(57)【要約】【課題】蒸発器の応答性を向上することにより蓄電装置の容量を低減することができる電源システムを提供する。【解決手段】液相の改質原料を蒸発させるＣＣ／Ｖａｐ２と、蒸発する前の改質原料を加熱された状態で一時的に貯留するサブタンク３と、蒸発した改質原料を改質する改質システム１と、改質システムにおいて生成した改質ガスを用いて発電を行う燃料電池２０と、を備える。サブタンク３の状態を電源システムの状態に基づいて制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相の改質原料を蒸発させる蒸発部と、
蒸発する前の改質原料を加熱された状態で一時的に貯留する貯留部と、
前記蒸発部で蒸発させた改質原料を改質する改質装置と、
前記改質装置において生成した改質ガスを用いて発電を行う発電装置と、を備え、
前記蒸発部での改質原料の蒸発特性に関与する前記貯留部の状態量を電源システムの状態に基づいて制御することを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記貯留部の状態を、前記貯留部の貯留量、加熱量、加圧量の少なくともいずれかとし、
前記電源システムの状態を、電源システム内の蓄電装置の蓄電状態、電源システムの負荷または負荷変化、前記改質装置の温度の少なくともいずれかとする請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
電力を充電すると共に放電する蓄電装置と、
前記貯留部の貯留量を制御する貯留量制御手段と、を備え、
前記蓄電装置の蓄電状態が低いとき、または低くなると予測されるときは、前記貯留部に貯留する改質原料貯留量を多くする請求項１に記載の電源システム。
【請求項４】
電力を充電すると共に放電する蓄電装置と、
前記貯留部に貯留された改質原料を加熱する加熱手段と、を備え、
前記蓄電装置の蓄電状態が低いとき、または低くなると予測されるときは、前記貯留部に貯留された改質原料の加熱量を多くする請求項１に記載の電源システム。
【請求項５】
電力を充電すると共に放電する蓄電装置と、
前記貯留部を加圧する加圧手段と、を備え、
前記蓄電装置の蓄電状態が低いとき、または低くなると予測されるときは、前記貯留部を加圧する請求項１に記載の電源システム。
【請求項６】
前記改質装置の温度を検出する改質温度検出手段と、
前記貯留部の貯留量を制御する貯留量制御手段と、を備え、
前記改質装置の温度に応じて、前記貯留部の貯留量を制御する請求項１に記載の電源システム。
【請求項７】
前記貯留部の貯留量を制御する貯留量制御手段を備え、
電源システムの負荷または負荷変動の予測値または指示値に応じて、前記貯留部の貯留量を制御する請求項１に記載の電源システム。
【請求項８】
前記蒸発部から排出された改質原料を気液分離する気液分離部を備え、
前記貯留部に改質原料を貯留する際には、改質原料の一部を液相のまま前記蒸発部から排出し、前記気液分離部において分離した液相の改質原料を前記貯留部に回収する請求項１に記載の電源システム。
【請求項９】
前記蒸発部から排出された改質原料の一部を凝縮する凝縮部を備え、
前記貯留部に改質原料を貯留する際には、前記凝縮部において凝縮された改質原料を前記貯留部に回収する請求項１に記載の電源システム。
【請求項１０】
前記凝縮部において、液相の改質原料と前記蒸発器で生成された気相の改質原料との熱交換を行うことにより、前記気相の改質原料の一部を凝縮し、
熱交換により温度上昇した前記液相の改質原料を前記貯留部に回収する請求項９に記載の電源システム。
【請求項１１】
前記貯留部と前記蒸発部とを一体に構成する請求項１に記載の電源システム。
【請求項１２】
前記貯留部に保温機構を備える請求項１に記載の電源システム。
【請求項１３】
前記発電装置または前記蓄電装置のうち少なくとも一方から供給される電力を、移動体の駆動に用い、
かつ、移動体起動直後の移動のための電力を主に前記蓄電装置から供給する請求項１から１２のいずれか一つに記載の電源システム。
【請求項１４】
液相の改質原料を蒸発させる蒸発部と、
蒸発する前の改質原料を加熱した状態で一時的に貯留する貯留部と、
蒸発した改質原料を改質する改質装置と、
前記改質装置で生成した改質ガスを用いて電力を生じる発電装置と、
前記発電装置で生じた電力を充電または放電する蓄電装置と、を備えた電源システムの運転方法であって、
前記蓄電装置の蓄電状態、電源システムの負荷または負荷変動、前記改質装置の改質温度の少なくとも一つを電源システム状態として検出し、
前記電源システム状態に応じて、前記貯留部の貯留量、加熱量、加圧量の少なくとも一つを調整することを特徴とする電源システムの運転方法。
【請求項１５】
前記発電装置および前記蓄電装置からの電力が要求負荷に満たないと予測または判断された際に、前記貯留部に貯留された改質原料を前記蒸発部に供給する請求項１３に記載の電源システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源システムに関する。特に改質反応により発電燃料を生成する改質システムを備えた電源システムの効率向上のための構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池システム等の発電装置と、燃料電池システム起動時等の電力不足時に電力を供給するバッテリ等の蓄電装置と、を備えた車両駆動用の電源システムが知られている。このような電源システムにおいては、車両停止時に、バッテリの目標充電量を車両走行時におけるバッテリの目標充電量に比べて大きな値に設定している。これにより、車両が停止したときには、バッテリ走行時より多くの電力が蓄えられるので、次回、燃料電池システムを起動（コールドスタート）させたときに、燃料電池システムの暖機運転をしながら、モータに十分な量の電力を供給することができる（例えば、特許文献１、参照。）。
【特許文献１】特開２００２−２８９２０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の技術においては、車両停止時には、運転時より多くの電力をバッテリに蓄えるようにしている。しかしながら、あらゆる走行パターンに対して、起動処理のための電力、起動直後の走行のための電力、および暖機後の応答性改善のための電力の全てを賄うようにするには、大容量のバッテリを必要とし、コスト、重量、サイズの増加を招くという問題が生じる。
【０００４】
例えば、改質反応に用いる液相原料を蒸発させる蒸発器では、一般に移動体の要求駆動力に遅れて生成蒸気量が変化する。これを補正するためにバッテリの電力が消費されるので、その分バッテリの容量を大きく設定しておく必要がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記の問題を鑑みて、蒸発器の応答性を向上することにより蓄電装置の容量を低減することができる電源システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、液相の改質原料を蒸発させる蒸発部と、蒸発する前の改質原料を、加熱された状態で一時的に貯留する貯留部と、前記蒸発部で蒸発させた改質原料を改質する改質装置と、前記改質装置において生成した改質ガスを用いて発電を行う発電装置と、を備える。前記蒸発部での改質原料の蒸発特性に関与する前記貯留部の状態量を電源システムの状態に基づいて制御する。
