(57)【要約】【課題】予混合燃料のＳ／Ｃが増大した場合に、改質反応が良好に進行しない状態で改質部の運転が実行されるのを回避することのできる技術を提供する。【解決手段】燃料改質装置は、炭化水素系の原燃料を改質して水素ガスを生成するための改質部と、原燃料と水とが予め混合された予混合燃料を貯蔵するための予混合燃料タンクを含み、予混合燃料を改質部に供給するための予混合燃料供給部と、予混合燃料タンク内の予混合燃料のＳ／Ｃを推定するための推定部と、推定部で得られたＳ／Ｃの推定値に基づいて、燃料改質装置の動作を制御するための制御部と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料改質装置であって、
炭化水素系の原燃料を改質して水素ガスを生成するための改質部と、
前記原燃料と水とが予め混合された予混合燃料を貯蔵するための予混合燃料タンクを含み、前記予混合燃料を前記改質部に供給するための予混合燃料供給部と、
前記予混合燃料タンク内の前記予混合燃料に含まれる前記水の分子数と前記原燃料中の炭素原子数との比の値を推定するための推定部と、
前記推定部で得られた推定値に基づいて、前記燃料改質装置の動作を制御するための制御部と、
を備えることを特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃料改質装置であって、さらに、
前記改質部に空気を供給するための空気供給部を備え、
前記制御部は、前記推定値に基づいて、前記空気供給部を制御し、前記改質部に供給される空気量を調整させる、燃料改質装置。
【請求項３】
請求項２記載の燃料改質装置であって、
前記制御部は、前記推定値が第１の基準値以下である場合には、前記改質部に供給される空気量を前記推定値に応じて増大させず、前記推定値が前記第１の基準値よりも大きい場合には、前記改質部に供給される空気量を前記推定値に応じて増大させる、燃料改質装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料改質装置であって、
前記予混合燃料供給部は、さらに、
前記原燃料を貯蔵するための原燃料タンクを含み、前記原燃料を前記予混合燃料タンクに供給するための原燃料供給部を備え、
前記制御部は、前記推定値に基づいて、前記原燃料供給部を制御し、前記原燃料を前記予混合燃料タンクへ供給させる、燃料改質装置。
【請求項５】
請求項４記載の燃料改質装置であって、
前記制御部は、前記推定値が第２の基準値以下である場合には、前記原燃料供給部に前記原燃料を前記予混合燃料タンクへ供給させず、前記推定値が前記第２の基準値よりも大きい場合には、前記推定値に応じて前記原燃料供給部に前記原燃料を前記予混合燃料タンクへ供給させる、燃料改質装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の燃料改質装置であって、さらに、
ユーザへの通知を実行するための通知部を備え、
前記制御部は、前記推定値が第３の基準値よりも大きい場合には、前記通知部に、前記推定値が所定の範囲から外れていることをユーザへ通知させる、燃料改質装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料改質装置であって、
前記推定部は、
前記予混合燃料タンク内の前記予混合燃料の比重を測定するための比重測定部を備え、
前記推定部は、前記測定された比重を用いて、前記比の値を推定する、燃料改質装置。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料改質装置であって、
前記推定部は、
前記予混合燃料タンク内の前記予混合燃料のインピーダンスを測定するためのインピーダンス測定部を備え、
前記推定部は、前記測定されたインピーダンスを用いて、前記比の値を推定する、燃料改質装置。
【請求項９】
請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料改質装置であって、
前記推定部は、
前記予混合燃料タンクへの前記予混合燃料の補給量を測定するための補給量測定部と、
前記予混合燃料タンク内に前記予混合燃料が補給されたときからの経過時間を測定するための経過時間測定部と、
を備え、
前記推定部は、前記測定された補給量と前記測定された経過時間とを用いて、前記比の値を推定する、燃料改質装置。
【請求項１０】
請求項９記載の燃料改質装置であって、
前記推定部は、さらに、
前記予混合燃料タンク内部の温度に関係する第１の温度を測定するための第１の温度測定部を備え、
前記推定部は、さらに、前記測定された第１の温度を用いて、前記比の値を推定する、燃料改質装置。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の燃料改質装置であって、
前記推定部は、さらに、
前記改質部内部の温度に関係する第２の温度を測定するための第２の温度測定部を備え、
前記推定部は、さらに、前記測定された第２の温度を用いて、前記比の値を推定する、燃料改質装置。
【請求項１２】
請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料改質装置であって、
前記推定部は、
前記改質部内部の温度に関係する温度を測定するための温度測定部を備え、
前記推定部は、前記測定された温度を用いて、前記比の値を推定する、燃料改質装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予混合燃料を利用する燃料改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池システムでは、炭化水素系の原燃料から水素ガスを生成するために燃料改質装置が利用されている。燃料改質装置は、改質部を備えており、改質部は、原燃料を改質して、水素ガスを生成する。
【０００３】
