴＲＧＴに一致するように、改質触媒の温度に基づいて補正制御される。このとき、改質触媒の温度として、上流側温度センサの検出信号に基づいてＥＣＵで算出された上流側の触媒温度が使用される。これにより、改質処理をより正確に制御可能となっている。
【００６１】
ステップＳ４では、改質ガス流量ＱＲＦＭＧおよびＯ／Ｃ比に応じて、単位時間当たりのコークの堆積量Ｃｋを算出する。算出後はステップＳ５に進む。
具体的には、改質ガス流量ＱＲＦＭＧおよびＯ／Ｃ比に応じて、予め設定されてＥＣＵに格納された所定のマップを検索することにより、単位時間当たりのコークの堆積量Ｃｋを算出する。
図３は、改質ガス流量ＱＲＦＭＧおよびＯ／Ｃ比と、単位時間当たりのコークの堆積量Ｃｋとの関係を示す図であり、上記マップの一例を示す図である。図３に示すマップによれば、単位時間当たりのコークの堆積量Ｃｋは、改質ガス流量ＱＲＦＭＧが少なく、かつ、Ｏ／Ｃ比が小さくなるほど増加する。これは、Ｏ／Ｃ比が小さいときは、空気に対して燃料が多量に存在する所謂改質リッチの状態であるため、コークが堆積し易いことを表している。また、改質ガス流量ＱＲＦＭＧが少ないときは、改質反応により生ずる熱量が少ないため、改質触媒が低温化してコークが堆積し易いことを表している。
なお、改質ガス流量ＱＲＦＭＧおよびＯ／Ｃ比については、ステップＳ３で設定された目標改質ガス流量ＱＲＦＭＧ＿ＴＲＧＴおよび目標Ｏ／Ｃ比Ｏ／Ｃ＿ＴＲＧＴを用いる。
【００６２】
ステップＳ５では、改質処理の実行により、改質触媒に堆積したコークの堆積量ΣＣｋを算出する。具体的には、ステップＳ４で算出した単位時間当たりのコークの堆積量Ｃｋに燃料改質装置の積算稼動時間ｄｔを乗じた値を、前回の処理で算出したコークの堆積量ΣＣｋに加算することにより、コークの堆積量ΣＣｋを算出する。算出後、今回の処理を終了する。
【００６３】
ステップＳ６では、第１空気供給制御から第２空気供給制御への切替えを実行する。具体的には、第２空気供給管を介した改質触媒の下流側から上流側に向かう空気の供給制御への切替えを実行する。実行後はステップＳ７に進む。
【００６４】
ステップＳ７では、空気供給フラグＦ＿ａｉｒ＿ｐｒｖが「１」であるか否かを判別する。空気供給フラグＦ＿ａｉｒ＿ｐｒｖは、再生処理の実行中に、第２空気供給管を介した改質触媒の下流側からの空気の供給を要求するフラグであり、後述のステップＳ１０およびステップＳ１５で更新される。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ１１に進み、ＮＯの場合には、ステップＳ８に進む。
【００６５】
ステップＳ８では、燃料供給量ＱＦＵＥＬを０に設定するとともに、第２空気供給管を介した改質触媒の下流側からの空気供給量ＱＡＩＲ２を０に設定する。即ち、ステップＳ７において、空気供給フラグＦ＿ａｉｒ＿ｐｒｖが「１」でない、「０」であると判別され、空気の供給は要求されていないことから、燃料供給量および空気供給量ともに「０」に設定する。設定後、ステップＳ９に進む。
【００６６】
ステップＳ９では、改質触媒の温度ＴＣＡＴが、所定の温度Ｔ１を下回っているか否かを判別する。ここで、改質触媒の温度ＴＣＡＴは、改質触媒の下流側に設けられた下流側温度センサの検出信号に基づいて、ＥＣＵにより算出された値が使用される。また、所定の温度Ｔ１は、改質触媒が活性を示す活性化温度を下回らない範囲で、予め設定されてＥＣＵに格納されている。なお、所定の温度Ｔ１は、後述の温度Ｔ２よりも低い温度に設定される。