【０００７】
または、液相の改質原料を蒸発させる蒸発部と、蒸発する前の改質原料を加熱した状態で一時的に貯留する貯留部と、蒸発した改質原料を改質する改質装置と、前記改質装置で生成した改質ガスを用いて電力を生じる発電装置と、前記発電装置で生じた電力を充電または放電する蓄電装置と、を備える。このような電源システムの運転方法であって、前記蓄電装置の蓄電状態、電源システムの負荷または負荷変動、前記改質装置の改質温度の少なくとも一つを電源システム状態として検出し、前記電源システム状態に応じて、前記貯留部の貯留量、加熱量、加圧量の少なくとも一つを調整する。
【発明の効果】
【０００８】
蒸発する前の改質原料を加熱された状態で一時的に貯留する貯留部を備える。蒸発部での改質原料の蒸発特性に関与する貯留部の状態量を、電源システムの状態に基づいて制御する。これにより、蒸発部に供給する改質原料の状態を調整することができ、必要に応じて蒸発部における蒸気生成の応答性を向上することができる。その結果、蓄電装置の容量を低減することができる。
【０００９】
また、蓄電装置の蓄電量、電源システムの負荷または負荷変動、改質装置の改質温度の少なくとも一つを電源システム状態として検出し、電源システム状態に応じて、貯留部の貯留量、加熱量、加圧量熱量の少なくとも一つを調整する。これにより、電源システム状態に応じて、蒸発部に供給される改質原料の状態を調整することができるので、必要に応じて蒸発部における水蒸気生成の応答性を向上することができる。その結果、蓄電装置の容量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の実施形態について説明する。ここでは、発電装置として燃料電池２０を、蓄電装置としてバッテリ９を備えた移動体の電源システムについて説明する。
【００１１】
移動体の駆動装置として、比較的低い８０℃前後という温度域で運転される高分子電解質型燃料電池（以下、ＰＥＦＣ）が有力と目されている。このような移動体用燃料電池の燃料として用いられる水素を供給する手段として、水素を含む化合物から改質反応により水素を生成する改質システムが知られている。水素を含む化合物としては、容積当たり、もしくは、重量当たりのエネルギ密度が水素に比べて高い、炭素と水素を含む有機物が挙げられる。中でも、メタン等のアルカンや、アルコール・エーテル類、もしくはガソリン等の炭化水素系燃料は、常温常圧もしくは僅かな加圧条件で液相となり取り扱いが容易である、燃料としての利用技術が確立されている等の理由で改質原料として利用される。
【００１２】
改質システムにおいては、改質反応が高活性となる温度域が、メタノールで３００℃〜４００℃付近、ガソリンで６００℃以上となる。それよりも低い温度域では全く水素が得られない、あるいは、所定の温度域での反応と比べて少ない水素しか得られない。そのため、改質システムの起動時には、所定の温度域まで温度を上昇させる暖機運転が必要となる。そこで移動体の電源システムには、バッテリやキャパシタといったような蓄電装置を備え、改質システムの暖機が完了する前は、この蓄電装置の電力を利用することにより移動体を走行させている。
【００１３】
蓄電装置は、暖機運転等の起動処理および起動直後の走行だけではなく、改質システムの応答性に起因する電源システムの応答性改善のための手段としても用いられる。改質原料として液体燃料を用いる場合には、エネルギ密度が高いという利点を持つ一方で、改質反応を生じるために蒸発器等で液体燃料を気化させる必要がある。また、改質システムにおいて後述するような水蒸気改質反応を生じる場合には、蒸発器等により気化した水（水蒸気）の供給が必要となる。一般に、蒸発器の応答は、移動体の要求電力の変動に遅れる。そこで、蓄電装置からの給電により不足分の電力を補うことで、移動体に要求された走行を実現する。
【００１４】
しかしながら、あらゆる走行パターンに対して、起動処理、起動直後の走行、暖機後の応答性改善のための電力の全てを賄うには大容量の蓄電装置を必要とし、コスト、重量、サイズの増加を招く。これを避けるために、起動処理、起動直後の走行、暖機後の応答性改善に用いる電力を抑制する必要がある。そこで、電源システムを以下のように構成して、改質システム、特に蒸発器の応答性を改善することにより蓄電装置の容量を低減する。
【００１５】
なお、蒸発器の応答性改善は、システム効率にも留意する必要がある。電源システム各部で発生する熱を再利用する蒸発器では、改質や発電の効率のロス分として発生している熱を蒸発器の熱源としているので、システム効率の向上が図れる。これに対して、追加燃料を燃焼させた熱を蒸発器の熱源とした場合には、追加燃料の量を必要最小限に抑えることが必要となる。
【００１６】
本実施形態に用いる電源システムの構成を、図１を用いて説明する。なお、発電装置として、固体高分子電解質型の燃料電池２０を用いるがこの限りではない。
【００１７】
燃料電池２０に供給する水素を生成する改質システム１を備える。改質システム１では、例えばＡＴＲ（Auto  Thermal  Reforming）反応によりガソリン等の炭化水素系燃料を改質して、水素リッチな改質ガスを生成する。ＡＴＲ反応では、発熱反応である部分酸化反応と、吸熱反応である水蒸気改質反応とを、それらの発熱量と吸熱量とのバランスがとれるような比率で生じさせる。
【００１８】
式（１）にオクタン（Ｃ8Ｈ18）を水蒸気改質反応させるときの反応式を示す。
【００１９】
【化１】
2005085478.tif 000003
【００２０】
すなわち、オクタンに加えてＨ2Ｏを原料として改質反応を行う。これを速やかに反応させるためには、Ｈ2Ｏは液相の水ではなく気相の水で与えられることが望ましい。そこで、改質システム１に供給する水蒸気を生成する手段として燃焼部を備えた蒸発器であるＣＣ／Ｖａｐ２を備える。このＣＣ／Ｖａｐ２の応答性を改善することにより蓄電装置、ここでは、後述するバッテリ９の必要容量を低減する。
【００２１】
ＣＣ／Ｖａｐ２を、燃焼部と気化部とを一体に構成した蒸発器とする。燃焼部には触媒を備え、図示しない空気供給系からの空気と、燃料電池２０から排水素または後述する追加燃料タンク７からの燃料の少なくとも一方と、を用いて燃焼反応を生じる。また、気化部には水を供給し、燃焼部で生成された熱を用いて水蒸気を生成する。
【００２２】
また、ＣＣ／Ｖａｐ２の気化部に供給する水を貯留するメインタンク５と、気化部に供給する水を一時的に貯留するサブタンク３を備える。さらに、ＣＣ／Ｖａｐ２へ供給される水の、メインタンク５からとサブタンク３からの流量割合を調整する三方弁６を備える。
【００２３】
メインタンク５内には、ＣＣ／Ｖａｐ２、サブタンク３それぞれに供給する水流量を調整する図示しない流量調整手段を備える。なお、メインタンク５とは別途に、ポンプやバルブを備えることで、ＣＣ／Ｖａｐ２、サブタンク３に供給する水流量を調整可能としてもよい。
【００２４】