改質部は、通常、水蒸気改質反応を利用して水素ガスを生成する。この場合には、改質部には、原燃料と共に、水が供給される。例えば、特許文献１では、ガソリンまたはアルコールと水との混合液（予混合燃料）がタンクに貯蔵されており、予混合燃料が改質部に供給されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−７９７０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、タンク内の予混合燃料に含まれる水の分子数と原燃料中の炭素原子数との比の値（以下、単に「Ｓ／Ｃ」とも呼ぶ）は、時間経過に伴って次第に増大する。これは、原燃料が水よりも気化し易いためである。しかしながら、従来では、タンク内に蓄えられた予混合燃料のＳ／Ｃの変化は、考慮されていなかった。このため、改質部において、改質反応が良好に進行しない恐れがあった。すなわち、予混合燃料に含まれる水の割合が大きくなると、改質部内部の温度が低下し、この結果、改質反応が良好に進行しなくなる。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、予混合燃料のＳ／Ｃが増大した場合に、改質反応が良好に進行しない状態で改質部の運転が実行されるのを回避するのできる技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装置は、燃料改質装置であって、
炭化水素系の原燃料を改質して水素ガスを生成するための改質部と、
前記原燃料と水とが予め混合された予混合燃料を貯蔵するための予混合燃料タンクを含み、前記予混合燃料を前記改質部に供給するための予混合燃料供給部と、
前記予混合燃料タンク内の前記予混合燃料に含まれる前記水の分子数と前記原燃料中の炭素原子数との比の値を推定するための推定部と、
前記推定部で得られた推定値に基づいて、前記燃料改質装置の動作を制御するための制御部と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
この燃料改質装置では、予混合燃料タンク内に貯蔵された予混合燃料のＳ／Ｃが推定され、Ｓ／Ｃの推定値に基づいて、燃料改質装置の動作が制御される。このため、予混合燃料のＳ／Ｃが増大した場合に、改質反応が良好に進行しない状態で改質部の運転が実行されるのを回避することが可能となる。
【０００９】
上記の装置において、さらに、
前記改質部に空気を供給するための空気供給部を備え、
前記制御部は、前記推定値に基づいて、前記空気供給部を制御し、前記改質部に供給される空気量を調整させることが好ましい。
【００１０】
改質部に空気を供給すれば、改質部内部で部分酸化改質反応を進行させることができる。部分酸化改質反応は、発熱反応である。したがって、予混合燃料のＳ／Ｃが比較的大きな値である場合には、改質部に供給される空気量を増大させることにより、予混合燃料のＳ／Ｃの増大に起因して改質部内部の温度が低下するのを抑制することができ、この結果、改質反応を良好に進行させることができる。
【００１１】
また、上記の装置において、
前記制御部は、前記推定値が第１の基準値以下である場合には、前記改質部に供給される空気量を前記推定値に応じて増大させず、前記推定値が前記第１の基準値よりも大きい場合には、前記改質部に供給される空気量を前記推定値に応じて増大させるようにしてもよい。
【００１２】
上記の装置において、
前記予混合燃料供給部は、さらに、
前記原燃料を貯蔵するための原燃料タンクを含み、前記原燃料を前記予混合燃料タンクに供給するための原燃料供給部を備え、
前記制御部は、前記推定値に基づいて、前記原燃料供給部を制御し、前記原燃料を前記予混合燃料タンクへ供給させるようにしてもよい。
【００１３】
こうすれば、予混合燃料タンク内の予混合燃料のＳ／Ｃが増大した場合にも、原燃料を予混合燃料タンクへ供給することによって、予混合燃料のＳ／Ｃを低減させることができ、この結果、改質反応を良好に進行させることができる。
【００１４】
また、上記の装置において、
前記制御部は、前記推定値が第２の基準値以下である場合には、前記原燃料供給部に前記原燃料を前記予混合燃料タンクへ供給させず、前記推定値が前記第２の基準値よりも大きい場合には、前記推定値に応じて前記原燃料供給部に前記原燃料を前記予混合燃料タンクへ供給させるようにしてもよい。
【００１５】
なお、第２の基準値は、第１の基準値よりも大きな値に設定されていてもよいし、第１の基準値と等しい値に設定されていてもよい。具体的には、Ｓ／Ｃの推定値に応じて改質部に供給される空気量を調整可能な構成を採用する場合には、第２の基準値は、第１の基準値よりも大きく設定されることが好ましい。また、Ｓ／Ｃの推定値に応じて改質部に供給される空気量を調整不能な構成を採用する場合には、第２の基準値は、第１の基準値とほぼ等しく設定されることが好ましい。
【００１６】
上記の装置において、さらに、
ユーザへの通知を実行するための通知部を備え、
前記制御部は、前記推定値が第３の基準値よりも大きい場合には、前記通知部に、前記推定値が所定の範囲から外れていることをユーザへ通知させるようにしてもよい。
【００１７】
こうすれば、ユーザに注意を促すことができると共に、ユーザは必要に応じて何らかの対策を施すことができる。
【００１８】
なお、第３の基準値は、上記の第１の基準値または第２の基準値と等しい値に設定されるようにしてもよいし、第１の基準値または第２の基準値よりも大きな値に設定されるようにしてもよい。
【００１９】
上記の装置において、
前記推定部は、
前記予混合燃料タンク内の前記予混合燃料の比重を測定するための比重測定部を備え、
前記推定部は、前記測定された比重を用いて、前記比の値を推定するようにしてもよい。
【００２０】
また、上記の装置において、
前記推定部は、
前記予混合燃料タンク内の前記予混合燃料のインピーダンスを測定するためのインピーダンス測定部を備え、
前記推定部は、前記測定されたインピーダンスを用いて、前記比の値を推定するようにしてもよい。
【００２１】
こうすれば、予混合燃料のＳ／Ｃを精度よく推定することができる。
【００２２】
上記の装置において、
前記推定部は、
前記予混合燃料タンクへの前記予混合燃料の補給量を測定するための補給量測定部と、
