(57)【要約】【課題】改質システムにおいて、混合ガス中の改質燃料ガスの濃度低下、または、混合ガスにおいて、改質燃料ガスと他の改質原料ガスとの混合が不十分になることを抑制する技術を提供すること。【解決手段】改質システムであって、改質燃料と他の改質原料とを混合して、混合ガスを生成するための混合部と、混合ガスから水素を生成するための改質部と、改質燃料供給流路と、改質燃料供給流路に設けられ、混合部への改質燃料の供給を遮断可能な燃料供給遮断弁と、他の改質原料を混合部へ供給するための吸入・圧縮・吐出型のポンプと、このポンプによって供給される他の改質原料を混合部へ導くための改質原料供給流路と、混合部へ供給される他の改質原料の供給量がポンプの脈動により変化することによって生じる供給量変動を検知する変動検知部と、他の改質原料の周期的な供給量変動に同期させて、燃料供給遮断弁を開閉弁させる弁制御部とを備える。【選択図】図３
2008030990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質燃料を含む２種類以上の改質原料から水素を生成する改質システムであって、
前記改質燃料が貯蔵される燃料貯蔵部と、
前記改質燃料と、該改質燃料以外の他の改質原料とを混合して、混合ガスを生成するための混合部と、
前記混合ガスから水素を生成するための改質部と、
前記燃料貯蔵部に貯蔵される前記改質燃料を前記混合部に供給するための改質燃料供給流路と、
前記改質燃料供給流路に設けられ、前記混合部への前記改質燃料の供給を遮断可能な燃料供給遮断弁と、
前記他の改質原料を前記混合部へ供給するための吸入・圧縮・吐出型のポンプと、
前記ポンプによって供給される前記他の改質原料を前記混合部へ導くための改質原料供給流路と、
前記混合部へ供給される前記他の改質原料の供給量が前記ポンプの脈動により変化することによって生じる供給量変動を検知する変動検知部と、
前記他の改質原料の周期的な前記供給量変動に同期させて、前記燃料供給遮断弁を開閉弁させる弁制御部と、
を備えることを特徴とする改質システム。
【請求項２】
請求項１に記載の改質システムにおいて、
前記弁制御部は、
前記ポンプの回転数が所定値以下の場合に、前記他の改質原料の周期的な前記供給量変動に同期させて、前記燃料供給遮断弁を開閉弁させることを特徴とする改質システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の改質システムにおいて、
前記弁制御部は、
前記他の改質原料の供給量がピーク値となるタイミングで、前記燃料供給遮断弁を開弁させることを特徴とする改質システム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の改質システムにおいて、
前記弁制御部は、
前記混合部へ供給すべき単位時間辺りの改質燃料量に基づいて、前記燃料供給遮断弁の開弁時間を決定し、
前記他の改質原料の前記供給量変動の周期に対して、前記燃料供給遮断弁の開弁タイミングの周期が整数倍となるように、前記燃料供給遮断弁を開弁させると共に、決定した前記開弁時間後閉弁させることを特徴とする改質システム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の改質システムにおいて、
燃料電池を備え、
前記ポンプは、
酸素を含有する酸化ガスを前記燃料電池に供給し、
前記改質原料供給流路は、
前記ポンプによって供給された前記酸化ガスが前記燃料電池で電気化学反応に供された後のガスであって、酸素の他、水蒸気を含有することとなった酸化排ガスを、前記他の改質原料として前記混合部へ導くことを特徴とする改質システム。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の改質システムにおいて、
燃料電池と、
前記改質部で生成された前記水素を燃料ガスとして前記燃料電池に供給するための燃料ガス供給流路と、
を備えることを特徴とする改質システム。
【請求項７】
改質燃料を含む２種類以上の改質原料から水素を生成し、燃料ガスとして燃料電池に供給する燃料電池システムであって、
改質燃料が貯蔵される燃料貯蔵部と、
前記改質燃料と、該改質燃料以外の他の改質原料とを混合して、混合ガスを生成するための混合部と、
前記混合ガスから水素を生成するための改質部と、
前記改質部で生成された水素を、前記燃料ガスとして前記燃料電池に供給するための燃料ガス供給流路と、
前記燃料貯蔵部に貯蔵される前記改質燃料を前記混合部に供給するための改質燃料供給流路と、
前記改質燃料供給流路に設けられ、前記混合部への前記改質燃料の供給を遮断可能な燃料供給遮断弁と、
酸素を含有する酸化ガスを吸入し、圧縮することにより加圧して、吐出するためのポンプと、
前記ポンプから吐出された前記酸化ガスを前記燃料電池に導くための酸化ガス供給流路と、
前記酸化ガスが前記燃料電池で電気化学反応に供された後のガスであって、酸素の他、水蒸気を含有することとなった酸化排ガスを、前記他の改質原料として前記混合部へ導くための酸化排ガス供給流路と、
前記混合部へ供給される前記酸化排ガスの供給量が前記ポンプの脈動により変化することによって生じる前記酸化排ガスの供給量変動を検知する変動検知部と、
前記酸化排ガスの周期的な前記供給量変動に同期させて、前記燃料供給遮断弁を開閉弁させる弁制御部と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池システムにおいて、
前記弁制御部は、
前記燃料電池に対する要求負荷が所定値以下の場合に、前記酸化排ガスの周期的な前記供給量変動に同期させて、前記燃料供給遮断弁を開閉弁させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の燃料電池システムにおいて、
前記改質部を加熱するための加熱部と、
前記燃料電池から排出されるガスであって、前記燃料電池において、前記改質部から供給された燃料ガスが、電気化学反応に供されることによって生じる燃料排ガスを、可燃ガスとして前記加熱部に供給する燃料排ガス供給流路と、
前記加熱部に酸素を支燃ガスとして供給するための酸素供給部と、
を備え、
前記加熱部では、前記可燃ガスとして供給される前記燃料排ガスと前記支燃ガスとして供給される前記酸素とを燃焼させて、その燃焼熱により前記改質部を加熱することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質燃料を含む２種類以上の改質原料を混合し、改質反応により水素を生成するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、改質原料を用いて水蒸気改質反応（吸熱反応）や部分酸化反応（発熱反応）を進行させることにより水素を生成するためのシステム（以下では、改質システムとも呼ぶ。）が知られている（例えば、特許文献１参照）。以下では、改質原料を、改質燃料（例えば、メタノールなどのアルコール類、ガソリンなどの炭化水素、アルデヒドなどがある。）と、改質燃料以外の改質原料（水（水蒸気）や酸素。以下では、他の改質原料とも呼ぶ。）とに区分する。このような改質システムは、例えば、改質燃料と他の改質原料とを混合するための混合部と、主に、改質触媒を用いて水蒸気改質反応または酸化部分反応を進行させて、水素を生成する改質部と、混合部に他の改質原料を供給するためのポンプなどを備えている。
【０００３】
上記混合部では、改質燃料は、霧化状にして供給され、他の改質原料は、高温のガスとして供給される。この場合、他の改質原料を他の改質原料ガスとも呼ぶ。そして、この混合部において、改質燃料は、他の改質原料ガスの流れにより（例えば、他の改質原料ガスに巻き込まれるなどして）、細粒化されつつ、気化し改質燃料ガスとなり、さらに、他の改質原料ガスと混合し、混合ガスとなる。この場合、改質燃料の細粒化および気化の度合い、または、改質燃料ガスと他の改質原料ガスとの混合具合は、他の改質原料ガスの供給量によって左右されることとなる。