メインタンク５からサブタンク３に移動した水は、サブタンク３内に一時貯留される。サブタンク３内では、後述するように、貯留水を昇温させることにより比較的蒸発しやすい状態で貯留する。ＣＣ／Ｖａｐ２において、応答性よく水蒸気生成量を増加したい場合に、三方弁６を介してサブタンク３内に貯留された熱水をＣＣ／Ｖａｐ２に供給する。
【００２５】
ここでは、サブタンク３の貯留水を以下のような構成により、熱水として貯留する。
【００２６】
サブタンク３内の圧力を調整する圧力調整手段を備える。ここでは、圧力調整手段としてサブタンク３内に連通するコンプレッサ１１を備える。または、サブタンク３の出口側に図示しない調圧弁を備え、サブタンク３の内圧を変更してもよい。この場合は、後述するサブタンク３の加熱手段であるＣＣ４による貯留水の気化によりサブタンク３内で蒸気が発生し、結果的に圧力が上昇するメカニズムとなる。サブタンク３内の圧力を上昇させることで、水の沸点を上昇させることができるので、サブタンク３内の貯留水を液相の状態で高温に加熱することができる。
【００２７】
また、サブタンク３内に貯留される水を加熱する加熱手段を備える。ここでは加熱手段としてサブタンク３と熱交換可能な燃焼触媒器であるＣＣ４を備える。サブタンク３とＣＣ４とを隣接して構成する。ＣＣ４では、後述する追加燃料タンク７からの燃料と、図示しない空気供給手段からの空気とを用いて発熱反応を生じ、サブタンク３と熱交換することにより貯留水を加熱して熱水とする。
【００２８】
また、サブタンク３に貯留されている水の熱を保温する保温機構を備える。ここでは、サブタンク３とＣＣ／Ｖａｐ２を熱交換可能に構成する。サブタンク３とＣＣ／Ｖａｐ２を隣接して構成する。これにより、運転中は常に高温を維持するＣＣ／Ｖａｐ２の影響により、サブタンク３も比較的高温に維持される。そのため、サブタンク３からの放熱を抑えることができる。また、サブタンク３内に貯留水としての水を加熱する際に、サブタンク３自身の加熱を行う必要がなくなるので、効率良く貯留水を加熱することができる。なお、ここでは保温機構としてＣＣ／Ｖａｐ２を用いたがこの限りではない。
【００２９】
なお、サブタンク３内の水の温度調整機構として、圧力調整手段としてのコンプレッサ１１、加熱手段としてのＣＣ４、保温手段としてのＣＣ／Ｖａｐ２を用いたが、この限りではなく、必要に応じて少なくともいずれかを備えればよい。
【００３０】
さらに、ＣＣ／Ｖａｐ２の燃焼部と、ＣＣ４に供給する燃料を貯留する追加燃料タンク７を備える。燃料電池２０からの排水素のみでは水蒸気生成を行うのに十分な熱を生じることができないと判断された場合には、追加燃料タンク７からＣＣ／Ｖａｐ２に燃料を供給する。また、サブタンク３の加熱が必要と判断された場合には、追加燃料タンク７からＣＣ４に燃料を供給する。追加燃料タンク７には、ＣＣ／Ｖａｐ２、ＣＣ４それぞれに供給する燃料流量を調整する図示しない流量調整手段を備える。または、ポンプやバルブを用いて、ＣＣ／Ｖａｐ２、ＣＣ４に供給する燃料流量の調整手段を構成してもよい。
【００３１】
さらに、蓄電装置としてのバッテリ９を備える。バッテリ９には、充電状態ＳＯＣ（State Of Charge）を検出するＳＯＣ検出手段９ａを備える。例えば、バッテリ９の電圧を検出する電圧センサや電流を検出する電流センサ等を備える。燃料電池２０の発電量が要求電力に満たない場合には、バッテリ９から電力を供給する。
【００３２】
このような電源システムを制御するコントローラ８を備える。また、改質システム１の温度を検出する温度センサ１９を備える。コントローラ８では、バッテリ９のＳＯＣ、改質システム１の温度Ｔrに従って、メインタンク５からサブタンク３に供給する水量、追加燃料タンク７からＣＣ４に供給する燃料量、コンプレッサ１１による加圧量の制御を行う。つまり、コントローラ８においては、サブタンク３の貯留量、加熱量、加圧量を調整する。ここでは、加熱量・加圧量に関しては、加熱・加圧を行うか否か、つまり加熱量・加圧量が０か否かを制御する。
【００３３】
このような電源システムにおいて、通常運転時には、メインタンク５からＣＣ／Ｖａｐ２の気化部へ水の供給を行う。一方、バッテリ９および燃料電池２０からの供給電力が要求電力に満たないと予測、または判断される場合には、サブタンク３内で加熱された熱水をＣＣ／Ｖａｐ２の気化部へ供給する。これは、例えば、バッテリ９のＳＯＣが低い暖機運転終了直後に、燃料電池２０への要求負荷が急激に増加した等の場合である。
【００３４】
具体的には、ＳＯＣが所定値より小さく、かつ、要求電力に比べて供給可能な電力が小さいと判断または予測された場合に、三方弁６をサブタンク３側に開に切り替える。または、図示しない制御手段により、バッテリ９のＳＯＣおよび不足電力量に応じて三方弁６の開度を増加方向に調整してもよい。
【００３５】
これにより、ＣＣ／Ｖａｐ２には、サブタンク３に貯留されていた熱水が供給されるので、メインタンク５からの水を供給した場合に比べて、多くの水蒸気が生成される。つまり、要求電力に応じて改質システム１に供給する水蒸気量を応答よく増大することができ、ひいては、燃料電池２０における発電量を増大することができる。その結果、バッテリ９が低ＳＯＣを示す状態においても、要求電力に応じて供給電力を増大することができるので、応答性のよい電源システムを構成することができる。
【００３６】
なお、蒸気生成の応答性が改善されるメカニズムは、以下のとおりである。
【００３７】
熱交換型の蒸発器であるＣＣ／Ｖａｐ２においては、被蒸発流体である水を加熱して蒸発させるが、水が比較的低温で供給された場合には、まず液相の水を沸点まで加熱して、しかる後に蒸発潜熱に相当する熱量を与えて蒸発させる必要がある。すなわち、熱交換部の面積の一部を液相の水を加熱するために使用する。
【００３８】
これに対して、サブタンク３内をコンプレッサ１１により加圧し、ＣＣ４によりＣＣ／Ｖａｐ２の圧力条件下での沸点またはそれより僅かに低い温度に程度に維持する。これにより、サブタンク３内の水は高温の液相状態または液相と気相の混合状態で貯留される。このような熱水をＣＣ／Ｖａｐ２に供給すると、被蒸発流体である熱水の一部は直ちに蒸発する。残りについても既に沸点またはその近傍に達しているため、ＣＣ／Ｖａｐ２において熱供給を受けて素早く蒸発する。よって、ＣＣ／Ｖａｐ２における水蒸気生成量を急激に増加することができる。
【００３９】
なお、サブタンク３の貯留水を、ＣＣ４によりＣＣ／Ｖａｐ２の圧力条件下での沸点以上に加熱することもできる。ただし、この場合には、サブタンク３とＣＣ／Ｖａｐ２とを接続する供給配管内も加圧する、または、供給配管内で水の蒸発が生じても破損することなく、また速やかに水をＣＣ／Ｖａｐ２に供給できるように構成する必要がある。
【００４０】
このように、燃料電池２０における発電量が不足し、かつ、バッテリ９からの給電が期待できない場合に、発電量増加のために水蒸気生成を応答よく増加するには、電力不足が生じる前にＣＣ／Ｖａｐ２の応答性機能を向上しておく必要がある。具体的には、サブタンク３内に熱水を貯留しておく必要がある。ここでは、電源システムへの要求電力の急激な増加に対して、燃料電池２０における発電で対応しなければならない状態であると判断される場合、つまり、バッテリ９のＳＯＣが所定量より小さい場合に、サブタンク３内に熱水を貯留してＣＣ／Ｖａｐ２の応答性機能を向上する。
【００４１】
