(57)【要約】【課題】応答良くシステムの出力負荷変動に対応できる移動体用燃料電池システムを提供する。【解決手段】炭化水素系燃料を改質した改質ガスを生成する燃料改質装置（１、２、３）と、この生成された改質ガスと酸化ガスにより発電する燃料電池スタック（４）と、を備える移動体用燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタック（４）からの排ガスを燃焼させる排ガス燃焼手段（５）と、この排ガスの燃焼熱を用いて前記炭化水素系燃料の改質に用いる原料を蒸発させる原料蒸発手段（６）と、この原料蒸発手段（６）が十分な蒸発能力を発揮できるか否かを判定する蒸発能力判定手段（６１）と、この判定結果より原料蒸発手段（６）が十分な蒸発能力を発揮できない場合に前記排ガス燃焼手段（５）を昇温させる昇温手段（９、６１）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】
炭化水素系燃料を改質した改質ガスを生成する燃料改質装置と、
この生成された改質ガスと酸化ガスにより発電する燃料電池スタックと、
を備える移動体用燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池スタックからの排ガスを燃焼させる排ガス燃焼手段と、
この排ガスの燃焼熱を用いて前記炭化水素系燃料の改質に用いる原料を蒸発させる原料蒸発手段と、
この原料蒸発手段が十分な蒸発能力を発揮できるか否かを判定する蒸発能力判定手段と、
この判定結果より原料蒸発手段が十分な蒸発能力を発揮できない場合に前記排ガス燃焼手段を昇温させる昇温手段と
を備えることを特徴とする移動体用燃料電池システム。
【請求項２】
前記蒸発能力判定手段は前記原料蒸発手段の温度に基づいてこの原料蒸発手段が十分な蒸発能力を発揮できるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の移動体用燃料電池システム。
【請求項３】
前記昇温手段は、前記改質ガス、前記炭化水素系燃料または前記改質ガスおよびこの改質ガスにより微粒化された前記炭化水素系燃料を前記排ガス燃焼手段に噴射供給する噴射供給手段であることを特徴とする請求項１に記載の移動体用燃料電池システム。
【請求項４】
前記昇温手段は、
前記排ガス燃焼手段の温度が第１の所定値未満の場合に前記改質ガスのみを噴射供給する手段と、
前記排ガス燃焼手段の温度が第１の所定値以上第２の所定値未満の場合に前記改質ガス及び前記炭化水素系燃料を噴射供給する手段と、
前記排ガス燃焼手段の温度が第２の所定値以上第３の所定値未満の場合に前記炭化水素系燃料のみを噴射供給する手段と、
前記排ガス燃焼手段の温度が第３の所定値以上の場合に噴射供給を停止する手段と
からなることを特徴とする請求項３に記載の移動体用燃料電池システム。
【請求項５】
前記昇温手段による前記排ガス燃焼手段への燃料供給量を前記排ガス燃焼手段の温度に応じて設定することを特徴とする請求項３に記載の移動体用燃料電池システム。
【請求項６】
前記排ガス燃焼手段の温度が所定値未満の場合に前記改質ガスの圧力を前記排ガス燃焼手段の温度が所定値以上の場合よりも高く設定することを特徴とする請求項５に記載の移動体用燃料電池システム。
【請求項７】
前記昇温手段は前記改質ガスを貯蔵する改質ガス貯蔵手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の移動体用燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系燃料を改質した改質ガスを生成する燃料改質装置と、この生成された改質ガスと酸化ガスにより発電する燃料電池スタックとを備える燃料電池システムであって、主として移動体いわゆる燃料電池自動車等に搭載される燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池システムとして、改質器３０から排出される水素リッチガスと所定の流体との間で熱交換を行わせ、当該流体を昇温した後に、その昇温した流体を用いて一酸化炭素選択酸化部３６の冷却すなわち反応熱回収を行い、その回収後の流体を炭化水素系燃料の改質に際し改質原料として用いるものがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平２００２−４７００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、車両等の移動体の動力源の中で環境の観点から望ましいものとして高効率のポテンシャルが高い燃料電池が挙げられる。