前記予混合燃料タンク内に前記予混合燃料が補給されたときからの経過時間を測定するための経過時間測定部と、
を備え、
前記推定部は、前記測定された補給量と前記測定された経過時間とを用いて、前記比の値を推定するようにしてもよい。
【００２３】
こうすれば、比較的簡単な構成で予混合燃料のＳ／Ｃを推定することができる。
【００２４】
また、上記の装置において、
前記推定部は、さらに、
前記予混合燃料タンク内部の温度に関係する第１の温度を測定するための第１の温度測定部を備え、
前記推定部は、さらに、前記測定された第１の温度を用いて、前記比の値を推定することが好ましい。
【００２５】
このように、予混合燃料の補給量と、予混合燃料が補給されたときからの経過時間と、予混合燃料タンク内部の温度に関係する第１の温度と、を用いれば、予混合燃料のＳ／Ｃをより正確に推定することが可能となる。
【００２６】
また、上記の装置において、
前記推定部は、さらに、
前記改質部内部の温度に関係する第２の温度を測定するための第２の温度測定部を備え、
前記推定部は、さらに、前記測定された第２の温度を用いて、前記比の値を推定するようにしてもよい。
【００２７】
このように、改質部内部の温度に関係する第２の温度を用いれば、予混合燃料のＳ／Ｃをさらに正確に推定することができる。
【００２８】
上記の装置において、
前記推定部は、
前記改質部内部の温度に関係する温度を測定するための温度測定部を備え、
前記推定部は、前記測定された温度を用いて、前記比の値を推定するようにしてもよい。
【００２９】
このように、改質部内部の温度に関係する温度を用いれば、予混合燃料のＳ／Ｃを正確に推定することができる。
【００３０】
なお、本発明は、燃料改質装置、燃料改質方法、燃料改質装置を含む燃料電池システム、該燃料電池システムを搭載した移動体などの装置、等の種々の態様で実現することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、第１実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。なお、この燃料電池システムは、車両に搭載されている。
【００３２】
図示するように、燃料電池システムは、燃料電池１００と、燃料ガス供給部２００Ａと、酸化ガス供給部３００と、燃料電池システム全体の動作を制御するための制御部６００Ａと、を備えている。燃料ガス供給部２００Ａは、後述するように、原燃料を改質して水素ガスを生成する燃料改質装置であり、水素ガスを含む燃料ガスを燃料電池１００に供給する。酸化ガス供給部３００は、ブロワ３１０を備えており、酸素ガスを含む酸化ガス（空気）を燃料電池１００に供給する。燃料電池１００は、燃料ガス供給部２００Ａから供給された燃料ガスと、酸化ガス供給部３００から供給された酸化ガスと、を用いて発電する。
【００３３】
燃料改質装置（燃料ガス供給部）２００Ａは、予混合燃料タンク２１０と、ブロワ２２０と、気化部２３０と、改質部２４０と、第１の熱交換部２５０と、シフト部２６０と、水素分離部２７０と、第２の熱交換部２８０と、浄化部２９０と、を備えている。
【００３４】
予混合燃料タンク２１０は、炭化水素系の原燃料と水とが予め混合された予混合燃料を貯蔵するタンクである。なお、このように原燃料と水とを予め混合しておけば、水を個別に貯蔵する場合に発生し得る水の凍結を回避することができる。タンク２１０内の予混合燃料は、ポンプ２１２と噴射弁２１４とを介して、気化部２３０に供給される。
【００３５】
本実施例では、予混合燃料として、原燃料としてのガソリンと、水と、が乳化剤（界面活性剤）を用いて混合されたエマルションが利用されている。乳化剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキレンアルキルエーテルや、その誘導体、ポリオキシエチレンラウリルエーテルなどを用いることができる。乳化剤としては、炭素原子と水素原子と酸素原子とで構成されるものが好ましい。こうすれば、改質部２４０内部に設けられた改質触媒の被毒を防止することができる。
【００３６】
ブロワ２２０は、第１の熱交換部２５０を介して、気化部２３０に空気を供給する。なお、空気は、熱交換部２５０を通ることによって、加熱される。
【００３７】
気化部２３０は、加熱部２３２を備えており、噴射弁２１４によって噴射された予混合燃料を気化させる。気化部２３０では、原燃料と水蒸気と空気との混合ガスが生成され、混合ガスは改質部２４０に供給される。なお、気化部２３０内部の温度は、加熱部２３２から与えられる熱や、改質部２４０から伝わる熱、熱交換部２５０を通って加熱された空気の熱などによって、高められている。ただし、加熱部２３２による加熱は、通常、改質部２４０が運転を開始する際に行われ、改質部２４０が定常的な運転を実行する期間には行われない。高温の気化部２３０に予混合燃料が噴射されると、予混合燃料は直ちに気化する。
【００３８】
改質部２４０は、改質反応を促進する改質触媒を備えており、混合ガスに含まれる原燃料を、水蒸気と空気中の酸素ガスとを用いて、水素ガスと一酸化炭素ガスとを含む改質ガスに改質する。すなわち、改質部２４０では、水蒸気を利用する水蒸気改質反応と、酸素ガスを利用する部分酸化改質反応と、を組み合わせた併用改質反応が進行する。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、部分酸化改質反応は発熱反応である。部分酸化改質反応によって生じた熱は、水蒸気改質反応に利用される。
【００３９】
第１の熱交換部２５０は、改質部２４０から供給された改質ガスを冷却して、シフト部２６０に供給する。前述したように、改質ガスの熱は、ブロワ２２０から気化部２３０へ供給される空気に与えられる。なお、熱交換部２５０において改質ガスの冷却が行われるのは、シフト部２６０における反応温度が、改質部２４０における反応温度よりも低いためである。
【００４０】
シフト部２６０は、シフト反応を促進するシフト触媒を備えており、改質ガス中の一酸化炭素ガスを、水蒸気を用いて、水素ガスと二酸化炭素ガスとに変換する。一酸化炭素ガス濃度が低減された改質ガスは、水素分離部２７０に供給される。なお、シフト部２６０において一酸化炭素ガス濃度を低減させることにより、燃料電池１００内部の電極に担持された貴金属触媒の被毒を抑制することができる。