ここで、ＣＣ／Ｖａｐ２の応答性機能の制御方法を図２に示すフローチャートを用いて説明する。本フローは、電源システムの負荷変動の有無にかかわらず、電源システム運転中には所定時間毎に繰り返し行う。
【００４２】
ステップＳ１において、改質システム１の状態を検出する。具体的には、改質システム１が運転中か否かを検出し、運転中の場合にはさらに改質システム１の温度Ｔrを検出する。温度Ｔrは、所定の組成の改質ガスを定格量生成できるか否かの判断をするために必要な部位で測定する。ここで、所定の組成の改質ガスは、ガソリン等の改質原料がほぼ１００％反応し、ＰＥＦＣに対するＣＯといったような、下流のシステムに有害な成分が影響の無視できるレベルまで低減されている状態の改質ガスを示す。
【００４３】
具体的には、改質システムの温度Ｔrとして、改質触媒やその他の触媒温度を測定する。一つの代表点の温度で判断が可能であれば一点の温度を用い、複数点の温度を測定して総合的に判断する必要がある場合にはその総合的な判断の結果を温度Ｔrとする。なお、改質システム１が停止中の場合には本フローは終了する。次に、ステップＳ２において、バッテリ９のＳＯＣを読み込む。
【００４４】
次に、ステップ３において、温度ＴrおよびＳＯＣを用いて、後述するようにサブタンク３の状態を決定する。ここでは、サブタンク３に貯留する熱水の貯留量、加熱、圧力を、温度ＴrとＳＯＣとから決定する。ステップＳ４において、ステップＳ３で設定された状態となるように、サブタンク３の状態を調整する。ここでは、サブタンク３への水供給量、ＣＣ４への燃料供給、コンプレッサ１１の駆動を制御する。
【００４５】
次に、ステップＳ３におけるサブタンク３の状態量の決定方法を説明する。
【００４６】
サブタンク３に貯留する熱水量を図３（ａ）に示すように設定する。つまり、ＳＯＣが５０％以上あれば、バッテリ９の給電で燃料電池２０の発電量不足を補うことができると判断して貯留量を０に設定する。ＳＯＣが４０％以上５０％未満であれば、温度Ｔrが所定温度Ｔ1未満であるか否かに応じてそれぞれ最大貯留量の２５％、５０％とする。さらに、ＳＯＣが４０％未満であれば、温度Ｔrが所定温度Ｔ1未満であるか否かに応じて最大貯留量の５０％、１００％とする。ＳＯＣが小さく、温度Ｔrが所定温度Ｔ1より高いときに、サブタンク３に貯留する熱水の貯留量を大きく設定する。
【００４７】
なお、貯留量が１００％の状態（最大貯留量）を、改質システム１に供給される最大水蒸気量を所定時間、継続的に供給できる量として予め設定しておく。ここで、所定時間は、例えば、通常状態の水を供給する蒸発器が、最大水蒸気量を生成するのに必要な応答時間とする。
【００４８】
また、所定温度Ｔ1は、改質システム１において生成可能な改質ガスの量を判断する指標となる温度とする。すなわち、改質システム１の暖機が十分であり、定格の量の改質ガスを生成できる状態を温度Ｔ1以上の状態とし、改質システム１を運転しているものの定格量の改質ガスを生成できない状態が温度Ｔ1未満の状態とする。
【００４９】
通常、改質システム１に用いられる触媒は温度によりその活性が左右され、通常、温度が高いほど反応が高活性となる。ただし、触媒の活性がやや低い状態であっても、処理されるガスの流速が十分に遅く、触媒との接触時間を十分に長く確保されれば所定の反応が進み、所定の組成の改質ガスが生成されるのを期待することができる。従って、改質システム１内の各反応器がそれぞれの所定の温度域に達していれば定格量の改質ガスを生成できると共に、所定の温度域よりも僅かに低い温度域であっても、改質ガス生成量を少なく抑えれば所定の組成の改質ガスを生成することができる。
【００５０】
よって、暖機時には、改質システム１において改質ガス生成量を少なく抑えて、所定の組成のガスを生成する。このとき、改質システム１における改質ガス生成量を急激に、かつ、大幅に増大することは難しく、そのため、供給する水蒸気量を急激に、かつ大幅に増大することはない。つまり、改質システム１が所定温度Ｔ1より低い場合には、水蒸気生成量を急激に増加することはないと予測されるので、サブタンク３に貯留する熱水量を少なく設定することができる。
【００５１】
次に、サブタンク３の加圧状態と加熱状態を、それぞれ図３（ｂ）、（ｃ）に示す。加圧するか否かおよび加熱するか否かを、ＳＯＣに応じて設定する。ＳＯＣが比較的小さい場合に、サブタンク３内の加圧、加熱を行う。ここではＳＯＣが５０％未満である場合に、コンプレッサ１１によりサブタンク３内を加圧する。また、ＳＯＣが５０％未満である場合に、ＣＣ４に空気と燃料を供給してサブタンク３を加熱する。サブタンク３内を加圧することにより水の沸点を上げることができ、より蒸発し易い状態まで温度上昇させた液相の水を貯留することができる。つまり、サブタンク３の加圧および加熱を行うことにより、サブタンク３内に高温の熱水を貯留する。ただし、必要以上に加熱することで、サブタンク３内の熱水が気化し、不要な蒸気の生成やサブタンク３の不要な圧力上昇につながるので、サブタンク３内の温度を検出しながら行うのが好ましい。また、ここでは、加熱、加圧を行うか否かのみの判断を行っているがこの限りではない。例えばＳＯＣに応じて加熱量、加圧量を予め設定しておいてもよい。
【００５２】
次に、このようなＣＣ／Ｖａｐ２における水蒸気生成量の応答を、図４に示す。ここでは、例えば、電源システムに対する要求電力が増加した負荷過渡期について説明する。図４の破線に通常の蒸発器応答を、実線に出力要求を示す。
【００５３】
電源システムへの要求電力が増大した場合には、燃料電池２０における発電量を増大する信号が出力される。つまり、ＣＣ／Ｖａｐ２における水蒸気生成量を増大する信号が出力される。このとき、破線に示すように、通常の蒸発器、つまりメインタンク５から水を供給した場合には、出力要求（実線）に遅れて水蒸気生成量が増加する。この水蒸気を用いて改質システム１において改質ガスを生成するので、改質ガスの生成量、ひいては燃料電池２０の発電量も同様の傾向となる。よって、破線と出力要求を示す実線との差をバッテリ９に蓄電された電力により補う必要がある。
【００５４】
つまり、メインタンク５からの水の供給のみを用いて水蒸気を生成する際には、このようなＣＣ／Ｖａｐ２の応答遅れを補うための電力を蓄える分だけ余計にバッテリ９の容量を大きく設定する必要がある。例えば、バッテリ９を、暖機処理、起動運転に加えて、暖機運転終了直後の要求電力増加に対する応答性改善に対応できるように容量を設定する必要がある。
【００５５】
これに対して本実施形態では、バッテリ９のＳＯＣが十分に大きい場合に、要求電力増加により発電量が不足した際には、通常の電源システムと同様にバッテリ９から電力を補充する。一方、ＳＯＣが低くバッテリ９から放電するのが望ましくない場合には、サブタンク３に貯留した熱水をＣＣ／Ｖａｐ２に供給することにより水蒸気生成量を増大する。これにより、ほぼ要求出力に従って蒸気を発生して改質ガスを生成し、燃料電池２０において発電を行うことができる。これにより、バッテリ９の容量を、例えば起動直後の水蒸気生成の応答性を賄うために大きく設定する必要がないので、バッテリ９の容量を低減することができる。
【００５６】