移動体用の燃料電池として有力であると目されている固体高分子電解質型の燃料電池は一般に水素と酸素を用いて発電を行なう。
【０００４】
移動体用の燃料電池の燃料となる水素の供給方法には、大きくわけて２種類ある。一つは高圧水素タンクや吸蔵合金、水素化ホウ素ナトリウム等の貯蔵媒体から直接純水素を供給する方法であり、もう一つはいわゆる燃料改質型と呼ばれるものであり、天然ガス、アルコール、ガソリン等の炭化水素系燃料を改質して水素を発生させて供給する方法である。
【０００５】
特に、後者の改質ガス（水素）を燃料電池スタックに供給する燃料改質装置を持つ移動体用燃料電池システムでは、熱のマネジメントが重要になる。燃料改質装置内で余った熱をラジエーター等で放出するとその分、効率が落ちる。ただし、熱が余らないように温度を下げれば良いわけではなく、燃料改質装置、一般的には改質反応器、シフト反応器及び一酸化炭素選択酸化反応器からなる燃料改質装置ではそれぞれの反応に適した温度域があるのでこれを考慮する必要がある。
【０００６】
一方、移動体用燃料電池システムでは、定置用の燃料電池システムとは異なり、運転時にシステムへの電力要求が変化するため、それに追従させるための燃料電池システムの応答性が重要である。移動体の駆動システムとして燃料電池システムを考える場合、２次電池とのハイブリッド駆動が考えられる。ここで、燃料電池システムの応答性の補償は２次電池が受け持つことになるので、燃料電池システムの応答時間が遅い場合には２次電池の容量増加、または２次電池寿命に悪影響を与えることになる。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、改質ガスの熱回収により原料としての水の蒸発を行っているため、燃料電池システムへの負荷要求が増大したときを考えると、上流からの改質ガスが増大して初めて改質原料である流体が増加する構成であり、燃料電池システムの応答性については改善の余地があった。
【０００８】
そこで本発明は、応答良くシステムの出力負荷変動に対応できる移動体用燃料電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、炭化水素系燃料を改質した改質ガスを生成する燃料改質装置（１、２、３）と、この生成された改質ガスと酸化ガスにより発電する燃料電池スタック（４）と、前記燃料電池スタック（４）からの排ガスを燃焼させる排ガス燃焼手段（５）と、この排ガスの燃焼熱を用いて前記炭化水素系燃料の改質に用いる原料を蒸発させる原料蒸発手段（６）とを備え、この原料蒸発手段（６）が十分な蒸発能力を発揮できるか否かを判定し、この判定結果より原料蒸発手段（６）が十分な蒸発能力を発揮できない場合に前記排ガス燃焼手段（５）を昇温させるように構成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、原料蒸発手段（６）は燃料電池スタック（４）からの排ガスを燃焼させる排ガス燃焼手段（５）の熱回収により作動して、原料蒸発手段（６）が常に十分な蒸発能力を発揮できるように原料蒸発手段（６）の温度を保つ制御が行なわれることから、移動体の負荷変動が生じた場合においても炭化水素系燃料の改質に用いる原料を応答良く蒸発させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。図１は移動体に適用した本発明の一実施形態のシステムを説明するための概略図である。
【００１２】