【０００４】
また、上記改質システムにおいて、ポンプは、吸入・圧縮・吐出型のポンプ（以下では、吸入・圧縮・吐出型ポンプとも呼ぶ。）が用いられる場合がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２３５５８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した改質システムで吸入・圧縮・吐出型ポンプを用いた場合において、この吸入・圧縮・吐出型ポンプは、例えば、低回転時などに脈動を起こす場合があり、この場合、脈動により、混合部への他の改質原料ガスの供給量が変化するおそれがあった。このように他の改質原料ガスの供給量が変化した場合において、混合部に対して他の改質原料ガスの供給量が少ないタイミングでは、この混合部において、例えば、他の改質原料ガスによる改質燃料の巻き込み速度が不十分となるなどの要因により、改質燃料の細粒化および気化、または、改質燃料ガスと他の改質原料ガスとの混合が妨げられるおそれがあった。そうすると、改質燃料の気化が不十分で、混合ガス中の改質燃料ガスの濃度が低下したり、混合ガスにおいて、改質燃料ガスと他の改質原料ガスとの混合が不十分で、改質燃料ガスと他の改質原料ガスとが離散して分布したりするおそれがあった。このような状態で、混合ガスが改質部の改質触媒に到達すると、水蒸気改質反応または酸化部分反応が抑制され、その結果、改質効率が低下するおそれがあった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、改質原料から水素を生成するためのシステムにおいて、混合ガス中の改質燃料ガスの濃度低下を抑制し、または、混合ガスにおいて、改質燃料ガスと他の改質原料ガスとの混合が不十分になることを抑制し、改質効率を向上させることが可能な技術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】
【０００８】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の改質システムは、
改質燃料を含む２種類以上の改質原料から水素を生成する改質システムであって、
前記改質燃料が貯蔵される燃料貯蔵部と、
前記改質燃料と、該改質燃料以外の他の改質原料とを混合して、混合ガスを生成するための混合部と、
前記混合ガスから水素を生成するための改質部と、
前記燃料貯蔵部に貯蔵される前記改質燃料を前記混合部に供給するための改質燃料供給流路と、
前記改質燃料供給流路に設けられ、前記混合部への前記改質燃料の供給を遮断可能な燃料供給遮断弁と、
前記他の改質原料を前記混合部へ供給するための吸入・圧縮・吐出型のポンプと、
前記ポンプによって供給される前記他の改質原料を前記混合部へ導くための改質原料供給流路と、
前記混合部へ供給される前記他の改質原料の供給量が前記ポンプの脈動により変化することによって生じる供給量変動を検知する変動検知部と、
前記他の改質原料の周期的な前記供給量変動に同期させて、前記燃料供給遮断弁を開閉弁させる弁制御部と、
を備えることを要旨とする。
【０００９】
上記構成の改質システムによれば、他の改質原料の周期的な供給量変動に同期させて、混合部に対して改質燃料を供給することが可能となる。このようにすれば、混合部において、改質燃料の供給量に対する他の改質原料の供給量不足を抑制することができる。その結果、混合部において、混合ガス中の改質燃料ガスの濃度低下を抑制し、または、混合ガスにおける改質燃料ガスと他の改質原料ガスとの混合が不十分になることを抑制し、改質効率を向上させることが可能となる。
【００１０】
上記改質システムにおいて、
前記弁制御部は、
前記ポンプの回転数が所定値以下の場合に、前記他の改質原料の周期的な前記供給量変動に同期させて、前記燃料供給遮断弁を開閉弁させるようにしてもよい。
【００１１】
上記ポンプは、高回転時には、脈動の影響は比較的小さい。従って、以上のようにすれば、弁制御部は、ポンプで脈動の影響が大きい場合にのみ、他の改質原料の周期的な供給量変動に同期させて、燃料供給遮断弁を開弁させるので、弁制御部にかかる負荷を軽減させることが可能となる。
【００１２】
上記改質システムにおいて、
前記弁制御部は、
前記他の改質原料の供給量がピーク値となるタイミングで、前記燃料供給遮断弁を開弁させるようにしてもよい。
【００１３】
このようにすれば、混合部に対して、他の改質原料の供給量がピーク値となるタイミングで、改質燃料を供給することが可能となる。従って、混合部において、他の改質原料の供給量がピーク値の場合に、改質燃料が供給されるので、混合部において、混合ガス中の改質燃料ガスの濃度低下を抑制し、または、混合ガスにおける改質燃料ガスと他の改質原料ガスとの混合が不十分になることを抑制し、改質効率を向上させることが可能となる。
【００１４】
上記改質システムにおいて、
前記弁制御部は、
前記混合部へ供給すべき単位時間辺りの改質燃料量に基づいて、前記燃料供給遮断弁の開弁時間を決定し、
前記他の改質原料の前記供給量変動の周期に対して、前記燃料供給遮断弁の開弁タイミングの周期が整数倍となるように、前記燃料供給遮断弁を開弁させると共に、決定した前記開弁時間後閉弁させるようにしてもよい。
【００１５】
上記燃料供給遮断弁は、開弁開始から所定の期間内に閉弁した場合には、改質燃料供給量が不安定となる場合がある（この場合における開弁開始から閉弁までの期間、すなわち、上記所定期間を、以下では、不安定期間とも呼ぶ。）。一方、上記構成では、燃料供給遮断弁の開弁時間を、混合部へ供給すべき単位時間辺りの改質燃料量に基づいて決定するようにしている。この場合、他の改質原料の供給量変動の周期に対して、燃料供給遮断弁の開弁タイミングの周期を長くすればするほど、燃料供給遮断弁の開弁回数が減少し、それに伴い、燃料供給遮断弁における１開弁辺りの改質燃料供給量が多くなり、すなわち、燃料供給遮断弁の開弁時間が長くなる。従って、以上のようにすれば、上記整数が大きくなればなるほど、燃料供給遮断弁の開弁時間が長くなり、燃料供給遮断弁の閉弁タイミングが、不安定期間内となることを抑制することができる。その結果、混合部に対して、改質燃料の供給が不安定となることを抑制することができる。
【００１６】
上記改質システムにおいて、
燃料電池を備え、
前記ポンプは、
酸素を含有する酸化ガスを前記燃料電池に供給し、
前記改質原料供給流路は、
前記ポンプによって供給された前記酸化ガスが前記燃料電池で電気化学反応に供された後のガスであって、酸素の他、水蒸気を含有することとなった酸化排ガスを、前記他の改質原料として前記混合部へ導くようにしてもよい。
【００１７】
このようにすれば、燃料電池から排出される酸化排ガスを他の改質原料として用いることが可能となる。その結果、部品点数を削減することが可能であり、また、コストを抑制することが可能である。
【００１８】
上記改質システムにおいて、
燃料電池と、
前記改質部で生成された前記水素を燃料ガスとして前記燃料電池に供給するための燃料ガス供給流路と、
を備えるようにしてもよい。
【００１９】
このようにすれば、改質部で生成された水素を燃料電池の燃料ガスとして用いることが可能となる。
【００２０】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃料電池システムは、
改質燃料を含む２種類以上の改質原料から水素を生成し、燃料ガスとして燃料電池に供給する燃料電池システムであって、
改質燃料が貯蔵される燃料貯蔵部と、
前記改質燃料と、該改質燃料以外の他の改質原料とを混合して、混合ガスを生成するための混合部と、
前記混合ガスから水素を生成するための改質部と、
前記改質部で生成された水素を、前記燃料ガスとして前記燃料電池に供給するための燃料ガス供給流路と、
前記燃料貯蔵部に貯蔵される前記改質燃料を前記混合部に供給するための改質燃料供給流路と、