【００４１】
水素分離部２７０は、供給室２７２と水素透過膜２７０ｆと抽出室２７４とを備えている。供給室２７２には、シフト部２６０から改質ガスが供給されており、抽出室２７４には、燃料電池１００から酸化オフガスが供給されている。水素透過膜２７０ｆは、供給室２７２に供給された改質ガス中の水素ガスを選択的に透過させることにより、水素ガスを分離する。抽出室２７４に供給される酸化オフガスは、水素透過膜２７０ｆを透過した水素ガスを搬送する搬送ガスとして機能し、水素ガスの透過を促進させる。抽出された水素ガスは、第２の熱交換部２８０で冷却された後に、燃料電池１００に供給される。
【００４２】
なお、酸化オフガス中には、酸素ガスが残存している。このため、酸化オフガスを抽出室２７４に供給すると、酸素ガスが水素透過膜２７０ｆを透過した水素ガスと反応する。具体的には、水素透過膜２７０ｆを構成するパラジウム等が触媒として働き、水素透過膜上で燃焼反応が起こる。しかしながら、この燃焼反応による水素ガスの消費量は僅かである。このため、本実施例では、酸化オフガスが搬送ガスとして利用されている。
【００４３】
浄化部２９０は、シフト部２６０において変換されずに排出された一酸化炭素ガスを、空気中の酸素ガスを用いて酸化する。浄化済みのガスは、大気へ排出される。
【００４４】
制御部６００Ａは、燃料電池システムの各部を制御する。特に、制御部６００Ａは、燃料改質装置２００Ａの動作を制御して、燃料電池１００に供給すべき水素ガス量に基づいて、気化部２３０へ供給される予混合燃料量と空気量とを調整する。
【００４５】
ところで、予混合燃料タンク２１０内に貯蔵された予混合燃料のＳ／Ｃは、時間経過と共に増大し得る。これは、原燃料が水よりも気化し易いためである。したがって、予混合燃料のＳ／Ｃがほぼ一定に維持されると仮定して改質部２４０に予混合燃料を供給すると、改質反応が良好に進行しない恐れがある。具体的には、予混合燃料のＳ／Ｃが増大すると、気化部２３０には、より多くの割合で水が供給される。このとき、気化部２３０では、水を気化させるためにより多くの熱が利用され、この結果、混合ガスの温度が低下する。そして、温度の比較的低い混合ガスが改質部２４０に供給されると、改質部２４０内部の温度（より具体的には、改質触媒の温度）が低下し、この結果、改質反応が進行し難くなったり、進行しなくなったりする。
【００４６】
そこで、本実施例では、制御部６００Ａは、予混合燃料タンク２１０内部に貯蔵された予混合燃料のＳ／Ｃの推定値に基づいて、燃料改質装置２００Ａの動作を制御している。
【００４７】
具体的には、本実施例の燃料電池システムでは、予混合燃料のインピーダンスを測定するためのインピーダンス計６１０が設けられている。制御部６００Ａは、インピーダンス計６１０の測定値を用いて、予混合燃料のＳ／Ｃを推定する。そして、制御部６００Ａは、Ｓ／Ｃの推定値に基づいて、ブロワ２２０の動作を制御する。なお、予混合燃料のインピーダンスは予混合燃料のＳ／Ｃに応じて変化するため、インピーダンス計６１０の測定値を用いれば、予混合燃料のＳ／Ｃを精度よく推定することができる。
【００４８】
また、本実施例の燃料電池システムでは、ユーザへの通知を実行するための通知部７００が設けられている。制御部６００Ａは、Ｓ／Ｃの推定値に基づいて、通知部７００にユーザへの通知を実行させる。なお、通知部７００による通知は、通知部が備える表示装置によって行われてもよいし、通知部が備えるスピーカによって行われてもよい。
【００４９】
なお、図１に示す予混合燃料タンク２１０とポンプ２１２と噴射弁２１４と気化部２３０とが本発明における予混合燃料供給部に相当し、ブロワ２２０と気化部２３０とが空気供給部に相当する。また、インピーダンス計６１０と制御部６００Ａとが、本発明における推定部に相当する。
【００５０】
図２は、第１実施例における予混合燃料のＳ／Ｃを利用した処理の内容を示すフローチャートである。なお、この処理は、制御部６００Ａからの指示に従って実行される。
【００５１】
ステップＳ１０２では、予混合燃料タンク２１０内の予混合燃料のＳ／Ｃが推定される。具体的には、制御部６００Ａは、インピーダンス計６１０の測定値を取得し、該測定値を用いて予混合燃料のＳ／Ｃを推定する。
【００５２】
ステップＳ１０４では、Ｓ／Ｃの推定値が第１の閾値ＶＨ以下であるか否かが判断される。第１の閾値ＶＨは、改質反応を良好に進行させることが可能な上限値であり、例えば、約３〜約４に設定される。すなわち、Ｓ／Ｃの推定値が第１の閾値ＶＨ以下である場合には、改質反応を良好に進行させることが可能な状態であると判断され、ステップＳ１１０に進む。一方、Ｓ／Ｃの推定値が第１の閾値ＶＨよりも大きい場合には、改質反応を良好に進行させることが困難な状態であると判断され、ステップＳ１０６に進む。
【００５３】
ステップＳ１０６では、改質反応を良好に進行させることが困難な状態であることが、ユーザへ通知される。この通知すなわち警告により、ユーザは、予混合燃料中の原燃料の割合がかなり減少していることを知ることができ、予混合燃料を補給するなどの何らかの対策を施すことができる。なお、本実施例では、改質反応を良好に進行させることが困難な場合には、改質部の運転は開始されない。
【００５４】
ステップＳ１１０では、改質部２４０の運転開始処理が実行される。具体的には、制御部６００Ａは、加熱部２３２による加熱を開始させたり、気化部２３０への予混合燃料および空気の供給を開始させたりする。
【００５５】
改質部２４０の運転が開始されると、ステップＳ１１２では、ステップＳ１０２と同様に、予混合燃料タンク２１０内の予混合燃料のＳ／Ｃが推定される。具体的には、制御部６００Ａは、インピーダンス計６１０の測定値を再度取得し、該測定値を用いて予混合燃料のＳ／Ｃを再度推定する。
【００５６】