ここで、移動体の駆動装置は電気モータであり、この電気モータは２次電池からの電流供給を受けて駆動される。この２次電池には本実施形態の燃料電池システムにより発電される電流が蓄えられる。
【００１３】
燃料電池システムは改質反応により水素リッチガス（改質ガス）を生成する改質反応器１、水素リッチガス中の一酸化炭素を濃度をシフト反応により低減するシフト反応器２、水素リッチガス中の一酸化炭素を濃度を酸化反応により低減する一酸化炭素選択酸化反応器３、電気化学反応により起電力を得る燃料電池スタック４、燃料電池スタックで使われなかった排水素を燃焼させる排水素燃焼器５（排ガス燃焼手段）、水を蒸発させる蒸発器６（原料蒸発手段）、水を回収するコンデンサ７、燃料を貯蔵する燃料タンク１１、水を貯蔵する水タンク１２、空気を圧縮して供給するブロア１３、コンピュータにより構成される制御装置６１を主な構成要素とする。以下、詳述する。
【００１４】
改質反応器１には燃料（炭化水素系燃料）、水（原料）及び空気（酸素）が供給される。燃料は燃料供給ポンプ１６により流路３１を介して導入される。空気はブロア１３より流路３３を介して導入される。水（水蒸気）は水供給ポンプ１４により流路３８、４０を介して導入される。これら燃料、水及び空気の供給を受ける改質反応器では改質反応が行なわれ、燃料は水素が３０％程度の水素リッチガスに変換される。
【００１５】
改質反応器１からの水素リッチガスはシフト反応器２に導入される。ここでは水素リッチガス中の一酸化炭素と水を反応させて水素を得る反応が行われ、水素が３５％程度の水素リッチガスにされる。シフト反応に必要な水はインジェクタ８により導入している。このため水供給ポンプ１４により流路３９を介して水がインジェクタ８に供給されている。インジェクタ８は気体により液体を微粒化して噴射するものであり、本実施形態では微粒化用の気体として燃料改質装置（改質反応器１、シフト反応器２及び一酸化炭素選択酸化反応器３からなる）により生成される水素リッチガスを用いている。すなわち、ガス供給ポンプ１５により一酸化炭素選択酸化反応器３の下流から分岐する流路５９を介して水素リッチガスがインジェクタ８に供給されている。
【００１６】
シフト反応器２からの水素リッチガスは一酸化炭素選択酸化反応器３に導入される。ここでは、水素リッチガス中の一酸化炭素がさらに所定の濃度例えば数ｐｐｍ程度にまで低減される。この一酸化炭素選択酸化反応で要する空気はブロア１３により流路３４を介して導入されている。
【００１７】
一酸化炭素選択酸化反応器３で一酸化炭素濃度の低減された水素リッチガスは、流路３５を介するブロア１３からの空気と共に燃料電池スタック４に導入され、ここで電気化学的反応により発電が行われる。本実施形態の燃料電池システムは移動体に搭載されているので、燃料電池スタック４により得られる発電電流は２次電池に蓄えられる。
【００１８】
発電に供されなかった水素（排水素）は流路３６を介するブロア１３からの空気と共に排水素燃焼器５に導入されて燃やされる。排水素燃焼器５にはインジェクタ９（噴射供給手段）が取り付けられ、排水素の燃焼に必要な燃料はこのインジェクタ９から噴射供給している。このため、燃料供給ポンプ１７により流路３２を介して燃料がインジェクタ９に供給されている。インジェクタ９はシフト反応器２に取り付けられている上記インジェクタ８と同様に気体により液体を微粒化して噴射するもので、ここでも微粒化用の気体として燃料改質装置で生成される水素リッチガスを用いている。すなわち、ガス供給ポンプ１５により一酸化炭素選択酸化反応器３の下流から分岐する流路５８を介して水素リッチガスがインジェクタ９に供給されている。これにより、水素リッチガスにより微粒化された燃料が排水素燃焼器５内に噴射される。なお、微粒化用の水素リッチガスは、改質反応器１や、シフト反応器２の下流から分岐して供給してもかまわない。
【００１９】
排水素燃焼器５からの燃焼排ガスは蒸発器６に導入され、ここで発生する熱および排ガスの顕熱により、水供給ポンプ１４により流路３８を介して導入された水が蒸発される。
【００２０】