前記改質燃料供給流路に設けられ、前記混合部への前記改質燃料の供給を遮断可能な燃料供給遮断弁と、
酸素を含有する酸化ガスを吸入し、圧縮することにより加圧して、吐出するためのポンプと、
前記ポンプから吐出された前記酸化ガスを前記燃料電池に導くための酸化ガス供給流路と、
前記酸化ガスが前記燃料電池で電気化学反応に供された後のガスであって、酸素の他、水蒸気を含有することとなった酸化排ガスを、前記他の改質原料として前記混合部へ導くための酸化排ガス供給流路と、
前記混合部へ供給される前記酸化排ガスの供給量が前記ポンプの脈動により変化することによって生じる前記酸化排ガスの供給量変動を検知する変動検知部と、
前記酸化排ガスの周期的な前記供給量変動に同期させて、前記燃料供給遮断弁を開閉弁させる弁制御部と、
を備えたことを要旨とする。
【００２１】
上記構成の燃料電池システムによれば、酸化排ガスの周期的な供給量変動に同期させて、混合部に対して改質燃料を供給することが可能となる。このようにすれば、混合部において、改質燃料の供給量に対する酸化排ガスの供給量不足を抑制することができる。その結果、混合部において、混合ガス中の改質燃料ガスの濃度低下を抑制し、または、混合ガスにおける改質燃料ガスと酸化排ガスガスとの混合が不十分になることを抑制し、改質効率を向上させることが可能となる。
【００２２】
上記燃料電池システムにおいて、
前記弁制御部は、
前記燃料電池に対する要求負荷が所定値以下の場合に、前記酸化排ガスの周期的な前記供給量変動に同期させて、前記燃料供給遮断弁を開閉弁させるようにしてもよい。
【００２３】
上記燃料電池に対する要求負荷が小さい場合には、燃料電池に供給すべき酸化ガス量（燃料ガス量）も少ない。その場合、上記ポンプは、低回転数で駆動されることとなる。一方、上記ポンプは、高回転数時には、脈動が生じにくく、脈動の影響は小さい。従って、以上のようにすれば、弁制御部は、ポンプで脈動の影響が大きい場合にのみ、酸化排ガスの周期的な供給量変動に同期させて、燃料供給遮断弁を開弁させるので、弁制御部にかかる負荷を軽減させることが可能となる。
【００２４】
上記燃料電池システムにおいて、
前記改質部を加熱するための加熱部と、
前記燃料電池から排出されるガスであって、前記燃料電池において、前記改質部から供給された燃料ガスが、電気化学反応に供されることによって生じる燃料排ガスを、可燃ガスとして前記加熱部に供給する燃料排ガス供給流路と、
前記加熱部に酸素を支燃ガスとして供給するための酸素供給部と、
を備え、
前記加熱部では、前記可燃ガスとして供給される前記燃料排ガスと前記支燃ガスとして供給される前記酸素とを燃焼させて、その燃焼熱により前記改質部を加熱するようにしてもよい。
【００２５】
このようにすれば、燃料電池から排出される燃料排ガスを燃料電池システムの外部に排出することを抑制することができると共に、改質部の加熱に有効利用することが可能である。
【００２６】
なお、本発明は、上記した改質システムや燃料電池システムなどの装置発明の態様に限ることなく、改質方法や燃料電池の運転方法などの方法発明としての態様で実現することも可能である。さらには、それら方法や装置を構築するためのコンピュータプログラムとしての態様や、そのようなコンピュータプログラムを記録した記録媒体としての態様や、上記コンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号など、種々の態様で実現することも可能である。
【００２７】
また、本発明をコンピュータプログラムまたはそのプログラムを記録した記録媒体等として構成する場合には、上記装置の動作を制御するプログラム全体として構成するものとしてもよいし、本発明の機能を果たす部分のみを構成するものとしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下では、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の手順で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．改質システム１０００の構成：
Ａ２．改質装置２００の構成：
Ａ３．改質処理：
Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．改質処理：
Ｃ．変形例：
【００２９】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．改質システム１０００の構成：
図１は、本発明の一実施例としての改質システム１０００の概略構成を示すブロック図である。この改質システム１０００は、燃料電池システムであり、主に、改質燃料タンク１０と、燃料ポンプ２０と、可変レギュレータ２３と、燃料供給弁３０と、カソードポンプ６０と、冷却ポンプ７０と、燃料電池１００と、改質装置２００と、二次電池３００と、制御回路４００とを備える。そして、この改質システム１０００は、改質燃料を改質して水素を生成するための改質処理を実行し、その水素を燃料ガスとして用いて、燃料電池１００で発電を行う。
【００３０】
燃料電池１００は、固体高分子型の燃料電池であり、構成単位である単セル（以下単にセルと呼ぶ。）を複数積層したスタック構造を有している。各セルは、電解質膜（図示せず）を挟んでアノード（図示せず）とカソード（図示せず）とを配置した構成となっている。燃料電池１００は、各々のセルのアノード側に水素を含有する燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含有する酸化ガスを供給することで、電気化学反応が進行し、起電力を生じる。燃料電池１００は、生じた電力を燃料電池１００に接続される所定の負荷（例えば、モータや蓄電池。）に供給する。なお、燃料電池１００としては、上記した固体高分子型燃料電池の他、水素分離膜型燃料電池や、アルカリ水溶液電解質型や、リン酸電解質型や、あるいは溶融炭酸塩電解質型等、種々のタイプの燃料電池を用いることができる。以下では、燃料電池１００内において、燃料ガスをアノードに供給するための流路をアノード流路２５と呼び、酸化ガスをカソードに供給するための流路をカソード流路３５と呼ぶ。また、燃料電池１００は、各セルを冷却するための冷却部７７を備えている。この冷却部７７は、空気が流れる冷却流路７６を有し、空冷により各セルを冷却する。
【００３１】
この燃料電池１００において、カソード流路３５は、酸化ガス供給路６５および酸化排ガス排出流路１３５と接続されている。そして、酸化ガス供給路６５は、カソードポンプ６０とも接続され、酸化排ガス排出流路１３５は、改質装置２００（後述の混合部４０）とも接続されている。
【００３２】
また、燃料電池１００において、アノード流路２５は、燃料ガス供給流路２０５および燃料排ガス排出流路１２５と接続されている。そして、燃料ガス供給流路２０５は、改質装置２００（後述の改質部５０）とも接続され、燃料排ガス排出流路１２５は、改質装置２００（後述の加熱部５７）とも接続されている。
【００３３】
さらに、燃料電池１００において、冷却部７７は、空気供給流路７５および空気排出流路７９と接続されている。そして、空気供給流路７５は、冷却ポンプ７０とも接続され、空気排出流路７９は、改質装置２００（加熱部５７）とも接続されている。
【００３４】
カソードポンプ６０は、大気中の空気（酸素）を吸入・圧縮し、酸化ガス供給路６５に吐出することにより、それを酸化ガスとして、燃料電池１００のカソード（カソード流路３５）に供給するための吸入・圧縮・吐出型のポンプである。また、このカソードポンプ６０によって吐出された空気（酸化ガス）は、カソードポンプ６０の動力によって、後述するように、混合部４０、改質部５０、燃料電池１００（アノード流路２５）、加熱部５７などを経由することになるので、このカソードポンプ６０は、１回転辺りの出力量（酸化ガス供給量）が大きなポンプが用いられる。そのため、このカソードポンプ６０は、特に、低回転時において、大きな脈動を起こすおそれがある。