なお、図３におけるＳＯＣの区分は一例に過ぎない。バッテリ９の容量や電源システムの定格出力、バッテリ９の寿命設計等に応じて適宜設定すればよい。すなわち、バッテリ９の容量が小さい、あるいは、容量に対して電源システムの定格出力が大きい場合には、バッテリ９のＳＣＯが比較的早く減少することが予測される。そのため、ＳＯＣが比較的大きい状態でも、ＳＯＣからの給電に不具合が生じる可能性があるので、サブタンク３に熱水を貯留して水蒸気生成の応答性機能を向上する。また、バッテリ９の寿命が比較的短くてもよい場合には、放電深度の最大値を大きく設定する、すなわち、ＳＯＣが比較的小さいところまで放電することができる。よって、ＳＯＣが比較的小さい状態でも熱水の貯留を不要とする。加圧、加熱に対しても同様に制御することができる。
【００５７】
また、図３（ａ）における貯留量は一例に過ぎない。改質システム１が暖機中（Ｔr＜Ｔ1）の場合については、暖機完了前に生成できる改質ガス量が、定格量に比べていかほどかにより貯留量を設定することができる。また、貯留量についても、上述したＳＯＣ区分閾値の設定と同様に、バッテリ９の容量や電源システムの定格出力に応じて設定することができる。あるいは、外部から別途出力制限を設定するようなインターフェイスを備え、その出力制限が図３（ａ）の数値に反映されるようにしてもよい。例えば定格の８０％に出力を制限するように設定された場合には、図３（ａ）の各数値が、８０％に変更されるようにしてもよい。もしくは、多少の安全率を考慮して、多めに設定してもよい。
【００５８】
また、ここでは、バッテリ９のＳＯＣに応じてサブタンク３の状態を設定したが、ＳＯＣの予測値に応じて行っても良い。この場合には、早めにサブタンク３内に水を貯留することができるので、例えば、水の貯留期間等に供給電力の不足が生じるのを避けることができる。
【００５９】
さらに、バッテリ９の充電を行うことにより、ＳＯＣが回復してあるレベル以上（図３においては５０％以上）になれば、サブタンク３での熱水貯留が不要となる。この場合には、コンプレッサ１１およびＣＣ４を停止して、メインタンク５からよりサブタンク３からの水の供給を優先することにより、効率のよい水蒸気生成を優先して行う。または、それ以降に再びサブタンク３が使用される可能性を考慮して、保温機構としてＣＣ／Ｖａｐ２からの伝熱のみによりサブタンク３内に比較的高温な水を貯留した状態を維持してもよい。
【００６０】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００６１】
液相の改質原料を蒸発させるＣＣ／Ｖａｐ２と、蒸発する前の改質原料を加熱された状態で一時的に貯留するサブタンク３と、を備える。また、ＣＣ／Ｖａｐ２で蒸発させた改質原料を改質する改質システム１と、改質システム１において生成した改質ガスを用いて発電を行う燃料電池２０と、を備える。ＣＣ／Ｖａｐ２での水の蒸発特性に肝要するサブタンク３の状態量を電源システムの状態に基づいて制御する。これにより、電源システムの状態に応じて、全体の効率をいたずらに低下させるのを避けながら、必要に応じてＣＣ／Ｖａｐ２の応答性を改善して、電源システムとして必要な応答性を確保することができる。その結果、バッテリ９の容量を低減することができる。
【００６２】
ここでは、サブタンク３の状態を、サブタンク３の貯留量、加熱量、加圧量の少なくともいずれかとし、電源システムの状態を、電源システム内のバッテリ９のＳＯＣ、改質システム１の温度Ｔrの少なくともどちらか一方とする。サブタンク３内に貯留する水量を調整することで、余分な水の昇温をする必要がなく、消費エネルギを抑制することができる。サブタンク３内を加熱することにより、水を蒸発し易い高温の状態とすることができる。また、サブタンク内を加圧することにより、水の沸点を上昇させることができるので、サブタンク３内での水の温度をＣＣ／Ｖａｐ２における沸点近傍まで上昇させることができる。その結果、ＣＣ／Ｖａｐ２において、水が蒸発し易い状態でサブタンク３内に貯留することができる。また、ＳＯＣや温度Ｔrに応じてサブタンク３の状態を設定することにより、ＣＣ／Ｖａｐ２における水蒸気生成の応答性が求められる可能性に応じて、熱水の貯留を制御することができる。これにより、ＣＣ／Ｖａｐ２の応答性改善を、消費エネルギを抑制しつつ、適切な状況で行うことができる。
【００６３】
電力を充電すると共に放電するバッテリ９と、サブタンク３の貯留量を制御する貯留量制御手段（Ｓ３）と、を備える。バッテリ９のＳＯＣが低いとき、または低くなると予測されるときは、サブタンク３の貯留量を多くする。これにより、ＣＣ／Ｖａｐ２の応答性改善の必要性や、その程度に応じて、適切な貯留量を設定することができる。その結果、電源システムの効率低下を抑制しつつ、ＣＣ／Ｖａｐ２の応答性を向上することができる。
【００６４】
また、電力を充電すると共に放電するバッテリ９と、サブタンク３に貯留された水を加熱するＣＣ４と、を備え、バッテリ９のＳＯＣが低いとき、または低くなると予測されるときは、サブタンク３に貯留された水の加熱量を多くする。ここでは、ＳＯＣが所定値より小さい場合に、貯留水の加熱を行う。これにより、ＣＣ／Ｖａｐ２の応答性改善の必要性やその程度に応じて、適切な加熱を行うことができる。その結果、電源システムの効率低下を抑制しつつ、ＣＣ／Ｖａｐ２の応答性を向上することができる。なお、ここではＣＣ４をＯＮ／ＯＦＦに切り替えたが、加熱量は貯留量に応じて設定しても良い。
【００６５】
また、電力を充電すると共に放電するバッテリ９と、サブタンク３を加圧するコンプレッサ１１と、を備え、バッテリ９のＳＯＣが低いとき、または低くなると予測されるときは、サブタンク３を加圧する。これにより、サブタンク３からの熱水の要求があったときに、レスポンスよく蒸発を行うことができる。
【００６６】
改質システムの温度Ｔrを検出する温度センサ１９と、サブタンク３の貯留量を制御する貯留量制御手段（Ｓ３）と、を備え、温度Ｔrに応じて、サブタンク３の貯留量を制御する。これにより、改質温度Ｔrが低いとき、つまり、改質ガスの生成量を増大し難い場合には、サブタンク３に一時貯留する水量を抑制することができるので、貯留のためのエネルギを節約することができる。
【００６７】
サブタンク３に保温機構を備える。ここでは、ＣＣ／Ｖａｐ２をサブタンク３と熱交換に配置する。これにより、サブタンク３からの放熱を低減することができるので、水を蒸発し易い状態に保ちやすくすることができる。また、応答性機能の向上が特に望まれない場合にも、サブタンク３自体の温度を低下し難くするため、次に応答性機能の向上が望まれた際にも、短時間でサブタンク３の状態を設定することができる。
【００６８】
また、燃料電池２０またはバッテリ９のうち少なくとも一方から供給される電力を移動体の駆動に用い、かつ、移動体起動直後の移動のための電力を主にバッテリ９から供給する。これにより、暖機が完了する前の起動直後の走行で、バッテリ９のエネルギを消費し、暖機後の改質システム１の応答性を改善のための電力が供給できないような場合に、予め蒸発し易い水を適切量サブタンク３に貯留して、ＣＣ／Ｖａｐ２を含めた電源システムの応答性を改善することができる。
【００６９】