ここでは蒸発器として排水素燃焼器５で発生する熱および排ガスの顕熱により水を蒸発させるものを示しているが、他の態様として外部からの熱供給を受けて蒸発させるものや、一酸化炭素選択酸化反応器３などの他のシステム要素の熱回収を行ない蒸発させるものを備えていても良い。
【００２１】
蒸発器６で熱交換を行って温度低下した排ガスと、燃料電池スタック４で用いられなかった空気とはコンデンサ７に導入され、ここでガス内の水が回収される。この水は燃料改質用の水として再利用される。
【００２２】
上記のブロア１３の空気流量、燃料供給ポンプ１６、１７からの燃料流量、水供給ポンプ１４からの水流量、ガス供給ポンプ１５からのガス流量を制御するために制御装置６１を備える。すなわち、本実施形態の燃料電池システムが搭載される移動体では、移動体の走行条件に応じて燃料電池システムへの電力要求が異なり、例えば高負荷になるほど電力要求が大きくなり２次電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）が減ることから、制御装置６１では移動体の走行条件が高負荷になるほど燃料電池スタック４での発電量が増すように、上記のブロア１３の吐出する空気流量、燃料供給ポンプ１６、１７からの燃料流量、水供給ポンプ１４からの水流量、ガス供給ポンプ１５からのガス流量を制御する。
【００２３】
さらに、運転の途中で蒸発器６の温度Ｔｖａｐが所定値Ｔｓｌに満たなくなると、蒸発器６に流れる燃焼排ガスの熱量が低下して、蒸発器６が十分な蒸発能力を発揮し得なくなるので、温度センサ６２からの蒸発器６の温度Ｔｖａｐ、温度センサ６３からの排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂが制御装置６１に入力されており、制御装置６１では蒸発器６の温度Ｔｖａｐが所定値Ｔｓｌに満たなった場合に蒸発器６が十分な蒸発能力を発揮し得ないと判断し、インジェクタ９より燃料を排水素燃焼器５に噴射供給して蒸発器６に流れる熱量を増やし、蒸発器６の蒸発能力を高める。
【００２４】
制御装置６１で行われるこのインジェクタ９による昇温制御を図２に示すフローチャートに従って説明する。このフローは一定時間毎に実行する。
【００２５】
ステップ１では温度センサ６２により検出される蒸発器６の温度Ｔｖａｐと所定値Ｔｓｌを比較する。ここで所定値Ｔｓｌは蒸発器６が十分な蒸発能力を発揮することのできる温度のうちの最低温度である。蒸発器温度Ｔｖａｐが所定値Ｔｓｌ以上である場合には蒸発器温度が高く十分な蒸発能力を有していると判断してステップ７へ進み、インジェクタ９による排水素燃焼器５への水素リッチガスおよび燃料の噴射供給を停止させるため、燃料供給ポンプ１７及びガス供給ポンプ１５を非作動とする。
【００２６】
これによりインジェクタ９による燃料供給を停止したので、ステップ８ではフラグＦＬＧＦＩ＝０として今回の処理を終了する。ＦＬＧＦＩ＝０は後述するようにインジェクタ９からの燃料噴射の停止を指示するものである。
【００２７】
ここで、ガス供給ポンプ１５はシフト反応器２用のインジェクタ８のほうでも用いているので、インジェクタ８への水素リッチガスの供給に支障なきようにする必要がある。従って、図２（後述する図３、図４のおいても）においてはガス供給ポンプ１５は専らインジェクタ９への供給のみを行い、インジェクタ８への供給はもう一つ別の図示しない専用のガス供給ポンプが担当しているものとして述べる。
【００２８】
これに対して、蒸発器温度Ｔｖａｐが所定値Ｔｓｌより低い場合には蒸発器６の蒸発能力が低下していると判断してステップ１よりステップ２へ進みフラグＦＬＧＦＩをみる。このフラグはＦＬＧＦＩ＝１であるときに排水素燃焼器５へのインジェクタ９からの燃料噴射供給を指示していることを、またＦＬＧＦＩ＝０であるときに排水素燃焼器５へのインジェクタ９からの燃料噴射供給を指示していないことをそれぞれ示すフラグである。ＦＬＧＦＩ＝０である場合には排水素燃焼器５にインジェクタ９から燃料噴射供給することを指示するためステップ３に進んでＦＬＧＦＩ＝１とした後、ステップ４で温度センサ６３により検出される排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂから図３を内容とするテーブルを検索することにより燃料量Ｑｆを算出し、ステップ５においてインジェクタ９から燃料が排水素燃焼器５に噴射供給されるように２つのポンプ１７、１５を共に作動する。