この判別がＹＥＳの場合には、改質触媒の温度ＴＣＡＴが活性化温度を下回るのを回避すべく、ステップＳ１０に進んで空気供給フラグＦ＿ａｉｒ＿ｐｒｖを、「０」から「１」にセットする。これにより、空気の供給が要求され、今回の処理を終了する。一方、この判別がＮＯの場合には、改質触媒の温度ＴＣＡＴが活性化温度を下回ることはないと判断し、空気供給フラグＦ＿ａｉｒ＿ｐｒｖを「０」のままで維持して、今回の処理を終了する。
【００６７】
ステップＳ１１では、燃料供給量ＱＦＵＥＬを「０」に設定するとともに、第２空気供給管を介した改質触媒の下流側からの空気供給量ＱＡＩＲ２を、目標空気供給量ＱＡＩＲ２＿ＴＲＧＴに設定する。設定後、ステップＳ１２に進む。
ここで、目標空気供給量ＱＡＩＲ２＿ＴＲＧＴは、下流側温度センサの検出信号に基づいてＥＣＵにより算出された下流側の触媒温度に基づいて、適宜設定される。具体的には、下流側の触媒温度に基づいて、空気を供給したときに触媒温度がＴ１と後述のＴ２との間に位置するように制御することが可能な範囲内で、目標空気供給量ＱＡＩＲ２＿ＴＲＧＴは設定される。
【００６８】
ステップＳ１２では、改質触媒の温度ＴＣＡＴが、所定の温度Ｔ２を上回っているか否かを判別する。ここで、改質触媒の温度ＴＣＡＴは、ステップＳ９と同様に、改質触媒の下流側に設けられた下流側温度センサの検出信号に基づいて、ＥＣＵにより算出された値が使用される。所定の温度Ｔ２は、改質触媒の劣化が生ずる使用上限温度を超えない範囲で、予め設定されてＥＣＵに格納されている。また、所定の温度Ｔ２は、温度Ｔ１よりも高い温度に設定される。
この判別がＹＥＳの場合には、改質触媒の温度ＴＣＡＴが使用上限温度を上回るのを回避すべく、ステップＳ１５に進んで空気供給フラグＦ＿ａｉｒ＿ｐｒｖを、「１」から「０」にリセットする。これにより、空気供給の要求を取下げて、今回の処理を終了する。
一方、この判別がＮＯの場合には、改質触媒の温度ＴＣＡＴが使用上限温度を上回ることはないと判断し、空気供給フラグＦ＿ａｉｒ＿ｐｒｖを「１」のままで維持して、ステップＳ１３に進む。
【００６９】
ステップＳ１３では、単位時間当たりの改質触媒の温度上昇速度ｄＴ／ｄｔが、予め設定された閾値ｄＴ/ｄｔ＿ＴＨＲを下回っているか否かを判別する。ここで、単位時間当たりの改質触媒の温度上昇速度ｄＴ／ｄｔは、改質触媒の下流側に設けられた下流側温度センサの検出信号に基づいて、ＥＣＵにより算出された値が使用される。また、閾値ｄＴ/ｄｔ＿ＴＨＲは、改質触媒の表面にコークが微量堆積している状態で再生処理を実行したときの改質触媒の温度上昇速度として予め設定され、ＥＣＵに格納されている。
この判別がＹＥＳの場合には、再生処理の実行による改質触媒の温度上昇は見られず、コークは全て燃焼除去されたと判断し、ステップＳ１４に進んでコークの堆積量ΣＣｋを「０」にリセットして、今回の処理を終了する。一方、この判別がＮＯの場合には、再生処理の実行により改質触媒の温度上昇が確認され、コークがまだ改質触媒の表面に残存していると判断し、空気供給フラグＦ＿ａｉｒ＿ｐｒｖを「１」のままで維持して、今回の処理を終了する。
【００７０】
次に、本実施形態に係る再生処理について、タイムチャートを参照して説明する。
図４は、本実施形態に係る再生処理の一例を示すタイムチャートである。図４の横軸は、再生処理時間を示しており、縦軸は、改質触媒の温度を示している。なお、改質触媒の温度は、下流側温度センサの検出信号に基づいてＥＣＵにより算出された下流側の改質触媒温度である。また、「使用上限温度」、「Ｔ１」および「Ｔ２」の意味については、上述した通りである。
【００７１】