液相の改質原料を蒸発させるＣＣ／Ｖａｐ２と、ＣＣ／Ｖａｐ２に供給する水を加熱した状態で一時的に貯留するサブタンク３と、蒸発した水を改質する改質システム１を備える。また、改質システム１で生成した改質ガスを用いて電力を生じる燃料電池２０と、燃料電池２０で生じた電力を充電または放電するバッテリ９と、を備える。このような電源システムの運転方法であって、バッテリ９のＳＯＣ、改質システム１の改質温度Ｔrの少なくとも一方を電源システム状態として検出する。さらに、電源システム状態に応じて、サブタンク３の貯留量、加熱量、加圧量の少なくとも一つを調整する。これにより、電源システムの状態に応じて、適切に貯留部であるサブタンク３に貯留される水の状態を調整することができるので、ＣＣ／Ｖａｐ２の応答性を向上することができ、ひいては、電源システムの応答性を向上することができる。また、バッテリ９の容量を抑制することができる。
【００７０】
また、燃料電池２０およびバッテリ９からの電力が要求負荷に満たないと予測または判断された際に、サブタンク３に貯留された液相の水をＣＣ／Ｖａｐ２に供給する。これにより、燃料電池２０の発電量を応答よく増加することができるので、バッテリ９の容量を抑制して設定した場合にも、電源システムからの電力供給を応答よく行うことができる。
【００７１】
次に、第２の実施形態について説明する。電源システムの構成を図５に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００７２】
ここでは、ＣＣ／Ｖａｐ２の排出側に気液分離器１２を備える。ＣＣ／Ｖａｐ２で生成された水蒸気を気液分離器１２に供給して、気相と液相に分離する。気液分離器１２で分離された気相の水を、改質原料として改質システム１に供給する。また、気液分離器１２で分離された液相の熱水を、サブタンク３に回収する。
【００７３】
第１の実施形態と同様に、バッテリ９のＳＯＣが小さく電力不足が生じる可能性がある場合に、サブタンク３に水を貯留し、かつ、コンプレッサ１１やＣＣ４により熱水の状態を維持する。これに加えて本実施形態では、本来、改質システム１に供給する蒸気を生成するＣＣ／Ｖａｐ２を利用して熱水を生成する。
【００７４】
具体的には、図２、図３（ａ）に従ってサブタンク３の状態を設定する。ただし、ステップＳ４において、サブタンク３に熱水の貯留を行う際に、熱水の一部もしくは全部を以下のようにしてサブタンク３に回収する。
【００７５】
サブタンク３に熱水を貯留すると判断された際には、その時点で改質システム１に供給する水蒸気に相当するよりも多くの水を、メインタンク５からＣＣ／Ｖａｐ２に供給する。一方、排水素や追加燃料を燃焼することによりＣＣ／Ｖａｐ２で生じる熱は、必要な量の水蒸気を生成できる量に留める。
【００７６】
その結果、ＣＣ／Ｖａｐ２に供給された水の一部は沸点に等しい温度で、なおかつ、液相のままＣＣ／Ｖａｐ２から流出する。その液相成分を気液分離器１２において分離し、サブタンク３に回収することにより所定量の熱水をサブタンク３に貯留することができる。
【００７７】
なお、ＣＣ／Ｖａｐ２において上記のような運転を行っている場合には、生成される蒸気の温度が沸点近傍となり、通常の場合より蒸気温度が低くなることが予想される。そこで、蒸気を利用する改質システム１では、蒸気温度の変更に対応することができる構成とであることが好ましい。例えば、改質システム１内の反応に伴って生じる熱を用いて蒸気を昇温させるＡＴＲ反応であれば、供給される蒸気の温度に応じて発熱反応である部分酸化反応の割合を増減する。
【００７８】
また、サブタンク３に貯留する水は、全て気液分離器１２で分離した液相の水とする必要はない。例えば、サブタンク３へ所定量の水を貯留する時間を短くしたい場合には、一部を気液分離器１２で分離した液相とし、残りをメインタンク５から供給してもよい。
【００７９】
次に、本実施形態の効果を説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００８０】
ＣＣ／Ｖａｐ２から排出された水を気液分離する気液分離器１２を備え、サブタンク３に水を貯留する際には、水の一部を液相のままＣＣ／Ｖａｐ２から排出し、気液分離器１２において分離した液相の水をサブタンク３に貯留する。これにより、エネルギ消費を抑制しつつ、効率的に温度の高い熱水をサブタンク３に回収することができる。
【００８１】
次に、第３の実施形態について説明する。電源システムの構成を図６に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００８２】
蒸発部と貯留部とを一体化したＣＣ／Ｖａｐ１３を用いる。ここでは後述するように、蒸発部である第１気化部１５ａ、１５ｃと、貯留部である貯留部１５ｂとを一体に構成して気化部１５を構成する。つまり、ＣＣ／Ｖａｐ１３を、第１実施形態におけるＣＣ／Ｖａｐ２とサブタンク３とを一体化することにより構成した蒸発器とする。ＣＣ／Ｖａｐ１３の燃焼部には、排水素または追加燃料タンク７からの燃料の少なくとも一方と、酸化剤としての空気を供給する。
【００８３】
また、ＣＣ１４を、ＣＣ４と同様に触媒燃焼器とし、ＣＣ／Ｖａｐ１３と隣接して構成する。ここでは、ＣＣ１４を後述するように貯留部１５ｂと熱交換可能なように構成する。ＣＣ１４には、追加燃料タンク７からの燃料および図示しない空気供給系からの空気を供給する。なお、ＣＣ１４を便宜上別の要素としているが、ＣＣ／Ｖａｐ１３の燃焼部の一部がＣＣ１４の作用を兼ねても良い。その他の構成を、第１の実施形態と同様とする。
【００８４】
次に、ＣＣ／Ｖａｐ１３の模式図を図７に示す。ＣＣ／Ｖａｐ１３の応答性機能を特に向上する必要がない場合の状態を図７（ａ）に、応答性機能を向上する場合の状態を図７（ｂ）に示す。
【００８５】
ＣＣ／Ｖａｐ１３を気化部１５と、図示しない燃焼部とから構成する。ここで、気化部１５と燃焼部を熱交換可能に構成する。つまり、燃焼部において発生した熱を用いて気化部１５を流通する水を蒸発させる。
【００８６】
気化部１５を、第１気化部１５ａ、貯留部１５ｂ、第２気化部１５ｃから構成する。ここでは気化部１５を略Ｕ字形状に構成し、右側部分を第１気化部１５ａ、左側部分を第２気化部１５ｃ、下側部分を貯留部１５ｂとする。また、気化部１５への液相の水の供給口１５ｄを右側上部、つまり第１気化部１５ａの上端とし、気相の水の排出口１５ｅを左側上部、つまり第２気化部１５ｃの上端とする。
【００８７】
メインタンク５から気化部１５に水を供給する。供給された水は、第１気化部１５ａを流通する際に、図示しない燃焼部から熱を受け取って水蒸気を生成する。図７においては、色の濃淡で水蒸気生成の状態を示し、色の濃い部分を液相の水が多い状態、色の薄い部分を液相の水が少ない状態を示す。第１気化部１５ａの上端に構成した水の供給口１５ｄ近傍は液相の水が多く、下方に行くに従って蒸発が進み液相の水が少なくなって気相の水が増加する。
【００８８】
第１気化部１５ａで気相となった水は、第２気化部１５ｃを流通する際に過熱される。第２気化部１５ｃを水蒸気が下から上に向かって流れる際に、さらに温度上昇することにより生成された高温蒸気は、ＣＣ／Ｖａｐ１３から改質システム１に供給されることにより改質原料として使用される。
【００８９】