ステップＳ１１４では、Ｓ／Ｃの推定値が第２の閾値ＶＬ以下であるか否かが判断される。第２の閾値ＶＬは、特別な処理を施さなくても、より具体的には、ブロワ２２０から改質部２４０に供給される空気量を増大させなくても、改質反応を良好に進行させることが可能な上限値であり、例えば、約２に設定される。すなわち、Ｓ／Ｃの推定値が第２の閾値ＶＬ以下である場合には、改質反応を良好に進行させるために空気量を増大させる必要が無いと判断され、ステップＳ１１６ａに進む。一方、Ｓ／Ｃの推定値が第２の閾値ＶＬよりも大きい場合には、改質反応を良好に進行させるために空気量を増大させる必要があると判断され、ステップＳ１１６ｂに進む。
【００５７】
なお、上記の説明からも分かるように、予混合燃料のＳ／Ｃが第１の閾値ＶＨより大きい状態は、ブロワ２２０から改質部２４０に供給される空気量を増大させても、改質反応を良好に進行させることが困難な状態を意味している。
【００５８】
ステップＳ１１６ａでは、通常モードで改質部２４０の運転が行われる。具体的には、制御部６００Ａは、要求される負荷に応じて、換言すれば、燃料電池が出力すべき電流量に応じて、改質部２４０に供給される予混合燃料量と空気量とを調整する。
【００５９】
一方、ステップＳ１１６ｂでは、空気量増大モードで改質部２４０の運転が行われる。具体的には、制御部６００Ａは、ブロワ２２０を制御して、通常モードで改質部２４０の運転が行われる場合よりも、改質部２４０に供給される空気量を増大させる。空気量の増分は、Ｓ／Ｃの推定値に応じて決定される。空気量が増大すると、改質部２４０内部では、部分酸化改質反応（発熱反応）によって消費される原燃料の割合が増大する。このため、タンク２１０内の予混合燃料のＳ／Ｃの増大に起因して、改質部２４０内部の温度（より具体的には、改質触媒の温度）が低下するのを抑制することができる。この結果、Ｓ／Ｃが比較的大きな値である場合（すなわち、Ｓ／Ｃが第１の閾値ＶＨ以下であり、かつ、第２の閾値ＶＬより大きい場合）にも、改質部２４０内部の温度を所定の温度範囲内に維持することができ、改質反応を良好に進行させることができる。
【００６０】
ステップＳ１１８では、改質部２４０の運転を終了するか否かが判断される。具体的には、ステップＳ１１８では、改質部２４０の運転終了指示がユーザから与えられたか否かが判断される。改質部２４０の運転を継続する場合には、ステップＳ１１２，Ｓ１１４，Ｓ１１６ａ，Ｓ１１６ｂ，Ｓ１１８の処理が繰り返し実行される。一方、改質部２４０の運転を終了する場合には、ステップＳ１２０に進む。
【００６１】
ステップＳ１２０では、改質部２４０の運転終了処理が実行される。具体的には、制御部６００Ａは、気化部２３０への予混合燃料および空気の供給を停止させる。
【００６２】
以上説明したように、本実施例の燃料改質装置２００Ａでは、予混合燃料タンク２１０内に貯蔵された予混合燃料のＳ／Ｃが推定され、Ｓ／Ｃの推定値に基づいて、改質部に供給される空気量の増大処理や、ユーザへの通知処理が実行される。具体的には、Ｓ／Ｃの推定値が第２の閾値ＶＬ（本発明の第１の基準値に相当する）以下である場合には、改質部に供給される空気量を推定値に応じて増大させず、Ｓ／Ｃの推定値が第２の閾値ＶＬよりも大きい場合には、改質部に供給される空気量を推定値に応じて増大させている。また、Ｓ／Ｃの推定値が第１の閾値ＶＨ（本発明の第３の基準値に相当する）よりも大きい場合には、通知部にユーザへの通知を実行させている。この構成を採用することにより、予混合燃料のＳ／Ｃが増大した場合に、改質反応が良好に進行しない状態で改質部の運転が実行されるのを回避することが可能となる。
【００６３】
Ａ１．第１実施例の変形例：
図３は、第１実施例の変形例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。図３の燃料改質装置２００Ａ１は、図１とほぼ同じであるが、インピーダンス計６１０に代えて、予混合燃料の比重を測定するための比重計６２０を備えている。制御部６００Ａ１は、比重計６２０の測定値を用いて、予混合燃料のＳ／Ｃを推定する。なお、予混合燃料の比重は予混合燃料のＳ／Ｃに応じて変化するため、比重計６２０の測定値を用いる場合にも、予混合燃料のＳ／Ｃを精度よく推定することができる。なお、制御部６００Ａは、Ｓ／Ｃの推定値に基づいて、図２と同様の処理を実行する。
【００６４】
Ｂ．第２実施例：
図４は、第２実施例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。図４の燃料改質装置２００Ｂは、図１とほぼ同じであるが、インピーダンス計６１０に代えて、予混合燃料タンク２１０内の予混合燃料の液面位置を測定するための液面計６３０と、予混合燃料が補給されたときからの経過時間を測定するためのタイマ６４０と、を備えている。
【００６５】
制御部６００Ｂは、液面計６３０の測定値と、タイマ６４０の測定値と、を用いて、予混合燃料のＳ／Ｃを推定する。具体的には、制御部６００Ｂは、予め、予混合燃料の補給が完了した直後の液面計６３０の測定値を取得し、予混合燃料の補給量を求めておく。ただし、ここでは、予混合燃料が補給される直前には、タンク２１０内部には、予混合燃料が残留していないと仮定している。補給される予混合燃料のＳ／Ｃは、ほぼ一定値であるため、予混合燃料が補給された直後のＳ／Ｃは、既知である。すなわち、タンク２１０に補給される予混合燃料中の水分子数および炭素原子数をそれぞれＡ，Ｂとすると、予混合燃料のＳ／Ｃの初期値は、Ａ／Ｂである。ここで、所定時間（例えば１時間）に減少する水分子数および炭素原子数をそれぞれα，βとすると、予混合燃料がタンク２１０に補給されてから所定時間（例えば１時間）が経過したときには、予混合燃料のＳ／Ｃは、（Ａ−α）／（Ｂ−β）と推定される。さらに、所定時間（例えば、１時間）が経過したときには、予混合燃料のＳ／Ｃは、（Ａ−２α）／（Ｂ−２β）と推定される。
【００６６】
このように、制御部６００Ｂは、予混合燃料の補給量と、補給後の経過時間と、を用いて、予混合燃料のＳ／Ｃを推定する。なお、制御部６００Ｂは、Ｓ／Ｃの推定値に基づいて、図２と同様の処理を実行する。
【００６７】