時刻ｔ０において、改質触媒の再生処理を開始する。このとき、改質処理の実行直後であるため、改質触媒の温度はＴ２よりも高い。このため、空気供給フラグＦ＿ａｉｒ＿ｐｒｖは「０」のまま維持され、第２空気供給管を介した改質触媒の下流側からの空気の供給は実行されずに待機状態となる（図２のステップＳ１２，Ｓ１５参照）。これにより、改質触媒の温度が使用上限温度を超えることが回避され、時間の経過とともに改質触媒の温度は低下していく。
【００７２】
時刻ｔ１において、改質触媒の温度がＴ１を下回ったため、空気供給フラグＦ＿ａｉｒ＿ｐｒｖが「０」から「１」にセットされ、第２空気供給管を介した改質触媒の下流側からの空気の供給が開始される（図２のステップＳ９，Ｓ１０参照）。これにより、改質触媒の温度が活性化温度を下回ることが回避され、時間の経過とともに改質触媒の温度は上昇していく。
【００７３】
時刻ｔ２において、改質触媒の温度がＴ２を上回ったため、空気供給フラグＦ＿ａｉｒ＿ｐｒｖが「１」から「０」にリセットされ、第２空気供給管を介した改質触媒の下流側からの空気の供給が停止される（図２のステップＳ１２，Ｓ１５参照）。これにより、改質触媒の温度の上昇がストップし、改質触媒の温度が使用上限温度を超えることが回避される。その後、改質触媒の温度は、時間の経過とともに低下していく。
ここで、時刻ｔ２において、空気供給フラグＦ＿ａｉｒ＿ｐｒｖを「１」に維持したまま空気の供給を継続した場合には、図４の破線で示されるように、改質触媒の温度は時間の経過とともにさらに上昇する。そして、ついには使用上限温度を超えて改質触媒の熱劣化が起こり、改質触媒は回復不可能な損傷を受けることとなる。
【００７４】
時刻ｔ３およびｔ５においては、時刻ｔ１と同様の処理が実行され、その後の改質触媒の温度も、時刻ｔ１後と同様の挙動を示す。また、時刻ｔ４においては、時刻ｔ２と同様の処理が実行され、その後の改質触媒の温度も、時刻ｔ２後と同様の挙動を示す。
【００７５】
時刻ｔ６においては、第２空気供給管を介した改質触媒の下流側からの空気の供給を実行中であるにも関わらず、改質触媒の温度上昇はほとんど見られず、Ｔ２を上回ることはない（図２のステップＳ１２参照）。さらには、単位時間当たりの改質触媒の温度上昇速度ｄＴ／ｄｔは、閾値ｄＴ/ｄｔ＿ＴＨＲを下回っている（図２のステップＳ１３参照）。このため、改質触媒の表面に堆積していたコークは全て燃焼除去されたと判断され、第２空気供給管を介した改質触媒の下流側からの空気の供給が停止される。そして、コークの堆積量ΣＣｋを「０」にリセットし（図２のステップＳ１４参照）、再生処理を終了する。
【００７６】
このようにして、改質触媒の温度がＴ１〜Ｔ２の間に位置するように、第２空気供給管を介した改質触媒の下流側からの空気の供給が制御される。この空気の供給制御は、改質触媒の温度が上昇してＴ２を上回る間は、繰り返し実行される。これにより、改質触媒の熱劣化を回避しつつ、コークの燃焼反応効率を向上させ、燃焼残渣が低減される。
【００７７】
以上、詳述したような本実施形態に係る燃料改質装置１０によれば、以下のような効果が奏される。
本実施形態に係る燃料改質装置１０は、燃料および空気を改質触媒に供給して燃料を改質した後、所定の時期に、第２空気供給制御を実行することにより、改質触媒に堆積したコークを燃焼させて改質触媒を再生する構成とした。即ち、改質処理実行後の所定時期に、改質触媒の上流側から下流側への空気の供給を停止する代わりに、改質触媒の下流側から上流側に向かって空気を供給し、改質触媒内の反応ガスの流れを逆転させて改質触媒を再生する構成とした。