【００２９】
上記の燃料量Ｑｆは排水素燃焼器５の温度を上昇させ蒸発器６の蒸発能力を確保するために必要となる熱量に相当する燃料量である。この燃料量Ｑｆは現在の排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂに対応する値であり、図３に示したように現在の排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂが低くなるほど大きくなる。
【００３０】
ステップ６では、インジェクタ９より燃料噴射を開始してからの燃料噴射量の合計Ｑｔとテーブル検索値である上記の燃料量Ｑｆを比較する。インジェクタ９に加わる燃料圧力（燃料供給ポンプ１７の吐出圧）とインジェクタ９の開口面積とを一定にしておけば、インジェクタ９から単位時間当たりに噴射供給される燃料量ΔＱｆは一定となり、排水素燃焼器５に噴射される合計の噴射量は時間に比例する。従って、フラグＦＬＧＦＩの０より１への切換タイミングで制御装置６１に内蔵のタイマを起動すれば、このタイマ値とΔＱｆとを乗算した値によりインジェクタ９による燃料噴射開始からの合計の噴射量Ｑｔを求めることができる。初めてステップ６に進んできたときにはこの燃料噴射開始からの合計噴射量Ｑｔが燃料量Ｑｆに満たないので、ステップ７、８を飛ばしてそのまま今回の処理を終了する。
【００３１】
前回のステップ３でのＦＬＧＦＩ＝１により今回はステップ２よりステップ３、４を飛ばしてステップ５でのインジェクタ９による排水素燃焼器５への燃料噴射を継続することになりＱｔが増えてゆく。そして、ステップ６においてこの燃料噴射開始からの合計噴射量Ｑｔが燃料量Ｑｆに満たない場合には噴射した燃料量がまだ少なく排水素燃焼器５の温度が十分上昇せず蒸発器６の蒸発能力が不足すると判断し、ステップ７、８を飛ばしてそのまま今回の処理を終了する。
【００３２】
その後もステップ５の操作を繰り返しやがてステップ６において燃料噴射開始からの合計噴射量Ｑｔが燃料量Ｑｆ以上になると、噴射した燃料により排水素燃焼器５の温度が上昇し蒸発器６の蒸発能力が確保されるまでになったと判断してステップ６よりステップ７へ進んでインジェクタ９による燃料供給を停止するためポンプ１５、１７を共に非作動とした後、ステップ８でＦＬＧＦＩ＝０とする。
【００３３】
このタイミングでは蒸発器温度Ｔｖａｐは所定値Ｔｓｌ以上となっているはずであり、図２においてステップ１よりステップ２以降へと進むことはないが、その後に再び蒸発器温度Ｔｖａｐが所定値Ｔｓｌ未満となれば、上記の処理を実行する。
【００３４】
なお、本実施形態ではインジェクタ９による燃料噴射の開始から、排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂが上昇して実際に蒸発器６の蒸発能力が確保されるまでの時間遅れを考慮し、燃料噴射の開始からの燃料噴射量の合計Ｑｔに基づいて燃料供給の終了タイミングになったか否かを判断しているが、直接的に排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂもしくは蒸発器６の温度Ｔｖａｐが予め定めている各所定値に達したか否かで燃料供給の終了タイミングになったか否かを判断することも可能である。
【００３５】
ここで、本実施形態の作用を説明する。
【００３６】