【００３５】
燃料電池１００において、カソードポンプ６０により供給された酸化ガスは、カソードで電気化学反応に供された後、酸化排ガスとして酸化排ガス排出流路１３５に排出される。酸化排ガス排出流路１３５に排出された酸化排ガスは、改質装置２００（後述する混合部４０）に導入される。ところで、燃料電池１００のカソードでは、電気化学反応により水が生じる。そのため、燃料電池１００（カソード）から酸化排ガス排出流路１３５を介して混合部４０に導入される酸化排ガスには、電気化学反応に供されなかった酸素と、電気化学反応で生じた水が含まれる。この場合、酸化排ガスは、高温であり、酸化排ガス中の水は、多くが水蒸気の状態で存在する。なお、この酸化排ガス中の酸素および水蒸気は、改質装置２００（改質部５０）において改質原料（以下では、改質燃料と区別するため、他の改質原料とも呼ぶ。）として用いられる。また、燃料電池１００から排出される酸化排ガスの流量（：混合部４０に供給される酸化排ガス流量）を以下では、酸化排ガス流量Ｑａとも呼ぶ。
【００３６】
二次電池３００は、燃料電池１００で発電された電気を蓄えるための蓄電池である。
改質燃料タンク１０は、改質燃料を貯蔵するための貯蔵部であり、燃料供給流路１５を介して、改質装置２００（後述する混合部４０）に接続されている。なお、この改質燃料タンク１０に貯蔵される改質燃料としては、炭化水素（ガソリン、灯油、天然ガスなど。）、アルコール類（エタノール、メタノールなど。）、アルデヒドなどがあり、ほとんどが液体で貯蔵される。
【００３７】
燃料ポンプ２０は、燃料供給流路１５上に設けられ、改質燃料タンク１０に貯蔵される改質燃料を改質装置２００（混合部４０）に供給するためのポンプである。この燃料ポンプ２０は、後述する制御回路４００によって駆動されると、予め定められる一定の回転数Ｒｔで安定運転される。
【００３８】
可変レギュレータ２３は、燃料供給流路１５において、燃料ポンプ２０よりも改質燃料の供給方向の下流側に設けられ、燃料供給流路１５を流れる改質燃料の圧力を可変調圧することができる。この可変レギュレータ２３は、後述の制御回路４００に制御され、制御回路４００によって設定される圧力値（以下では、調圧値Ｐｆと呼ぶ。例えば、調圧値Ｐｆ：２００ｋＰａ。）となるように、改質燃料を調圧する。また、可変レギュレータ２３には、一端が改質燃料タンク１０と接続されるリリーフ流路２４が接続されている。可変レギュレータ２３が、改質燃料を調圧値Ｐｆで調圧した場合において、余分な改質燃料が生じると、それはリリーフ流路２４を介して改質燃料タンク１０に戻される。
【００３９】
燃料供給弁３０は、燃料供給流路１５上において、可変レギュレータ２３よりも改質燃料の供給方向の下流側に設けられる弁である。この燃料供給弁３０は、閉弁時には、改質装置２００（後述する混合部４０）への改質燃料の供給を遮断し、開弁時には、燃料ポンプ２０から供給される改質燃料を噴霧して、すなわち、霧化状にして改質装置２００（混合部４０）に供給する。なお、混合部４０に対して、単位時間辺りに供給すべき改質燃料量（以下では、改質燃料時間供給量Ｑと呼ぶ。）は、二次電池３００の蓄電状態に基づき決定される。そして、本実施例の改質システム１０００では、改質燃料時間供給量Ｑを、可変レギュレータ２３の調圧値Ｐｆと、単位時間辺りの燃料供給弁３０の開弁回数と、燃料供給弁３０の１開弁辺りの開弁時間（以下では、開弁時間Ｔｆと呼ぶ。）とを制御することによって決定する。
【００４０】
図２は、燃料供給弁３０の開弁時間と改質燃料供給量との関係を表わすグラフである。この図２に示すグラフは、燃料ポンプ２０の回転数が所定の回転数である場合の開弁時間Ｔｆと、燃料供給弁３０の１開弁辺りの改質燃料供給量（以下では、改質燃料供給量Ｑｆとも呼ぶ。）との関係を表わしている。このグラフが示すように、基本的に、開弁時間Ｔｆが長いほど、改質燃料供給量Ｑｆが多くなっている。但し、開弁時間Ｔｆが所定時間Ｔｅ（図２参照）以下場合には、改質燃料供給量Ｑｆは、ゼロであり、すなわち、改質燃料は、供給されない。また、この燃料供給弁３０は、開弁開始から所定の期間内に閉弁した場合には、改質燃料供給量Ｑｆが不安定となる場合がある（この場合における開弁開始から閉弁までの期間、すなわち、上記所定期間を、以下では、不安定期間Ｔｚとも呼ぶ。）。
【００４１】
冷却ポンプ７０は、空気供給流路７５を介して、大気中の空気を冷却媒体として冷却部７７に供給するためのポンプである。
【００４２】
燃料電池１００の冷却部７７において、冷却ポンプ７０により供給された空気は、冷却部７７内の冷却流路７６を流れた後、空気排出流路７９に排出される。空気排出流路７９に排出された空気は、支燃ガスとして改質装置２００（後述する加熱部５７）に導入される。
【００４３】
Ａ２．改質装置２００の構成：
改質装置２００は、混合部４０と、改質部５０と、加熱部５７とを備え、他の改質原料（水蒸気、酸素）と、改質燃料とから水素を生成する。
【００４４】
改質装置２００において、混合部４０と改質部５０とは、混合ガス流路４５を介して接続されている。また、改質部５０と加熱部５７とは、隔壁５２を介して隣接して設置されている。さらに、加熱部５７は、水排出流路２０７と接続されている。
【００４５】
混合部４０では、燃料供給弁３０によって霧化され、燃料供給流路１５を介して供給される改質燃料と、酸化排ガス排出流路１３５を介して導入される酸化排ガス（他の改質原料ガス：酸素および水蒸気）とが混合される。この場合、混合部４０において、例えば、高温の酸化排ガスが、霧化状に供給された改質燃料（以下では、霧化改質燃料とも呼ぶ。）を巻き込むようにして対流することにより、霧化改質燃料が細粒化され、気化されて改質燃料ガスとなると共に、酸化排ガス（他の改質原料ガス）と改質燃料ガスとの混合ガスが生成される。
【００４６】
改質部５０は、改質反応を促進する改質触媒（図示せず）を備えている。そして、改質部５０に、混合部４０で生成された混合ガスが混合ガス流路４５を介して導入されると、改質触媒によって、改質反応、すなわち、水蒸気改質反応および部分酸化反応が進行し、水素が生成される。この場合、吸熱反応である水蒸気改質反応と発熱反応である部分酸化反応とが同時に進行することにより、水蒸気改質反応で要する熱の少なくとも一部が部分酸化反応によって生じる熱で補われる。上記改質触媒は、改質反応に用いる改質燃料に応じて適宜決定される。
【００４７】
改質部５０で生成された水素は、燃料ガスとして、燃料ガス供給流路２０５を介して、燃料電池１００のアノード流路２５（アノード）に供給される。
【００４８】
燃料電池１００において、改質装置２００により供給された燃料ガスは、アノードで電気化学反応に供された後、燃料排ガスとして燃料排ガス排出流路１２５に排出される。燃料排ガス排出流路１２５に排出された燃料排ガスは、燃料電池１００のアノードで電気化学反応に供されなかった水素を含み、可燃ガスとして改質装置２００の加熱部５７に導入される。
【００４９】
加熱部５７は、燃焼反応を促進するための燃焼触媒を備えている。そして、加熱部５７に、冷却部７７（冷却流路７６）から空気（支燃ガス）、燃料電池１００から燃料排ガス（可燃ガス）がそれぞれ導入されると、燃焼触媒によって、空気中の酸素と燃料排ガス中の水素との燃焼反応が進行する。この燃焼反応による燃焼熱は、隔壁５２を介して改質部５０に伝達され、改質部５０における水蒸気改質反応に用いられることとなる。燃焼反応では、水などが生成され、水排出流路２０７を介して改質システム１０００の外部に排出される。
【００５０】
制御回路４００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ（図示せず）と、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ（図示せず）と、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ（図示せず）と、各種信号を入出力する入出力ポート（図示せず）等を備え、燃料ポンプ２０、可変レギュレータ２３、燃料供給弁３０、カソードポンプ６０、冷却ポンプ７０、および、二次電池３００などを制御し、すなわち、改質システム１０００全体の制御を行う。