これにより、最もコークが堆積する改質触媒の下流側に、効率良く酸素を供給することができる。このため、改質触媒の下流側においてコークの燃焼反応を効率良く進行させることができ、短時間で改質触媒を再生できる。ひいては、改質触媒を効率良く再生できるため、高い改質効率を維持できる。
また、改質触媒の下流側から上流側に向かって空気を供給するのみであるため、簡単な構成により、上記効果が得られる。従って、改質触媒を効率良く再生でき、高い改質効率を維持できる安価で小型の燃料改質装置を提供できる。
【００７８】
また、本実施形態に係る燃料改質装置１０では、改質触媒に堆積したコークの堆積量を推定し、推定されたコークの堆積量が所定量を上回ったときに、改質触媒の下流側から上流側に向かって空気を供給し、改質触媒を再生する構成とした。
これにより、より適切な時期に改質触媒を再生でき、再生処理の頻度を低減できる。また、不要な再生処理を低減できるため、改質触媒の再生による熱劣化を抑制できる。
【００７９】
また、本実施形態に係る燃料改質装置１０では、改質触媒の再生処理中には燃料の供給量を０とし、改質触媒に燃料を供給しない構成とした。
これにより、不要な燃料の供給を回避でき、燃費の悪化を回避できる。
【００８０】
また、本実施形態に係る燃料改質装置１０では、改質触媒の再生処理中においては、改質触媒の温度に基づいて第２空気供給制御を開始または停止する構成とした。即ち、再生処理中には、改質触媒の温度に基づいて、改質触媒の下流側から上流側に向かう空気の供給を開始または停止する構成とした。
これにより、改質触媒の温度が、使用上限温度を上回ったり、活性化温度を下回ったりするのを回避でき、改質触媒の熱劣化を抑制しつつ、コークを断続的に燃焼除去できる。また、空気供給の所謂ＯＮ／ＯＦＦ制御を利用したものであるため、簡単な装置構成で上記効果が得られる。
【００８１】
また、本実施形態によれば、下流側温度センサ１７２を備えるため、検出された下流側の触媒温度に基づいて、改質触媒が劣化する温度（使用上限温度）に達する前に、改質触媒の下流側から上流側に向かう空気の供給を停止することができる。即ち、改質触媒の下流側から上流側に向かって空気を供給し、改質触媒の表面に堆積したコークを燃焼除去する際に、その燃焼熱によって改質触媒の温度が使用上限温度を超えてしまうのを回避できる。これにより、改質触媒の劣化を確実に回避できる。
また、本実施形態によれば、改質触媒が活性化する温度（活性化温度）を下回る前に、改質触媒の下流側からの空気の供給を開始することができる。これにより、改質触媒の温度が上記活性化温度を下回るのを回避でき、改質触媒の表面に堆積したコークを確実に燃焼除去できる。
従って、本実施形態によれば、改質触媒の温度が使用上限温度に達する前に、改質触媒の下流側から上流側に向かう空気の供給を開始するとともに、改質触媒の温度が活性化温度を下回る前に、改質触媒の下流側から上流側に向かう空気の供給を停止する操作を繰り返し実行することにより、改質触媒の熱劣化を抑制しつつ、コークを断続的に燃焼除去できる。
【００８２】
また、本実施形態によれば、改質触媒の表面に堆積したコークが全て燃焼除去され、燃焼による温度上昇が得られなくなったときに、改質触媒の下流側から上流側に向かう空気の供給を停止することができる。これにより、必要以上に空気を供給することなく、改質触媒の再生処理を終了できる。
【００８３】
また、本実施形態では、単位時間当たりの触媒温度上昇速度に基づいて、改質触媒の下流側から上流側に向かう空気の供給を開始または停止する構成とした。