本実施形態によれば、燃料を改質した改質ガス（水素リッチガス）を生成する燃料改質装置（１、２、３）と、この生成された改質ガスと空気（酸化ガス）により発電する燃料電池スタック４と、燃料電池スタック４からの排水素（排ガス）を燃焼させる排水素燃焼器５と、この燃焼排ガスの燃焼熱を用いて燃料の改質に用いる水（原料）を蒸発させる蒸発器６とを備え、この蒸発器６が十分な蒸発能力を発揮できるか否かを判定し、この判定結果より蒸発器６が十分な蒸発能力を発揮できない場合つまり蒸発器温度Ｔｖａｐが所定値Ｔｓｌに満たない場合にインジェクタ９より燃料噴射を行って排水素燃焼器５を昇温させるようにしたので（請求項１に記載の発明）、蒸発器６は燃料電池スタック４からの排水素を燃焼させる排水素燃焼器５の熱回収により作動し、蒸発器６が常に十分な蒸発能力を発揮できるように蒸発器６の温度を保つ制御が行なわれることから、移動体の負荷変動が生じた場合においても炭化水素系燃料の改質に用いる水を応答良く蒸発させることができる。
【００３７】
本実施形態によれば、蒸発器６の温度Ｔｖａｐに基づいて蒸発器６が十分な蒸発能力を発揮できるか否かを判定するので（請求項２に記載の発明）、蒸発器６の蒸発能力を正確に判定することができる。
【００３８】
本実施形態によれば、排水素燃焼器５への燃料供給量Ｑｆを排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂに応じて設定するので（請求項５に記載の発明）、排水素燃焼器５を異常昇温させることなく蒸発器６を十分な蒸発能力を発生する温度にまで昇温させることができる。
【００３９】
図４は第２実施形態のフローチャートで、第１実施形態の図２のステップ４とステップ５の間にステップ１０５〜１０７を追加したものである。ただし、図４には図２のステップ１〜３、ステップ６〜８は省略して示していない。
【００４０】
ここでは追加した部分を主に説明する。ステップ１０５では排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂと所定値Ｔｃｂｌを比較する。排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂが所定値Ｔｃｂｌより低い場合にはインジェクタ９により噴射する燃料が排水素燃焼器５内で燃焼しにくい温度条件にあると判断してステップ１０６へ進みインジェクタ９に供給する水素リッチガスの圧力Ｐｆｇを通常規定圧Ｐｌより高い規定圧Ｐｈに設定してステップ５へ進む。これに対して排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂが所定値Ｔｃｂｌ以上である場合には排水素燃焼器５内においてインジェクタ９により噴射する燃料が十分燃焼しうる温度条件にあると判断してステップ１０７へ進み水素リッチガスの圧力Ｐｆｇを通常規定圧Ｐｌとしてステップ５へ進む。
【００４１】
ここで、通常規定圧Ｐｌより規定圧Ｐｈへと上昇させるにはガス供給ポンプ１５の吐出圧を高めればよい。
【００４２】
なお、上記所定値Ｔｃｂｌと後述する第３実施形態の所定値Ｔ１、Ｔ２との関係ではＴ１≦Ｔｃｂｌ＜Ｔ２となるように設定している。
【００４３】
第２実施形態によれば、排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂが所定値Ｔｃｂｌ未満の場合に改質ガス（水素リッチガス）の圧力Ｐｆｇを排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂが所定値Ｔｃｂｌ以上の場合よりも高く設定するので（請求項６に記載の発明）、排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂが所定値Ｔｃｂｌ未満の場合においても排水素燃焼器５に供給される燃料の微粒化が促進され、かつ燃焼しやすい改質ガスの供給量も増加し、排水素燃焼器５の昇温を促進することができる。
【００４４】
図５は第３実施形態のフローチャートで、第１実施形態の図２と置き換わるものである。第１実施形態の図２と同じ部分には同じステップ番号をつけている。
【００４５】
ステップ１では温度センサ６２により検出される蒸発器６の温度Ｔｖａｐと所定値Ｔｓｌを比較する。蒸発器温度Ｔｖａｐが所定値Ｔｓｌ以上である場合には蒸発器６は十分な蒸発能力を持っていると判断してステップ７へ進み排水素燃焼器５への水素リッチガスおよび燃料の噴射を停止するため２つのポンプ１７、１５とも非作動とする。