【００５１】
また、制御回路４００は、ポンプ制御部４１０と、ピーク流量検知部４２０と、弁制御部４３０としても機能し、後述する改質処理を実行する。さらに、制御回路４００は、時刻記憶部４５０を備えている。
【００５２】
Ａ３．改質処理：
図３は、本実施例の改質システム１０００が行う改質処理のフローチャートである。この改質処理は、燃料電池１００の発電開始と同時に実行されると共に、燃料電池１００の発電と並行して実行される。この改質処理開始時において、カソードポンプ６０、冷却ポンプ７０、および、燃料ポンプ２０は、駆動されており、燃料供給弁３０は、閉弁している。特に、燃料ポンプ２０は、一定の回転数Ｒｔで駆動されている。なお、この改質処理中に用いられる「時刻」とは、或る基準時刻からの相対的な時刻でもいいし、標準時刻を用いるようにしてもよい。
【００５３】
まず、ポンプ制御部４１０は、カソードポンプ６０の回転数ＲＥを取得する（ステップＳ１０）。
【００５４】
続いて、ポンプ制御部４１０は、取得した回転数ＲＥと閾値Ｒｒｅｆとを比較する（ステップＳ２０）。
【００５５】
ポンプ制御部４１０が、回転数ＲＥが閾値Ｒｒｅｆより大きいと判断すると（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、制御回路４００は、カソードポンプ６０が高回転で駆動していると判断する。そして、制御回路４００は、時刻記憶部４５０に記憶されたピーク流量時刻Ｔｍａｘ’を消去する（ステップＳ３０）。なお、このピーク流量時刻Ｔｍａｘ’は、後述のステップＳ１４０の処理で、ピーク流量検知部４２０によって時刻記憶部４５０に記憶される。また、この場合、制御回路４００は、時刻記憶部４５０にピーク流量時刻Ｔｍａｘ’が記憶されていない場合には、このステップＳ３０の処理をスルーする。
【００５６】
その後、制御回路４００は、通常の改質制御を行う（ステップＳ４０）。具体的には、この通常の改質制御において、制御回路４００は、二次電池３００の蓄電状態に基づき改質燃料時間供給量Ｑを決定し、決定した改質燃料時間供給量Ｑに基づき、可変レギュレータ２３の調圧値Ｐｆを決定する。そして、制御回路４００は、可変レギュレータ２３の調圧値を調圧値Ｐｆに設定すると共に、燃料供給弁３０を改質燃料時間供給量Ｑに見合った時間開弁させる。
【００５７】
一方、ポンプ制御部４１０が、回転数ＲＥが閾値Ｒｒｅｆ以下であると判断すると（ステップＳ２０：ＮＯ）、制御回路４００は、カソードポンプ６０が低回転で駆動していると判断し、以下に示す処理を実行する。なお、この場合、制御回路４００は、上述した通常の改質制御（ステップＳ４０）を行っている場合には、その制御を中止し、以下に示す処理に移行する。
【００５８】
図４は、カソードポンプ６０が低回転で駆動している場合に酸化排ガス流量Ｑａが変動する様子を示す図である。この図４には、燃料供給弁３０の開閉弁のタイミングも示されている。カソードポンプ６０が低回転で駆動していると、図４に示すように、脈動の影響によって、酸化排ガス流量Ｑａが大きく変動する場合がある。この場合、酸化排ガス流量Ｑａは、カソードポンプ６０の脈動に伴い周期的に変動する。そこで、本実施例の改質システム１０００は、以下のステップＳ６０〜ステップＳ１４０の処理を、酸化排ガス流量Ｑａの流量変動（以下では、単に流量変動とも呼ぶ。）の各周期ごとに行うようにしている。なお、後述するステップＳ１４０の処理において、流量変動の各周期ごとに、酸化排ガスのピーク流量時刻Ｔｍａｘ’が時刻記憶部４５０に記憶される。このピーク流量時刻Ｔｍａｘ’は、流量変動の前回の周期において、酸化排ガス流量Ｑａがピーク値を記録した時刻を表わす。また、図４には、カソードポンプ６０の回転数ＲＥがＲｒｅｆである場合の酸化排ガス流量Ｖｒｅｆが示されている。
【００５９】
ピーク流量検知部４２０は、例えば、時刻記憶部４５０に記憶された前回の酸化排ガスのピーク流量時刻Ｔｍａｘ’（図４，周期区間ｘ参照）と、カソードポンプ６０の回転数ＲＥとに基づき、次回の酸化排ガスのピーク流量時刻Ｔｍａｘ（図４，周期区間ｘ参照）を予測する（ステップＳ６０）。なお、時刻記憶部４５０にピーク流量時刻Ｔｍａｘ’が記憶されていない場合（改質処理開始時や、ステップＳ３０の処理後など。）には、回転数ＲＥからカソードポンプ６０のピーク流量を検出した後、その時刻をピーク流量時刻Ｔｍａｘ’として、次回のピーク流量時刻Ｔｍａｘを予測するようにすればよい。
【００６０】
続いて、弁制御部４３０は、二次電池３００の蓄電状態に基づき、改質燃料時間供給量Ｑを決定し、改質燃料時間供給量Ｑと酸化排ガス流量Ｑａの流量変動の周期に基づき、酸化排ガス流量Ｑａの流量変動における１周期分の改質燃料供給量Ｑｆを決定する（ステップＳ７０）。
【００６１】
次に、弁制御部４３０は、改質燃料供給量Ｑｆに基づき、燃料供給弁３０の開弁時間Ｔｆ及び可変レギュレータ２３の調圧値Ｐｆを決定する（ステップＳ８０）。
【００６２】
続いて、弁制御部４３０は、以下の式（１）から、開弁予定時刻Ｔｉ（図４，周期区間ｘ参照）を決定する（ステップＳ９０）。この場合、ピーク流量時刻Ｔｍａｘを閉弁予定時刻としている。
Ｔｉ＝Ｔｍａｘ−Ｔｆ・・・（１）
Ｔｍａｘ：次回ピーク流量時刻、Ｔｆ：開弁時間
【００６３】
次に、弁制御部４３０は、時刻が開弁予定時刻Ｔｉとなったか否かを判断する（ステップＳ１００）。弁制御部４３０は、時刻が開弁予定時刻Ｔｉとなっていない場合には待機する（ステップＳ１００：ＮＯ）。
【００６４】
そして、弁制御部４３０は、時刻が開弁予定時刻Ｔｉとなったと判断すると（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、可変レギュレータ２３の調圧値を調圧値Ｐｆに設定し（ステップＳ１０５）、燃料供給弁３０を開弁する（ステップＳ１１０）。
【００６５】
その後、弁制御部４３０は、時刻がピーク流量時刻Ｔｍａｘ（閉弁予定時刻）となるまで待機し（ステップＳ１２０：ＮＯ）、時刻が閉弁予定時刻になると（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、燃料供給弁３０を閉弁する（ステップＳ１３０）。
【００６６】
そして、ピーク流量検知部４２０は、予測したピーク流量時刻Ｔｍａｘを、ピーク流量時刻Ｔｍａｘ’として時刻記憶部４５０に記憶する（ステップＳ１４０）。なお、この場合、制御回路４００は、この改質処理とは異なるルーチンにおいて、カソードポンプ６０の回転数ＲＥの回転数変化などから、酸化排ガスの実際のピーク流量時刻を検出し、その検出した時刻をピーク流量時刻Ｔｍａｘ’として、時刻記憶部４５０に記憶するようにしてもよい。その後、制御回路４００は、ステップＳ１０の処理にリターンする。
【００６７】
以上のように本実施例の改質システム１０００は、改質処理（図３）において、カソードポンプ６０の脈動に起因する酸化排ガス流量Ｑａの流量変動の周期ごとに、ピーク流量時刻Ｔｍａｘを予測し、そのピーク流量時刻Ｔｍａｘに同期させて、燃料供給弁３０を開弁するようにしている（図４参照）。このようにすれば、酸化排ガス流量Ｑａの流量変動の周期ごとに、酸化排ガス流量Ｑａがピーク流量の場合に、改質装置２００の混合部４０に対して、酸化排ガスを供給することが可能となる。そうすると、混合部４０において、改質燃料の供給量に対して、酸化排ガス（他の改質原料ガス）の供給量が不足することを抑制することができる。その結果、混合部４０において、改質燃料の気化が促進され、それに伴い混合ガス中の改質燃料ガスの濃度低下を抑制し、または、改質燃料ガスと酸化排ガスとの混合が促進され、それに伴い混合ガスにおいて、改質燃料ガスと酸化排ガスとが離散して分布することを抑制することができる。これにより、改質部５０の改質触媒において、水蒸気改質反応または酸化部分反応を円滑に進行させることが可能となり、その結果、改質効率を向上させることができる。