なお、予混合燃料タンクには、通常、ユーザが予混合燃料の残留量を確認するために液面計が設けられている。したがって、図４の構成を採用すれば、比較的簡単な構成で予混合燃料の補給量を推定することができるという利点がある。
【００６８】
ところで、予混合燃料が補給される際には、通常、タンク２１０内には、比較的少量の予混合燃料が残留している。このため、実際には、残留する予混合燃料の量およびＳ／Ｃと、補給される予混合燃料の量およびＳ／Ｃと、を用いて、補給直後のタンク２１０内部の予混合燃料のＳ／Ｃが求められる。なお、予混合燃料の残留量は、予混合燃料が補給される直前の液面計６３０の測定値から求めることができ、予混合燃料の補給量は、予混合燃料が補給される直前および直後の液面計６３０の測定値の差分から求めることができる。さらに、残留する予混合燃料のＳ／Ｃとしては、予混合燃料が補給される直前のＳ／Ｃの推定値を用いることができる。
【００６９】
一般には、予混合燃料のＳ／Ｃは、予混合燃料の補給量と、補給後の経過時間と、を用いて推定されればよい。
【００７０】
Ｂ１．第２実施例の変形例：
図５は、第２実施例の変形例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。図５の燃料改質装置２００Ｂ１は、図４とほぼ同じであるが、温度計６５０が追加されている。なお、温度計６５０は、予混合燃料タンク２１０の近傍に配置されている。
【００７１】
制御部６００Ｂ１は、図４と同様に、予混合燃料の補給量と、補給後の経過時間と、を用いて、予混合燃料のＳ／Ｃを推定する。ただし、本例では、制御部６００Ｂ１は、さらに、温度計６５０の測定値を用いて、予混合燃料のＳ／Ｃを推定している。このように、温度計６５０の測定値を用いる理由は、所定時間（例えば１時間）に減少する水分子数と炭素原子数とは、実際には、予混合燃料タンク２１０内部の温度に依存するためである。すなわち、所定時間（例えば１時間）に減少する水分子数および炭素原子数をそれぞれ温度Ｔに応じて変化するα（Ｔ），β（Ｔ）とすると、予混合燃料がタンク２１０に補給されてから所定時間（例えば１時間）が経過したときには、予混合燃料のＳ／Ｃは、（Ａ−α（Ｔ１））／（Ｂ−β（Ｔ１））と推定される。さらに、所定時間（例えば、１時間）が経過すると、予混合燃料のＳ／Ｃは、（Ａ−α（Ｔ１）−α（Ｔ２））／（Ｂ−β（Ｔ１）−β（Ｔ２））と推定される。
【００７２】
このように、制御部６００Ｂ１は、予混合燃料の補給量と、補給後の経過時間と、予混合燃料タンク２１０の近傍位置の温度と、を用いて、予混合燃料のＳ／Ｃを推定する。なお、制御部６００Ｂ１は、Ｓ／Ｃの推定値に基づいて、図２と同様の処理を実行する。
【００７３】
本例では、制御部６００Ｂ１は、所定時間に減少する水分子数および炭素原子数として、温度に応じて変化するα（Ｔ），β（Ｔ）を用いて、予混合燃料のＳ／Ｃを推定している。しかしながら、これに代えて、所定時間に減少する水分子数および炭素原子数として、図４と同様に温度に依存しないα，βを用いて、予混合燃料のＳ／Ｃを推定し、推定値を温度に応じて補正するようにしてもよい。
【００７４】
また、本例では、温度計６５０は、予混合燃料タンク２１０の近傍位置の温度を測定しているが、これに代えて、外気温度（大気温度）を測定するようにしてもよいし、予混合燃料タンク２１０内部の温度を測定するようにしてもよい。
【００７５】
一般には、予混合燃料のＳ／Ｃは、予混合燃料の補給量と、補給後の経過時間と、予混合燃料タンク内部の温度に関係する温度と、を用いて、推定されればよい。このように、予混合燃料タンク内部の温度に関係する温度を用いれば、予混合燃料のＳ／Ｃをより正確に推定することができる。
【００７６】
Ｃ．第３実施例：
図６は、第３実施例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。図６の燃料改質装置２００Ｃは、図５とほぼ同じであるが、改質部２４０内部の温度、より具体的には、改質触媒の温度を測定するための温度計６８０が追加されている。
【００７７】
図７は、第３実施例における予混合燃料のＳ／Ｃを利用した処理の内容を示すフローチャートである。図７は、図２とほぼ同じであるが、ステップＳ１１２Ｂの内容が変更されている。また、ステップＳ１１３Ｂ，Ｓ１１９Ｂが追加されている。
【００７８】
ステップＳ１１２Ｂでは、ステップＳ１０２と同様に、予混合燃料タンク２１０内の予混合燃料のＳ／Ｃが推定される。具体的には、制御部６００Ｃは、予め求められた予混合燃料の補給量と、補給後の経過時間と、予混合燃料タンク２１０の近傍位置の温度と、を用いて、予混合燃料のＳ／Ｃを推定する。ただし、ステップＳ１１２Ｂでは、制御部６００Ｃは、さらに、温度計６８０から与えられる改質部２４０内部の温度を用いて、予混合燃料のＳ／Ｃの推定値を補正する。これは、予混合燃料の補給量と、補給後の経過時間と、予混合燃料タンク２１０の近傍位置の温度と、を用いて求められる推定値が誤っている可能性があるためである。すなわち、Ｓ／Ｃの推定値が、空気量の増大処理が不要な正常の範囲内（例えば、約１．５〜約２）であるにも関わらず、改質部２４０内部の温度が低い場合には、実際のＳ／Ｃは、推定値よりも高いと考えられる。このため、本実施例では、制御部６００Ｃは、改質部２４０の運転が開始された後に、改質部２４０内部の温度を用いて、Ｓ／Ｃの推定値を補正している。
【００７９】
ステップＳ１１３Ｂでは、Ｓ／Ｃの補正済み推定値が第１の閾値ＶＨ以下であるか否かが判断される。Ｓ／Ｃの補正済み推定値が第１の閾値ＶＨよりも大きい場合には、換言すれば、改質反応を良好に進行させることが困難な状態であると判断される場合には、ステップＳ１１９Ｂに進む。ステップＳ１１９Ｂでは、ステップＳ１０６と同様に、ユーザへの通知が行われる。この通知により、ユーザに予混合燃料を補給するなどの何らかの対策を施すように促すことができる。その後、ステップＳ１２０において、改質部２４０の運転終了処理が実行される。
【００８０】
なお、空気量増大モードで改質部２４０の運転が行われている場合には、部分酸化改質反応（発熱反応）で消費される原燃料の割合が増大し、改質部２４０内部の温度は上昇する。したがって、この場合には、改質部２４０に供給される空気量も考慮して、Ｓ／Ｃの推定値を補正すればよい。