一方、第１気化部１５ａで気相とならなかった液相の水は、図７（ｂ）に示すように、Ｕ字形状の下端部である貯留部１５ｂに貯留される。この水は、第１気化部１５ａを通る際に加熱されていると共に、図示しない燃焼部から受熱するので、高温の熱水の状態で貯留される。ここで、貯留部１５ｂをＣＣ１４と熱交換可能に構成しているので、ＣＣ１４で燃焼を行うことにより、貯留部１５ｂの熱水を速やかに蒸発させることができる。
【００９０】
熱水の貯留が必要であると判断された場合（図７（ｂ））には、ＣＣ／Ｖａｐ１３に供給する水量を増大する。これにより、過剰水分が第１気化部１５ａで気化されず貯留部１５ｂに貯留される。このとき貯留水は、第１気化部１５ａを流通する際に加熱されているので、熱水となっている。このような状態では、少しの熱を供給するだけで、貯留部１５ｂに貯留された熱水の蒸発を行うことができる。つまり、水蒸気生成を増加させる際の応答性機能を向上した状態となる。一方、熱水の貯留が必要ないと判断される場合（図７（ａ））には、改質システム１に要求される量の水を、ＣＣ／Ｖａｐ１３に供給する。
【００９１】
次に、本実施形態における熱水の貯留量の調整方法について、図８のフローチャートを用いて説明する。本フローは、電源システムの負荷変動にかかわらず、電源システム運転中に一定時間毎に繰り返し行う。
【００９２】
ステップＳ１１において、運転パターンを検出する。ここで、運転パターンを、車両のナビゲーションシステム等により設定された走行パターンから予測される要求電力パターン、つまり、電源システムの負荷とする。ここでは特に、電源システムの負荷変動幅とする。あるいは、燃料電池車が、専ら通勤等に使用されるものであり、負荷変動パターンが過去の走行履歴から予測可能なものであれば、それを利用してもよい。次に、ステップＳ１２において、バッテリ９のＳＯＣを検出する。
【００９３】
ステップＳ１３において、ステップＳ１１、１２で検出した予測負荷変動幅とＳＯＣを用いてＣＣ／Ｖａｐ１３の運転状態を決定する。ここで、この運転状態の決定を、図９に従って行う。
【００９４】
図９には、予測される負荷変動幅に応じた熱水の貯留量を示す。予測される負荷変動幅が大きいほど、貯留量を大きく設定する。これにより、実際に負荷変動が生じた場合に、負荷変動の幅に応じて貯留された水を用いて、水蒸気を生成することができる。つまり、負荷変動幅が大きい場合には、多くの水蒸気を増加することができる。これにより、応答性よくＣＣ／Ｖａｐ１３を運転することができる。また、バッテリ９のＳＯＣが小さいほど、貯留量を大きく設定する。これにより、バッテリ９からの給電が困難な状態においてほど、増加可能な水蒸気量を多く設定することができるので、燃料電池２０における発電量を増加することができる。
【００９５】
ステップＳ１３において、ＣＣ／Ｖａｐ１３の運転状態を決定したら、ステップＳ１４において、決定した状態となるように設定する。つまり、ここでは熱水の貯留量を調整する。
【００９６】
このように貯留部１５ｂに熱水を貯留しておき、燃料電池２０およびバッテリ９からの供給電力では要求電力を賄えない場合にＣＣ１４に燃料を供給する。これにより、貯留部１５ｂに貯留された水蒸気を蒸発させることができるので、ＣＣ／Ｖａｐ１３で生成される水蒸気量を増大することができる。その結果、燃料電池２０の発電量を増大することができる。よって、ＣＣ／Ｖａｐ１３の応答遅れを賄うためにバッテリ９の容量を大きく設定する必要がなくなり、バッテリ９を小さくすることができる。
【００９７】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００９８】
貯留部１５ｂの状態を、貯留部１５ｂの貯留量とし、電源システムの状態を、電源システムの負荷または負荷変化とする。つまり、貯留部１５ｂの貯留量を制御する貯留量制御手段（Ｓ１３）を備え、電源システムの負荷または負荷変動の予測値または指示値に応じて、貯留部１５ｂの貯留量を制御する。これにより、負荷または負荷変動が大きい場合には、ＣＣ／Ｖａｐ１３の過渡応答の頻度または程度が多いと予想されるので、貯留量を多くしておくと、負荷変動に対応できる。
【００９９】
貯留部（１５ｂ）と蒸発部（１５ａ、１５ｃ）とを一体に構成する。ここでは、第１実施形態におけるＣＣ／Ｖａｐ２とサブタンク３を一体化してＣＣ／Ｖａｐ１３を構成する。これにより、電源システムをコンパクト化することができる。
【０１００】
また、液相の改質原料を蒸発させる第１気化部１５ａ、第２気化部１５ｃと、蒸発する前の改質原料を加熱した状態で一時的に貯留する貯留部１５ｂと、蒸発した改質原料を改質する改質システム１とを備える。また、改質システム１で生成した改質ガスを用いて電力を生じる燃料電池２０と、燃料電池２０で生じた電力を充電または放電するバッテリ９と、を備える。このような電源システムの運転方法であって、電源システムの負荷または負荷変動を電源システム状態として検出し、電源システム状態に応じて、貯留部１５ｂの貯留量を調整する。これにより、バッテリ９からの供給電力が期待できない状態で、要求電力が増加した場合に、ＣＣ／Ｖａｐ１３における水蒸気生成を応答よく行うことができるので、電源システム全体の応答を向上することができる。
【０１０１】
なお、本実施形態においては、図６に示す電源システムについて、図８に示すフローチャートを実行したがこの限りではない。つまり、図１に示す電源システムに対して、図８に示すように負荷変動の予測に応じて制御を行っても良い。ただし、この場合には、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、例えばＳＯＣが５０％未満の場合に、加圧・加熱を実行する等の制御を加える必要がある。
【０１０２】
また、図６に示す電源システムに対して図２に示す制御を実行することもできる。なお、この場合には、貯留量は貯留部１５ｂに貯留する熱水の量を示す。また、圧力調整手段は備えていないので、図３（ｂ）の条件は省略する。さらに、ここでは加熱手段であるＣＣ１４のＯＮ／ＯＦＦによりＣＣ／Ｖａｐ１２で生成される水蒸気流量が変化するので、ＣＣ１４は水蒸気生成量を増加したいと判断された時点でＯＮとする。つまり、図３（ｃ）の条件を省略し、実際に負荷変動が生じる時点でＣＣ１４をＯＮとする。
【０１０３】
次に、第４の実施形態について説明する。以下、第３の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１０４】
電源システムの構成を、第３の実施形態と同様に図６に示す。ただし、ここで用いるＣＣ／Ｖａｐ１３の構成を図１０に示す。
【０１０５】
ＣＣ／Ｖａｐ１３を、貯留部１５ｂに貯留した水を第１気化部１５ａの供給口１５ｄに再度供給可能な構成とする。ここでは、貯留部１５ｂと第１気化部１５ａの供給口１５ｄとを結ぶ再供給流路１６を備える。再供給流路１６にはポンプ１７を備え、貯留部１５ｂに貯留された熱水を選択的に第１気化部１５ａに再供給可能とする。なお、圧力差等によりポンプ１７が必要ない場合には、再供給流路１６にバルブ等を設け、選択的に再供給してもよい。
【０１０６】
蒸気生成の応答性機能の向上が要求され、かつ、負荷の増加が生じた場合には、第３の実施形態と同様に、ＣＣ１４に燃料および空気を供給する。これにより、貯留部１５ｂに貯留された熱水が蒸発する。また、ポンプ１７を駆動することにより、貯留部１５ｂに貯留された熱水を供給口１５ｄに再供給し、第１気化部１５ａを流れる際に図示しない燃焼部との熱交換を行う。これにより、熱水がより広い伝熱面に接触するので蒸気生成の応答性をより向上することができる。