【００６８】
また、以上のようにすれば、酸化排ガス流量Ｑａの流量変動の周期ごとに、燃料供給弁３０を開弁して混合部４０に改質燃料を供給することにより、混合部４０に対して断続的に改質燃料を供給することが可能となる。
【００６９】
上記カソードポンプ６０は、低回転時に比較して高回転時では、酸化排ガス流量Ｑａに対する脈動の影響は比較的小さい。そこで、上述のように本実施例の改質システム１０００は、改質処理において、回転数ＲＥが閾値Ｒｒｅｆより大きい場合には、通常の改質制御を実行するようにしている。このようにすれば、カソードポンプ６０の高回転時、すなわち、カソードポンプ６０の脈動の影響が比較的小さい場合には、燃料供給弁３０を制御する必要がないので、制御回路４００の負荷を軽減することが可能となる。
【００７０】
また、以上のように、本実施例の改質システム１０００は、燃料電池１００（カソード）から排出される酸化排ガス（酸素および水蒸気）を改質原料（他の改質原料）として用いることにより、改質装置２００において、水素を生成するようにしている。このようにすれば、酸化排ガスを有効利用することにより、新たに他の改質原料を用意して改質装置２００に供給する必要がないので、部品点数を削減することが可能であり、また、コストを抑制することが可能である。また、酸化排ガスは、高温なため、新たに他の改質原料を用意する場合に比べて、昇温させる必要がないので、エネルギ効率を向上させることができる。
【００７１】
以上のように、本実施例の改質システム１０００は、改質燃料供給量Ｑｆに基づき、開弁時間Ｔｆを決定し、この開弁時間Ｔｆに基づき、燃料供給弁３０の閉弁時刻が、酸化排ガスのピーク流量時刻Ｔｍａｘとなるように、開弁予定時刻Ｔｉを決定するようにしている。このようにすれば、混合部４０において、酸化排ガスの供給量が略ピークとなる場合に、改質燃料を供給することが可能となるので、改質効率を向上させることができる。
【００７２】
以上のように、本実施例の改質システム１０００は、燃料電池１００から排出される燃料排ガスを加熱部５７で燃焼させるようにしている。このようにすれば、燃焼排ガスを改質システム１０００の外部に排出することを抑制することができると共に、改質部の加熱に有効利用することが可能である。
【００７３】
なお、燃料供給弁３０は、請求項における燃料供給遮断弁に該当し、カソードポンプ６０は、請求項におけるポンプに該当し、酸化排ガス排出流路１３５は、請求項における改質原料供給流路または酸化排ガス供給流路に該当し、ピーク流量検知部４２０は、請求項における変動検知部に該当し、弁制御部４３０は、請求項における弁制御部に該当し、燃料ガス供給流路２０５は、請求項における燃料ガス供給流路に該当する。
【００７４】
Ｂ．第２実施例：
第２実施例の改質システム１０００Ａは、第１実施例の改質システム１０００と同様の構成を有し、詳しい説明は省略する。しかし、本実施例の改質システム１０００Ａは、第１実施例の改質システム１０００とは異なる改質処理を実行する。
【００７５】
Ｂ１．改質処理：
図５は、本実施例の改質システム１０００Ａが行う改質処理のフローチャートである。この改質処理は、第１実施例の改質システム１０００が行う改質処理と同様に、燃料電池１００の発電開始と同時に実行されると共に、燃料電池１００の発電と並行して実行される。そして、この改質処理開始時において、カソードポンプ６０、冷却ポンプ７０、および、燃料ポンプ２０は、駆動されており、燃料供給弁３０は、閉弁している。特に、燃料ポンプ２０は、一定の回転数Ｒｔで駆動されている。また、この改質処理において、改質システム１０００が行う改質処理と同様の処理については、同様のステップ番号を付しており、これらの処理についての詳細は省略する。
【００７６】
本実施例の改質システム１０００Ａが行う改質処理において、ポンプ制御部４１０が、回転数ＲＥが閾値Ｒｒｅｆ以下であると判断すると（ステップＳ２０：ＮＯ）、制御回路４００は、カソードポンプ６０が低回転で駆動していると判断し、以下に示す処理を実行する。なお、この場合、制御回路４００は、通常の改質制御（ステップＳ４０）を行っている場合には、その制御を中止し、以下に示す処理に移行する。
【００７７】
図６は、本実施例の改質システム１０００Ａにおいて酸化排ガス流量Ｑａの流量変動の周期と燃料供給弁３０の開閉タイミングとの関係を表わす図である。本実施例の改質システム１０００Ａは、第１実施例の改質システム１０００が行う改質処理（ステップＳ６０〜ステップＳ１４０）とは異なり、以下のステップＳ６０Ａ〜ステップＳ１４０Ａの処理を、酸化排ガス流量Ｑａの流量変動の２周期ごとに行うようにしている。なお、後述するステップＳ１４０Ａの処理において、酸化排ガス流量Ｑａの流量変動の２周期ごとに、酸化排ガスのピーク流量時刻Ｔｍａｘ１’が時刻記憶部４５０に記憶される。このピーク流量時刻Ｔｍａｘ１’は、後述のステップＳ６０Ａの処理を行う際には、前回に酸化排ガス流量Ｑａがピーク値を記録した時刻を表わす。また、後述のステップＳ６０Ａの処理は、ピーク流量時刻Ｔｍａｘ１’が時刻記憶部４５０に記憶されてから、酸化排ガス流量Ｑａの流量変動における次の周期が終了するまでの間に実行される。
【００７８】
ピーク流量検知部４２０は、時刻記憶部４５０に記憶された前回のピーク流量時刻Ｔｍａｘ１’（図６，２周期区間ｘ１参照）と、カソードポンプ６０の回転数ＲＥとに基づき、次々回の酸化排ガスのピーク流量時刻Ｔｍａｘ１（図６，２周期区間ｘ１参照）を予測する（ステップＳ６０Ａ）。なお、時刻記憶部４５０にピーク流量時刻Ｔｍａｘ１’が記憶されていない場合（改質処理開始時や、後述するステップＳ３０Ａの処理後など。）には、回転数ＲＥからカソードポンプ６０のピーク流量を検出した後、その時刻をピーク流量時刻Ｔｍａｘ１’として、次々回のピーク流量時刻Ｔｍａｘ１を予測するようにすればよい。
【００７９】
続いて、弁制御部４３０は、二次電池３００の蓄電状態に基づき、改質燃料時間供給量Ｑを決定し、改質燃料時間供給量Ｑと酸化排ガス流量Ｑａの流量変動の周期に基づき、酸化排ガス流量Ｑａの流量変動における２周期分の改質燃料供給量Ｑｆ１を決定する（ステップＳ７０Ａ）。
【００８０】
次に、弁制御部４３０は、改質燃料供給量Ｑｆ１に基づき、燃料供給弁３０の開弁時間Ｔｆ１及び可変レギュレータ２３の調圧値Ｐｆ１を決定する（ステップＳ８０Ａ）。この場合、改質燃料供給量Ｑｆ１は、酸化排ガス流量Ｑａの流量変動の２周期分に対応する供給量であるので、開弁時間Ｔｆ１は、改質燃料供給量および可変レギュレータ２３の調圧値が同様であると仮定すれば、第１実施例の改質処理における開弁時間Ｔｆより長く設定される。
【００８１】
続いて、弁制御部４３０は、以下の式（２）から、開弁予定時刻Ｔｉ１（図６，２周期区間ｘ１参照）を決定する（ステップＳ９０Ａ）。この場合、ピーク流量時刻Ｔｍａｘ１を閉弁予定時刻としている。
Ｔｉ１＝Ｔｍａｘ１−Ｔｆ１・・・（２）
Ｔｍａｘ１：次々回ピーク流量時刻、Ｔｆ１：開弁時間
【００８２】
次に、弁制御部４３０は、時刻が開弁予定時刻Ｔｉ１となったか否かを判断する（ステップＳ１００Ａ）。弁制御部４３０は、時刻が開弁予定時刻Ｔｉ１となっていない場合には待機する（ステップＳ１００Ａ：ＮＯ）。
【００８３】
そして、弁制御部４３０は、時刻が開弁予定時刻Ｔｉ１となったと判断すると（ステップＳ１００Ａ：ＹＥＳ）、可変レギュレータ２３の調圧値を調圧値Ｐｆ１に設定し（ステップＳ１０５Ａ）、燃料供給弁３０を開弁する（ステップＳ１１０Ａ）。
【００８４】
その後、弁制御部４３０は、時刻がピーク流量時刻Ｔｍａｘ１（閉弁予定時刻）となるまで待機し（ステップＳ１２０Ａ：ＮＯ）、時刻が閉弁予定時刻になると（ステップＳ１２０Ａ：ＹＥＳ）、燃料供給弁３０を閉弁する（ステップＳ１３０Ａ）。
【００８５】