これにより、改質触媒の温度をより正確にコントロールできるため、改質触媒の熱劣化をより確実に抑制しつつ、コークを断続的に確実に燃焼除去できる。
【００８４】
また、本実施形態では、上流側の触媒温度を検出する上流側温度センサ１７１と、下流側の触媒温度を検出する下流側温度センサ１７２の２つの触媒温度検出手段を設けた。また、改質処理の実行中には、上流側の触媒温度に基づいて燃料の供給量と上流側からの空気の供給量を制御し、再生処理の実行中には、下流側の触媒温度に基づいて下流側からの空気の供給量を制御する構成とした。即ち、改質処理と再生処理とで、燃料および空気の供給量を制御する判定基準を異なるものとした。
これにより、再生処理の実行中は、改質処理の実行中とは異なり、下流側の触媒温度に基づいて空気の供給量を制御できる。即ち、直接検出した下流側の触媒温度に基づいて空気の供給量を制御できるため、コークの燃焼反応効率をより向上でき、燃焼残渣をより低減できる。また、過剰酸素存在下でのコークの燃焼に伴う改質触媒の急激な温度上昇をより抑制でき、改質触媒の劣化が生ずる使用上限温度を超えて改質触媒が熱劣化するのをより確実に抑制できる。
【００８５】
本実施形態では、ＥＣＵ１９が、燃料供給制御手段、第１空気供給制御手段、第２空気供給制御手段、切替手段、改質手段、再生手段、堆積量推定手段を構成する。また、図２のステップＳ１の実行に係る手段が再生手段に相当し、ステップＳ２の実行に係る手段が第１空気供給制御手段に相当し、ステップＳ３〜Ｓ５の実行に係る手段が堆積量推定手段に相当し、ステップＳ６〜Ｓ１５の実行に係る手段が第２空気供給制御手段に相当する。
【００８６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
例えば、上記実施形態では、Ｏ／Ｃ比と改質ガス流量ＱＲＦＭＧとの関係に基づいて算出した単位時間当たりのコーク堆積量Ｃｋに、燃料改質装置１０の積算稼動時間ｄｔを乗じることにより、コークの堆積量ΣＣｋを算出したが、これに限定されない。燃料改質装置１０の運転回数、燃料改質装置１０の運転時間、改質処理の実行により生じた改質ガスの流量、改質ガス中の酸素濃度、改質ガス中の炭化水素濃度、Ｏ／Ｃ比、改質触媒の上流側圧力と下流側圧力の差圧、燃料消費量および改質触媒の温度のうちの少なくとも１つに基づいて、コークの堆積量ΣＣｋを算出してもよい。
また、上記実施形態では、生成した水素は、エンジンの排気浄化用の還元剤とした利用したが、これに限定されない。例えば、燃料電池用の水素源として利用してもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１０…燃料改質装置
１３…改質器
１９…ＥＣＵ（燃料供給制御手段、第１空気供給制御手段、第２空気供給制御手段、切替手段、改質手段、再生手段、堆積量推定手段）
１１１…燃料供給管（燃料供給路）
１１２…燃料バルブ（燃料供給制御手段）
１１６Ａ…第１切替バルブ（切替手段）
１１６Ｂ…第２切替バルブ（切替手段）
１１７…第１空気供給管（第１空気供給路）
１１８…第２空気供給管（第２空気供給路）
１１９…空気バルブ（第１空気供給制御手段、第２空気供給制御手段）
１７１…上流側温度センサ（上流側触媒温度検出手段）
１７２…下流側温度センサ（下流側触媒温度検出手段）
【図１】
2011144055.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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