【００４６】
蒸発器温度Ｔｖａｐが所定値Ｔｓｌに満たない場合には、蒸発器６の蒸発能力が低下していると判断してステップ１よりステップ２２、２４、２６に進んで温度センサ６３により検出される排水素値燃焼器５の温度Ｔｃｂと第１の所定値Ｔ１、第２の所定値Ｔ２、第３の所定値Ｔ３（ただしＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３）を比較し排水素値燃焼器５の温度Ｔｃｂが次のいずれの温度域にあるのかをみる。
【００４７】
（１）Ｔｃｂ＜Ｔ１の温度域
（２）Ｔ１≦Ｔｃｂ＜Ｔ２の温度域
（３）Ｔ２≦Ｔｃｂ＜Ｔ３の温度域
（４）Ｔｃｂ≧Ｔ３の温度域
上記（１）の場合には排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂが非常に低くインジェクタ９により燃料を噴射しても排水素燃焼器５内で燃料が十分に燃焼しないと判断しステップ２２よりステップ２３へ進んでインジェクタ９からは燃焼しやすい水素リッチガスのみが排水素燃焼器５に供給されるようにガス供給ポンプ１５を作動させ燃料供給ポンプ１７を非作動とする。
【００４８】
上記（２）の場合には排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂが、インジェクタ９により微粒化した燃料は排水素燃焼器５内で燃焼するレベルにあると判断してステップ２２、２４よりステップ２５へ進みインジェクタ９から燃料が水素リッチガスにより微粒化しながら排水素燃焼器５に供給されるようにポンプ１５、１７を共に作動させる。
【００４９】
上記（３）の場合には排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂが燃料をインジェクタ９により微粒化せずに噴射しても燃焼するレベルにあると判断してステップ２２、２４、２６よりステップ２７へ進みインジェクタ９から燃料のみが排水素燃焼器５に供給されるように燃料供給ポンプ１７を作動させガス供給ポンプ１５を非作動とする。
【００５０】
上記（４）の場合には排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂが十分上昇し蒸発器６の蒸発能力が確保されると判断してステップ２２、２４、２６よりステップ７へ進みインジェクタ９からの水素リッチガス、燃料の供給が共に停止されるようにポンプ１５、１７を共に非作動とする。
【００５１】
このように、第３実施形態によれば、排水素燃焼器５の昇温手段が、改質ガス、燃料または改質ガスおよびこの改質ガスにより微粒化された燃料を排水素燃焼器５に噴射供給するインジェクタ９であるので（請求項３に記載の発明）、排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂが低下している場合にも、排水素燃焼器５内で改質ガスや燃料を十分に燃焼させることができる。
【００５２】
また第３実施形態によれば、排水素ガス燃焼器５の温度Ｔｃｂが第１の所定値Ｔ１未満の場合に燃焼しやすい改質ガスのみを噴射供給するので（請求項４に記載の発明）、排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂが第１の所定値Ｔ１未満である場合においても排水素燃焼器５の昇温を促進できる。また、排水素ガス燃焼器５の温度Ｔｃｂが第１の所定値Ｔ１以上第２の所定値Ｔ２未満の場合に改質ガスにより微粒化した燃料を噴射供給するので（請求項４に記載の発明）、排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂが第１の所定値Ｔ１以上第２の所定値Ｔ２未満である場合においても排水素燃焼器５における燃料の燃焼を促進することができる。
【００５３】