そして、ピーク流量検知部４２０は、予測したピーク流量時刻Ｔｍａｘ１を、ピーク流量時刻Ｔｍａｘ１’として時刻記憶部４５０に記憶する（ステップＳ１４０Ａ）。なお、この場合、制御回路４００は、この改質処理とは異なるルーチンにおいて、カソードポンプ６０の回転数ＲＥの回転数変化などから、酸化排ガスの実際のピーク流量時刻を検出し、その検出した時刻をピーク流量時刻Ｔｍａｘ１’として、時刻記憶部４５０に記憶するようにしてもよい。その後、制御回路４００は、ステップＳ１０の処理にリターンする。
【００８６】
なお、改質処理において、ポンプ制御部４１０が、回転数ＲＥが閾値Ｒｒｅｆより大きいと判断すると（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、制御回路４００は、カソードポンプ６０が高回転で駆動していると判断する。そして、制御回路４００は、時刻記憶部４５０に記憶されたピーク流量時刻Ｔｍａｘ１’を消去する（ステップＳ３０Ａ）。その後、制御回路４００は、通常の改質制御を行う（ステップＳ４０）。
【００８７】
以上のように、本実施例の改質システム１０００Ａでは、改質処理（図５）において、酸化排ガス流量Ｑａの流量変動の２周期ごとに、燃料供給弁３０を開弁して改質燃料を混合部４０に供給するようにしている（図６参照）。そのため、改質燃料供給量Ｑｆ１は、酸化排ガス流量Ｑａの流量変動の２周期分に対応する供給量となり、これにより、開弁時間Ｔｆ１は、改質燃料供給量および可変レギュレータ２３の調圧値が同様であると仮定すれば、第１実施例の改質処理における開弁時間Ｔｆより長く設定されることになる。従って、以上のようにすれば、燃料供給弁３０の閉弁タイミングが、不安定期間Ｔｚ内となることを抑制することができる。その結果、混合部４０に対して、改質燃料の供給が不安定となることを抑制することができる。また、以上のようにすれば、第１実施例の改質処理よりも、全体として燃料供給弁３０の開弁回数を減少させることが可能であり、燃料供給弁３０を制御する制御回路４００の負荷を減少させることが可能となる。
【００８８】
Ｃ．変形例：
なお、本発明では、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
【００８９】
Ｃ１．変形例１：
図７は、変形例１における改質システム１０００Ｂの概略構成を示すブロック図である。この改質システム１０００Ｂは、第１実施例の改質システム１０００と類似する構成を有するが、酸化排ガス排出流路１３５が、混合部４０と接続されておらず、新たに、水タンク１１０と、気化部１２０と、水蒸気供給ポンプ６０Ａ２と、空気供給ポンプ６０Ａ１などを備えている。この改質システム１０００Ｂにおいて、第１実施例の改質システム１０００と共通する部分については、同じ符号を示しており、詳細は省略する。
【００９０】
この改質システム１０００Ｂにおいて、水タンク１１０と混合部４０は、水供給流路１０５を介して接続されている。また、水供給流路１０５上に、水タンク１１０に近い方から順番に気化部１２０、水蒸気供給ポンプ６０Ａ２が設けられる。
【００９１】
水タンク１１０は、水を貯蔵するためのタンクである。気化部１２０は、水を気化させるための装置である。水蒸気供給ポンプ６０Ａ２は、ポンプ制御部４１０によって制御される。
【００９２】
ポンプ制御部４１０によって、水蒸気供給ポンプ６０Ａ２が駆動されると、水タンク１１０の水が吸引され、気化部１２０で気化されて、他の改質原料として混合部４０に供給される。
【００９３】
空気供給ポンプ６０Ａ１と混合部４０とは、空気供給流路１０２を介して接続されている。この空気供給ポンプ６０Ａ１は、ポンプ制御部４１０によって制御される。そして、ポンプ制御部４１０によって、空気供給ポンプ６０Ａ１が駆動されると、大気中の空気が吸引され、空気中の酸素が他の改質原料として混合部４０に供給される。
【００９４】
このように、改質システム１０００Ｂは、他の改質原料としての酸素および水蒸気を個別に改質装置２００の混合部４０に供給する構成となっている。そして、この改質システム１０００Ｂにおいて、第１実施例の改質システム１０００が行う改質処理のごとく、ピーク流量検知部４２０が、水蒸気供給ポンプ６０Ａ２の脈動に起因して生じる水蒸気の流量変動の周期ごとに、水蒸気流量がピークとなるピーク流量時刻Ｔｍａｘ２を予測し、弁制御部４３０が、そのピーク流量時刻Ｔｍａｘ２に同期させて、燃料供給弁３０を開弁する。
【００９５】
以上のようにすれば、水蒸気の流量変動の周期ごとに、水蒸気がピーク流量の場合に、改質装置２００の混合部４０に対して、水蒸気を供給することが可能となる。そうすると、混合部４０において、改質燃料の供給量に対して、水蒸気の供給量が不足することを抑制することができる。その結果、混合部４０において、改質燃料の気化が促進され、それに伴い混合ガス中の改質燃料ガスの濃度低下を抑制し、または、改質燃料ガスと水蒸気との混合が促進され、それに伴い混合ガスにおいて、改質燃料ガスと水蒸気とが離散して分布することを抑制することができる。これにより、改質部５０の改質触媒において、少なくとも水蒸気改質反応を円滑に進行させることが可能となり、その結果、改質効率を向上させることができる。
【００９６】
また、改質システム１０００Ｂにおいて、ピーク流量検知部４２０が、空気供給ポンプ６０Ａ１の脈動に起因して生じる空気の流量変動の周期ごとに、空気流量がピークとなるピーク流量時刻Ｔｍａｘ３を予測し、弁制御部４３０が、そのピーク流量時刻Ｔｍａｘ３に同期させて、燃料供給弁３０を開弁するようにしてもよい。このようにすれば、空気の流量変動の周期ごとに、空気がピーク流量の場合に、改質装置２００の混合部４０に対して、空気を供給することが可能となる。そうすると、混合部４０において、改質燃料の供給量に対して、空気の供給量が不足することを抑制することができる。その結果、混合部４０において、改質燃料の気化が促進され、それに伴い混合ガス中の改質燃料ガスの濃度低下を抑制し、または、改質燃料ガスと空気との混合が促進され、それに伴い混合ガスにおいて、改質燃料ガスと空気とが離散して分布することを抑制することができる。これにより、改質部５０の改質触媒において、少なくとも部分酸化反応を円滑に進行させることが可能となり、その結果、改質効率を向上させることができる。
【００９７】
Ｃ２．変形例２：
上記実施例または上記変形例１の改質システムでは、改質部５０で生成した水素を燃料電池１００に供給するようにしているが、本発明はこれに限られるものではない。改質部５０で生成した水素を他の装置に供給するようにしてもよい。このようなシステムの例について、以下に説明する。
【００９８】
図８は、変形例２における改質システム１０００Ｃの概略構成を示すブロック図である。この改質システム１０００Ｃは、変形例１の改質システム１０００Ｂと類似する構成を有するが、燃料電池１００、二次電池３００、カソードポンプ６０、冷却ポンプ７０、加熱部５７、および、これらに接続される各流路が省略され、新たに水素エンジン５００を備えている。この改質システム１０００Ｃにおいて、変形例１の改質システム１０００Ｃと共通する部分については、同じ符号を示しており、詳細は省略する。
【００９９】
この改質システム１０００Ｃは、改質装置２００の改質部５０で生成された水素を水素エンジン５００に供給するようにしている。
【０１００】
なお、この改質システム１０００Ｃは、変形例１の改質システム１０００Ｂと同様に、他の改質原料としての酸素および水蒸気を個別に改質装置２００の混合部４０に供給する構成となっている。そして、この改質システム１０００Ｃにおいて、変形例１の改質システム１０００Ｂが行う処理のごとく、ピーク流量検知部４２０が、水蒸気供給ポンプ６０Ａ２の脈動に起因して生じる水蒸気の流量変動の周期ごとに、水蒸気流量がピークとなるピーク流量時刻Ｔｍａｘ４を予測し、弁制御部４３０が、そのピーク流量時刻Ｔｍａｘ４に同期させて、燃料供給弁３０を開弁する。このようにすれば、上記変形例２と同様の効果を奏することが可能である。
【０１０１】