【００８１】
本実施例のように、改質部２４０内部の温度を用いれば、改質部２４０内部の実際の改質反応を考慮することができるため、予混合燃料のＳ／Ｃをより正確に推定することができるという利点がある。
【００８２】
なお、本実施例では、温度計６８０は、改質部２４０内部の温度を測定しているが、これに代えて、改質部２４０から排出される改質ガスの温度を測定するようにしてもよい。一般には、温度計は、改質部内部の温度（より具体的には、改質触媒の温度）に関係する温度を測定すればよい。
【００８３】
また、本実施例では、燃料改質装置２００Ｃは、図５と同様に、液面計６３０とタイマ６４０と予混合燃料タンク２１０の近傍に設けられた温度計６５０とを備えているが、これらは省略可能である。この場合には、改質部２４０内部の温度を測定するための温度計６８０のみを用いて、予混合燃料のＳ／Ｃを推定すればよい。ただし、本実施例の構成を採用すれば、改質部２４０が運転を開始する前に、予混合燃料のＳ／Ｃを推定することができるという利点がある。
【００８４】
Ｄ．第４実施例：
図８は、第４実施例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。図８の燃料改質装置２００Ｄは、図１とほぼ同じであるが、原燃料タンク２１６とポンプ２１８とが追加されており、通知部７００が省略されている。また、この変更に伴って、予混合燃料タンク２１０Ｄ内部には、撹拌器２１１が設けられている。原燃料タンク２１６には、水と混合されていない原燃料が貯蔵されている。
【００８５】
なお、図８に示す原燃料タンク２１６とポンプ２１８とが本発明における原燃料供給部に相当する。
【００８６】
図９は、第４実施例における予混合燃料のＳ／Ｃを利用した処理の内容を示すフローチャートである。図９は、図２とほぼ同じであるが、ステップＳ１０６に代えて、ステップＳ１０８Ｄが実行される。
【００８７】
ステップＳ１０８Ｄは、ステップＳ１０４において、Ｓ／Ｃの推定値が第１の閾値ＶＨよりも大きいと判断される場合に、換言すれば、改質反応を良好に進行させることが困難な状態であると判断される場合に、実行される。ステップＳ１０８Ｄでは、制御部６００Ｄは、ポンプ２１８を制御して、原燃料タンク２１６に貯蔵された原燃料を予混合燃料タンク２１０Ｄ内に供給させる。このとき、制御部６００Ｄは、撹拌器２１１を動作させ、予混合燃料タンク２１０Ｄ内に残存する予混合燃料と、タンク２１０Ｄ内に供給された原燃料と、を混合する。このように原燃料を補給することにより、予混合燃料タンク２１０Ｄ内の予混合燃料のＳ／Ｃを増大させることができる。なお、本実施例では、原燃料の供給量は、原燃料補給後のＳ／Ｃが第２の閾値ＶＬ以下となるように、Ｓ／Ｃの推定値に応じて決定される。ステップＳ１０８Ｄが終了すると、ステップＳ１０２，Ｓ１０４が再度実行される。
【００８８】
以上説明したように、本実施例の燃料改質装置２００Ｄでは、Ｓ／Ｃの推定値に基づいて、原燃料の供給処理や、改質部に供給される空気量の増大処理が実行される。具体的には、Ｓ／Ｃの推定値が第１の閾値ＶＨ（本発明の第２の基準値に相当する）以下である場合には、原燃料供給部に原燃料を予混合燃料タンクへ供給させず、Ｓ／Ｃの推定値が第１の閾値ＶＨよりも大きい場合には、推定値に応じて原燃料供給部に原燃料を予混合燃料タンクへ供給させている。また、Ｓ／Ｃの推定値が第２の閾値ＶＬ（本発明の第１の基準値に相当する）以下である場合には、改質部に供給される空気量を推定値に応じて増大させず、推定値が第２の閾値ＶＬよりも大きい場合には、改質部に供給される空気量を推定値に応じて増大させている。本実施例の構成を採用すれば、予混合燃料タンク内で予混合燃料のＳ／Ｃが増大した場合にも、原燃料を予混合燃料タンクへ供給することによって、予混合燃料のＳ／Ｃを低減させることができるため、改質反応を良好に進行させることができる。
【００８９】
なお、この発明は上記の実施例や実施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おいて実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００９０】
（１）上記実施例では、予混合燃料タンク内部に貯蔵された予混合燃料のＳ／Ｃは、種々の手法を用いて推定されている。具体的には、図１，図８では、Ｓ／Ｃは、予混合燃料のインピーダンスを用いて推定されており、図３では、Ｓ／Ｃは、予混合燃料の比重を用いて推定されている。図４では、Ｓ／Ｃは、予混合燃料の補給量と補給後の経過時間とを用いて推定されており、図５では、Ｓ／Ｃは、予混合燃料の補給量および補給後の経過時間と共に、予混合燃料タンク内部の温度に関係する温度を用いて推定されている。図６では、Ｓ／Ｃは、予混合燃料の補給量，補給後の経過時間，予混合燃料タンク内部の温度に関係する温度と共に、改質部内部の温度に関係する温度を用いて推定されている。また、図６において説明したように、Ｓ／Ｃは、改質部内部の温度に関係する温度のみを用いて推定することも可能である。
【００９１】
さらに、予混合燃料のＳ／Ｃは、他の手法を用いても推定可能である。例えば、予混合燃料タンク内部の温度に関係する温度と補給後の経過時間とのみを用いて推定されてもよい。また、予混合燃料のＳ／Ｃは、上記のような種々の手法を任意に組み合わせて総合的に推定されてもよい。
【００９２】
一般には、推定部は、予混合燃料タンク内の予混合燃料に含まれる水の分子数と原燃料中の炭素原子数との比の値を推定可能であればよい。
【００９３】
（２）第１〜第３実施例（図２，図７）では、Ｓ／Ｃの推定値が第１の閾値ＶＨよりも大きい第１の場合には、ユーザへの通知が実行されているが、これに代えて、あるいは、これと共に、第４実施例（図９）と同様に、原燃料タンク内の原燃料を予混合燃料タンク内に供給するようにしてもよい。こうすれば、Ｓ／Ｃの推定値が第１の閾値ＶＨよりも大きい場合にも、改質部において改質反応を良好に進行させることが可能となる。
【００９４】