また、排水素ガス燃焼器５の温度Ｔｃｂが第２の所定値Ｔ２以上第３の所定値Ｔ３未満の場合に燃料のみを噴射供給するので（請求項４に記載の発明）、排水素燃焼器５の温度Ｔｃｂが第２の所定値Ｔ２以上第３の所定値Ｔ３未満である温度域では改質ガスを供給する必要が無くなり燃料改質装置の効率を向上する。また、排水素ガス燃焼器５の温度Ｔｃｂが第３の所定値Ｔ３以上の場合に噴射供給を停止するので（請求項４に記載の発明）、排水素燃焼器５の過剰な昇温を防止できる。
【００５４】
図６は第４実施形態で第１実施形態の図１と置き換わるものである。図１と同一部分には同一の番号を付してその説明は省略する。また、制御装置６１と、制御装置６１からポンプ等への指令線、センサ６２、５３からの入力線は省略している。
【００５５】
第４実施形態では、図１に示す第１実施形態に対してガス供給ポンプ１５の下流に水素リッチガスを貯蔵する水素タンク１０（改質ガス貯蔵手段）を追加して設けている。これは、本燃料電池システムを搭載した移動体例えば自動車が、所定の走行条件例えばアイドルになると燃料改質装置が一時的に停止されることがあり、この燃料改質装置の停止中に蒸発器６の温度が低下し排水素燃焼器５に燃料を噴射供給する必要が生じても燃料改質装置が一時停止されていれば燃料改質装置で水素リッチガスが生成されず、従って水素リッチガスをインジェクタ９に供給できなくなるので、アイドルなど燃料改質装置が一時停止される走行条件を除く走行条件において燃料改質装置で生成された水素リッチガスをこの水素タンク１０に予め貯蔵しておき、移動体のアイドル中において蒸発器６の温度が低下し排水素燃焼器５に燃料を噴射供給する必要が生じた場合にこの水素タンク１０に貯蔵してある水素リッチガスをインジェクタ９に供給するようにしたものである。
【００５６】
このように第４実施形態によれば、改質ガスを貯蔵するタンク１０を備えるので（請求項７に記載の発明）、燃料改質装置が停止し改質ガスが生成されていない場合や改質ガスの生成量が少ない場合においても、排水素燃焼器５に微粒化した燃料を供給することができる。
【００５７】
以上本発明の実施形態について説明したが,本発明は上記の実施形態に限定されるものでない。例えばこれまでは原料蒸発の中でも燃料電池システムの応答性を律速する水の蒸発について述べてきたが、蒸発する原料が燃料であるシステムとしても良い。また、排ガスを最終的にはコンデンサ７で温度を下げ水を回収しているが、このとき冷却する媒体を利用して燃料改質および燃料電池スタックへの酸化ガスに用いる空気を加湿するシステムとしても良い。
【００５８】
また、本実施形態ではオートサーマル方式の燃料改質装置について述べたが、プラズマ方式の燃料改質装置でも同様の効果を得ることができるなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な形態で実施し得ることは述べるまでもない。
【００５９】
請求項１に記載の蒸発能力判定手段の機能は図２のステップ１により、同じく昇温手段の機能は図２のステップ２〜５によりそれぞれ果たされている。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】移動体に適用した本発明の一実施形態を示す燃料電池システムの概略構成図。
【図２】第１実施形態のインジェクタを用いた昇温制御を説明するためのフローチャート。
【図３】排水素燃焼器の温度Ｔｃｂと燃料量Ｑｆの関係を示す特性図。
【図４】第２実施形態の昇温制御を説明するためのフローチャート。
【図５】第３実施形態の昇温制御を説明するためのフローチャート。
【図６】移動体に適用した第４実施形態を示す燃料電池システムの概略構成図。
【符号の説明】
【００６１】
１  改質反応器
２  シフト反応器
３  一酸化炭素選択酸化反応器
４  燃料電池スタック
５  排水素燃焼器（排ガス燃焼手段）
６  蒸発器（原料蒸発手段）
８、９  燃料噴射インジェクタ（噴射供給手段）
６１  制御装置
６２  温度センサ
６３  温度センサ
【図１】
2005166592.tif 000003
【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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