Ｃ３．変形例３：
上記実施例の改質システムでは、改質処理において、酸化排ガス（他の改質原料）のピーク流量となるタイミングで、燃料供給弁３０を開弁させ、改質燃料を供給するようにしているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、上記改質システムは、酸化排ガスの流量が、中量程度の場合やピーク流量となる手前の流量となるタイミングで、燃料供給弁３０を開弁させ、改質燃料を供給するようにしてもよい。
【０１０２】
Ｃ４．変形例４：
上記第２実施例の改質システム１０００Ａでは、改質処理（図５）において、酸化排ガス流量Ｑａの流量変動の２周期ごとに、燃料供給弁３０を開弁して改質燃料を混合部４０に供給するようにしているが（図６参照）、本発明はこれに限られるものではない。上記改質システムは、酸化排ガス流量Ｑａの流量変動のＬ（３以上の自然数）周期ごとに、燃料供給弁３０を開弁して改質燃料を混合部４０に供給するようにしてもよい。このようにすれば、燃料供給弁３０の閉弁タイミングが、不安定期間Ｔｚ内となることを抑制することができる。その結果、混合部４０に対して、改質燃料の供給が不安定となることを抑制することができる。また、以上のようにすれば、第１実施例の改質処理よりも、全体として燃料供給弁３０の開弁回数をより減少させることが可能であり、燃料供給弁３０を制御する制御回路４００の負荷を減少させることが可能となる。
【０１０３】
Ｃ５．変形例５：
上記実施例の改質システムの改質装置２００において、混合部４０と改質部５０とは、混合ガス流路４５を介して接続されているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、混合部４０と改質部５０とは、隣接されて設置され、直接接続するようにしてもよい。また、改質部５０内に混合部４０を設けるようにしてもよい。このようにすれば、混合部４０で生成された混合ガスを改質部５０に速やかに供給することが可能となる。
【０１０４】
Ｃ６．変形例６：
上記第１実施例の改質システム１０００は、改質処理（図３）において、燃料供給弁３０の開弁予定時刻Ｔｉをピーク流量時刻Ｔｍａｘと燃料供給弁３０の開弁時間Ｔｆのみを考慮して決定するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。上記改質システム１０００は、改質装置２００の混合部４０において、改質燃料が十分に気化するまでにかかる気化遅れ時間Ｔｒ１、混合部４０において、改質燃料と酸化排ガスとが十分に混合するまでにかかる混合遅れ時間Ｔｒ２、燃料供給弁３０の応答遅れ時間Ｔｒ３、または、酸化排ガスの輸送遅れ時間Ｔｒ４の少なくともいずれか一つを考慮して、燃料供給弁３０の開弁予定時刻Ｔｉを補正するようにしてもよい。この場合、補正後の開弁予定時刻を補正開弁予定時刻Ｔｉｈと呼ぶ。閉弁予定時刻は、例えば、補正開弁予定時刻Ｔｉｈから開弁時間Ｔｆ経過した時刻とする。なお、上記気化遅れ時間Ｔｒ１、混合遅れ時間Ｔｒ２、応答遅れ時間Ｔｒ３、および、輸送遅れ時間Ｔｒ４は、改質システムの具体的な設計に基づいて決定される。
【０１０５】
例えば、上記改質システム１０００は、気化遅れ時間Ｔｒ１、混合遅れ時間Ｔｒ２、応答遅れ時間Ｔｒ３、および、酸化排ガスの輸送遅れ時間Ｔｒ４を考慮して開弁予定時刻Ｔｉを補正し、補正開弁予定時刻Ｔｉｈを決定する場合には、まず、燃料供給弁３０の開弁予定時刻Ｔｉを決定した後、開弁予定時刻Ｔｉから、気化遅れ時間Ｔｒ１、混合遅れ時間Ｔｒ２、および、応答遅れ時間Ｔｒ３を差し引くと共に、輸送遅れ時間Ｔｒ４を足した時刻を補正開弁予定時刻Ｔｉｈとするようにしてもよい。このようにすれば、混合部４０において、改質燃料ガスと酸化排ガス（他の改質原料）とを正確に所望の混合具合で混合させることができ、改質効率を向上させることができる。
【０１０６】
なお、上記第２実施例の改質システム１０００Ａにおいても、上記変形例６のように、気化遅れ時間Ｔｒ１、混合遅れ時間Ｔｒ２、応答遅れ時間Ｔｒ３、および、酸化排ガスの輸送遅れ時間Ｔｒ４の少なくともいずれか一つを考慮して開弁予定時刻Ｔｉ１を補正し、補正開弁予定時刻を決定するようにしてもよい。
【０１０７】
Ｃ７．変形例７：
上記第１実施例の改質システム１０００は、改質処理（図３）で、ステップＳ２０の処理で、カソードポンプ６０の回転数ＲＥが閾値Ｒｒｅｆ以下の場合において、酸化排ガス流量Ｑａの流量変動の周期ごとに、燃料供給弁３０を開弁時間Ｔｆの間開弁するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。ところで、二次電池３００からの要求負荷が所定値より大きい場合や二次電池３００の蓄電状態が所定値より大きい場合には、カソードポンプ６０に要求される駆動回転数も大きくなり、すなわち、カソードポンプ６０は、高回転で駆動されることになる。この場合、カソードポンプ６０は、低回転時に比較して高回転時では、酸化排ガス流量Ｑａに対する脈動の影響は比較的小さい。従って、例えば、改質システム１０００は、二次電池３００からの要求負荷が所定値より大きい場合や二次電池３００の蓄電状態が所定値より大きい場合には、通常の改質制御を実行し、二次電池３００からの要求負荷が所定値以下の場合や二次電池３００の蓄電状態が所定値以下の場合においてのみ、酸化排ガス流量Ｑａの流量変動の周期ごとに、燃料供給弁３０を開弁時間Ｔｆの間開弁するようにしてもよい。このようにすれば、カソードポンプ６０が高回転駆動されていると考えられる場合、すなわち、カソードポンプ６０の脈動の影響が比較的小さいと考えられる場合には、燃料供給弁３０を制御する必要がないので、制御回路４００の負荷を軽減することが可能となる。
【０１０８】
Ｃ８．変形例８：
上記実施例の改質システムにおいて、制御回路４００の各部は、ソフトウェア的に構成されているものを、ハードウェア的に構成するようにしてもよいし、ハードウェア的に構成されているものを、ソフトウェア的に構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の第１実施例としての改質システム１０００の概略構成を示すブロック図である。
【図２】燃料供給弁３０の開弁時間Ｔｆと改質燃料供給量Ｑｆとの関係を表わすグラフである。
【図３】第１実施例の改質システム１０００が行う改質処理のフローチャートである。
【図４】カソードポンプ６０が低回転で駆動している場合に酸化排ガス流量Ｑａが変動する様子を示す図である。
【図５】第２実施例の改質システム１０００Ａが行う改質処理のフローチャートである。
【図６】第２実施例の改質システム１０００Ａにおいて酸化排ガス流量Ｑａの流量変動の周期と燃料供給弁３０の開閉タイミングとの関係を表わす図である。
【図７】変形例１における改質システム１０００Ｂの概略構成を示すブロック図である。
【図８】変形例２における改質システム１０００Ｃの概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１０…改質燃料タンク
１５…燃料供給流路
２０…燃料ポンプ
２５…アノード流路
３０…燃料供給弁
３５…カソード流路
４０…混合部
５０…改質部
５７…加熱部
６０…カソードポンプ
６５…酸化ガス供給路
７０…冷却ポンプ
７５…空気供給流路
７６…冷却流路
７９…空気排出流路
１００…燃料電池
１０２…空気供給流路
１０５…水供給流路
１１０…水タンク
１２０…気化部
１２５…燃料排ガス排出流路
１３５…酸化排ガス排出流路
２００…改質装置
２０５…燃料ガス供給流路
２０７…水排出流路
３００…二次電池
４００…制御回路
４１０…ポンプ制御部
４２０…ピーク流量検知部
４３０…弁制御部
４５０…時刻記憶部
１０００…改質システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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