また、第１〜第４実施例（図２，図７，図９）では、Ｓ／Ｃの推定値が第１の閾値ＶＨ以下であり、かつ、第２の閾値ＶＬよりも大きい第２の場合には、推定値に応じて改質部に供給される空気量を増大させているが、これに代えて、あるいは、これと共に、推定値に応じて原燃料タンク内の原燃料を予混合燃料タンク内に供給するようにしてもよい。また、第２の場合には、さらに、ユーザへの通知を行うようにしてもよい。
【００９５】
上記のように、ユーザへの通知は、Ｓ／Ｃの推定値が第１の閾値ＶＨよりも大きい第１の場合に実行されるようにしてもよいし、Ｓ／Ｃの推定値が第２の閾値ＶＬよりも大きい第２の場合に実行されるようにしてもよい。第２の場合に、ユーザへの通知を実行すれば、ユーザに、Ｓ／Ｃの推定値が比較的大きな値になったことを認識させることができる。すなわち、ユーザへの通知は、Ｓ／Ｃの推定値が所定の範囲（例えば約１．５〜約２）から外れていることをユーザに認識させるために実行されればよい。こうすれば、ユーザに注意を促すことができると共に、ユーザは必要に応じて何らかの対策を施すことができる。
【００９６】
さらに、第１〜第４実施例（図２，図７，図９）では、Ｓ／Ｃの推定値が第２の閾値ＶＬ以下である第３の場合には、改質部に供給される空気量が通常の量に維持されている。しかしながら、これに代えて、推定値に応じて改質部に供給される空気量を増大させるようにしてもよいし、推定値に応じて原燃料タンク内の原燃料を予混合燃料タンク内に供給するようにしてもよい。あるいは、推定値に応じて、空気量の増大処理と原燃料の供給処理との双方を実行するようにしてもよい。
【００９７】
また、上記実施例では、Ｓ／Ｃの推定値に基づいて、空気量の増大処理や、原燃料の供給処理、ユーザへの通知処理などが実行されているが、これに代えて、他の処理が実行されるようにしてもよい。例えば、改質部が加熱部を備えるようにしてもよい。この場合には、制御部は、Ｓ／Ｃの推定値に基づいて、加熱部を制御して、加熱量を調整させればよい。このようにしても、改質部内部の温度（より具体的には、改質触媒の温度）が低下するのを抑制することができ、この結果、改質反応を良好に進行させることができる。
【００９８】
一般には、制御部は、推定部で得られた推定値に基づいて、燃料改質装置の動作を制御すればよい。
【００９９】
（３）上記実施例では、燃料改質装置は、気化部を備えているが、気化部は省略可能である。この場合には、改質部が、予混合燃料の気化に必要な熱量を発生させるための加熱部を備えていればよい。
【０１００】
また、上記実施例では、改質部は、水蒸気を利用する水蒸気改質反応と、酸素ガスを利用する部分酸化改質反応と、を組み合わせた併用改質反応を進行させることによって、原燃料を改質しているが、これに代えて、水蒸気改質反応のみを進行させることによって、原燃料を改質するようにしてもよい。この場合には、改質部が加熱部を備えていればよい。そして、加熱部が、水蒸気改質反応（吸熱反応）の進行に必要な熱量を発生させればよい。
【０１０１】
上記実施例では、原燃料としてガソリンが利用されているが、これに代えて、アルコールや、エーテル、アルデヒドなどが利用されるようにしてもよい。なお、上記実施例では、原燃料としてガソリンが用いられているため、乳化剤が利用されているが、原燃料と水とが容易に混合する場合には、乳化剤は不要である。
【０１０２】
一般には、改質部は、炭化水素系の原燃料を改質して水素ガスを生成すればよい。また、予混合燃料供給部は、液体原燃料と水とが予め混合された予混合燃料を貯蔵するための予混合燃料タンクを含み、予混合燃料を改質部に供給すればよい。
【０１０３】
（４）上記実施例では、燃料改質装置を含む燃料電池システムが移動体（車両）に適用される場合について説明したが、定置用の発電システムに適用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図２】第１実施例における予混合燃料のＳ／Ｃを利用した処理の内容を示すフローチャートである。
【図３】第１実施例の変形例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。
【図４】第２実施例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。
【図５】第２実施例の変形例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。
【図６】第３実施例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。
【図７】第３実施例における予混合燃料のＳ／Ｃを利用した処理の内容を示すフローチャートである。
【図８】第４実施例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。
【図９】第４実施例における予混合燃料のＳ／Ｃを利用した処理の内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００…燃料電池
２００Ａ，Ａ１，Ｂ，Ｂ１，Ｃ，Ｄ…燃料改質装置（燃料ガス供給部）
２１０，２１０Ｄ…予混合燃料タンク
２１１…撹拌器
２１２…ポンプ
２１４…噴射弁
２１６…原燃料タンク
２１８…ポンプ
２２０…ブロワ
２３０…気化部
２３２…加熱部
２４０…改質部
２５０…熱交換部
２６０…シフト部
２７０…水素分離部
２７０ｆ…水素透過膜
２７２…供給室
２７４…抽出室
２８０…熱交換部
２９０…浄化部
３００…酸化ガス供給部
３１０…ブロワ
６００Ａ，Ａ１，Ｂ，Ｂ１，Ｃ，Ｄ…制御部
６１０…インピーダンス計
６２０…比重計
６３０…液面計
６４０…タイマ
６５０…温度計
６８０…温度計
７００…通知部
【図１】
2005015318.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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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