【０１０７】
なお、熱水の第１気化部１５ａへの再供給のみで、負荷変動に対応できる場合には、ＣＣ１４を省略することもできる。
【０１０８】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第３の実施形態と異なる効果についてのみ説明する。
【０１０９】
蒸発部、ここでは第１気化部１５ａに流通することにより温度上昇した熱水を貯留部１５ｂに貯留する。また、貯留水を再度蒸発部、ここでは第１気化部１５ａに流通させることにより、生成される水蒸気量を増加する。これにより、効率良く水蒸気生成の応答を向上することができる。
【０１１０】
次に、第５の実施形態について説明する。電源システムの概略構成を図１１に示す。以下、第２の実施形態と異なる部分のみを説明する。
【０１１１】
気液分離器１２の替わりに、コンデンサ１８を備える。ＣＣ／Ｖａｐ２からは、気相の水のみが排出される。つまり、ステップＳ３においてＣＣ／Ｖａｐ２の応答性機能を向上する必要があると判断されたら、ＣＣ／Ｖａｐ２に供給する水の流量を増大する。また、ＣＣ／Ｖａｐ２で生じる熱量を、供給される水の流量に応じた流量とする。なお、このとき生成される水蒸気の温度は沸点または沸点近傍とする。これにより、改質システム１で用いる水蒸気流量より多くの水蒸気がＣＣ／Ｖａｐ２からコンデンサ１８に供給される。
【０１１２】
コンデンサ１８には、メインタンク５からサブタンク３に供給される熱水の一部が熱交換可能に供給される。つまり、コンデンサ１８において、メインタンク５から供給された水と、ＣＣ／Ｖａｐ２で生成された蒸気との間で熱交換を行う。ここで、熱交換により水蒸気の一部が凝縮することにより、潜熱が放出されるので、コンデンサ１８内を流通する水の温度を効率良く上げることができる。このように温度上昇した水を、サブタンク３に貯留する。
【０１１３】
また、コンデンサ１８を流れる蒸気のうち、熱交換により凝縮した水をサブタンク３に回収する。この凝縮量が、ＣＣ／Ｖａｐ２に供給された水量と改質システム１に供給する水量との差に相当するように、メインタンク５からコンデンサ１８を介してサブタンク３に供給される水の流量を調整する。
【０１１４】
このように、コンデンサ１８にいて、気相の水と液相の水との熱交換を行うことにより、効率良く液相の水の温度を上昇させることができ、速やかにサブタンク３に熱水を貯留することができる。よって、ステップＳ４において、サブタンク３を要求される状態に設定するまでに必要な時間、ここでは熱水を貯留するのに必要な時間を短縮することができる。これにより、例えば、蒸気生成応答を向上する必要があると判断されてから短時間の間に負荷増加の要求が生じた場合にも、応答よく蒸気流量を増大することができる。
【０１１５】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第２の実施形態とは異なる効果のみを説明する。
【０１１６】
ＣＣ／Ｖａｐ２から排出された水の一部を凝縮するコンデンサ１８を備え、サブタンク３に水を貯留する際には、コンデンサ１８において凝縮された水をサブタンク３に回収する。また、コンデンサ１８において、液相の水とＣＣ／Ｖａｐ２で生成された気相の水との熱交換を行うことにより、気相の水の一部を凝縮し、熱交換により温度上昇した液相の水をサブタンク３に回収する。これにより、速やかにサブタンク３に熱水を貯留することができので、応答遅れにより電源システムからの供給電力が不足する頻度をさらに低減することができる。
【０１１７】
なお、改質システム１から得られる水素リッチな改質ガスは、燃料電池２０の発電を行うための燃料ガスとして専ら用いられるものではなく、内燃機関に供給して該内燃機関の出力軸に接続されや発電機により発電を行うものとしても良い。つまり、発電装置として、燃料電池２０の替わりに内燃機関を用いても良い。
【０１１８】
または、ＣＣ／Ｖａｐ２、１３で生成される水蒸気は改質反応に用いられているが、この限りではない。例えば、シフト反応に用いることもできる。または、ＰＥＦＣの固体高分子膜を湿潤するために反応ガスを湿潤するのに用いても良い。
【０１１９】
また、改質原料の一部である水を高温状態で一時貯留する例を示しているがこの限りではない。適用対象は水のみではなく、ガソリンやメタノール等の水以外の液相改質原料を気化させる場合にも適用可能である。つまり、蒸発器は液相改質原料を気化する蒸発器であればよく、例えばガソリンを蒸発する蒸発器としてもよい。
【０１２０】
さらに、ＣＣ／Ｖａｐ２、１３を、熱供給源である燃焼部と気化部とが一体となった蒸発器としたが、気化部と熱供給源とが必ずしも一体である必要はない。別に設けられた燃焼器で生成した高温流体を蒸発器に供給する構成としてもよい。
【０１２１】
このように、本発明は、上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更を為し得ることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明は、発電に用いる前に、反応ガスに処理を施す必要がある電源システムに適用することができる。特に、移動体等の体積、重量に制限がある電源システムに効果的に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】第１の実施形態に用いる電源システムの概略構成図である。
【図２】第１の実施形態における水蒸気生成応答の向上判断のフローチャートである。
【図３】第１の実施形態における水蒸気生成応答の向上条件を示す図である。
【図４】第１の実施形態における水蒸気の応答性を示す図である。
【図５】第２の実施形態に用いる電源システムの概略構成図である。
【図６】第３の実施形態に用いる電源システムの概略構成図である。
【図７】第３の実施形態に用いるＣＣ／Ｖａｐの模式図である。
【図８】第３の実施形態に用いる水蒸気生成応答の向上判断のフローチャートである。
【図９】第３の実施形態における水蒸気生成応答の向上条件を示す図である。
【図１０】第４の実施形態に用いるＣＣ／Ｖａｐの模式図である。
【図１１】第５の実施形態に用いる電源システムの概略構成図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１    改質システム（改質装置）
２    ＣＣ／Ｖａｐ（蒸発部）
３    サブタンク（貯留部）
４    ＣＣ（加熱手段）
９    バッテリ（蓄電装置）
９ａ  ＳＯＣ検出手段
１１  コンプレッサ（圧力調整手段）
１２  気液分離器（気液分離部）
１３  ＣＣ／Ｖａｐ
１５  気化部
１５ａ  第１気化部（蒸発部）
１５ｂ  貯留部
１５ｃ  第２気化部（蒸発部）
１８  コンデンサ（凝縮部）
１９  温度センサ（改質温度検出手段）
２０  燃料電池（発電装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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