(57)【要約】【課題】この発明は、液体原料を開閉手段の下流側に液体状態で送液するように構成し、開閉手段の二次側の空間を縮小でき、かつ、一次圧を低圧化できる燃料電池発電システムを得る。【解決手段】インジェクタ４が横向きに配置され、送液管５がインジェクタ４と原燃料供給ライン７とを連通するように配置されている。この送液管５は、インジェクタ４の吐出口から登り勾配に形成され、その後下り勾配となって原燃料供給ライン７に接続される山形形状に作製されている。そして、インジェクタ４から吐出された原料水が送液管５の登り勾配部分Ａに充満し、合流点Ｍから原燃料供給ライン７に送液され、原燃料と合流される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料から水素リッチな燃料ガスを生成する燃料処理装置を備えた燃料電池発電システムにおいて、燃料処理に用いる液体原料の流量を制御する開閉手段と、上記開閉手段の下流側に配設されて上記液体原料を送液する送液管とを有し、上記液体原料が上記開閉手段により液体状態で上記送液管に送液されるように構成されていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
上記開閉手段がインジェクタであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
上記液体原料が原料水であり、上記原料水が上記送液管の下流側で上記原燃料と合流することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
上記原燃料が気体であり、該原燃料の速度が常温換算で３ｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項３記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
上記送液管の少なくとも一部の断面内全域に上記液体原料が充満していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池発電システム。
【請求項６】
上記開閉手段は、その一次圧が０．４〜１．５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲で動作されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池発電システム。
【請求項７】
上記開閉手段の二次圧に基づいて上記液体原料の設定流量が得られるように該開閉手段を駆動制御する制御手段を備えていることを特徴とする請求項６記載の燃料電池発電システム。
【請求項８】
上記開閉手段の二次圧が上記原燃料の流量から予測されることを特徴とする請求項７記載の燃料電池発電システム。
【請求項９】
上記開閉手段は、２５Ｈｚ以下の周波数で駆動されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料処理装置を有する燃料電池発電システムに関し、特に、燃料処理に用いる液体原料を供給する手段を有する燃料電池発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電システムにおいては、原料水は、その流量精度が要求されるとともに、負荷条件によりその流量を変化させるなど精密な制御が必要となる。そのため、従来の燃料電池発電システムにおいては、設定された流量が送液される定量ポンプによって原料水を供給する、あるいは流量可変のポンプと流量計とを設けてフィードバック制御により原料水を送液するなどの方法がとられていた。しかし、定量ポンプおよび流量計は高価であることから、自動車などのエンジンの燃料噴射に用いられているインジェクタを原料水供給に用いる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２４６０４７号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の燃料電池発電システムでは、原料水供給に自動車などのエンジンの燃料噴射に用いられるインジェクタを用いているので、非常に安価で、しかも駆動信号１パルス当たりの吐出量が正確であることから精密な流量制御が行えるという利点がある。
しかし、基本的に、エンジンに用いる場合と同様に、液体を噴霧する（霧化する）という形態で使用していたため、インジェクタの二次側に空間が必要となり、インジェクタ部が大型化してしまうという不具合があった。また、インジェクタの一次圧を高圧化する必要があり、液漏れし易いという不具合もあった。
【０００５】
この発明は、液体原料を開閉手段の下流側に液体状態で送液するように構成し、開閉手段の二次側の空間を縮小でき、かつ、一次圧を低圧化できる燃料電池発電システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、原燃料から水素リッチな燃料ガスを生成する燃料処理装置を備えた燃料電池発電システムにおいて、燃料処理に用いる液体原料の流量を制御する開閉手段と、上記開閉手段の下流側に配設されて上記液体原料を送液する送液管とを有し、上記液体原料が上記開閉手段により液体状態で上記送液管に送液されるように構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、開閉手段は液体原料を液体状態で送液しているので、開閉手段の二次側の空間を大きくする必要がなく、また一次圧を高圧にする必要がない。そこで、開閉手段周りの小型化が図られ、さらに液漏れの発生を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システムを示す概略構成図、図２はこの発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システムにおけるインジェクタ周りを説明する模式図、図３はこの発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システムにおけるインジェクタのパルス幅と吐出流量との関係を示す特性図である。図４はこの発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システムにおける加圧手段の構成を説明する示す模式図であり、図４の（ａ）はバックプレッシャーレギュレータ（一次圧を一定にするレギュレータ）を用いた場合を示し、図４の（ｂ）は二次圧を一定にするタイプのレギュレータを用いた場合を示している。なお、図３では、インジェクタの二次圧をパラメータとしてパルス幅に対する吐出流量を示している。
【０００９】
図１において、燃料電池発電システムは、原燃料供給ライン７を介して原燃料を後述する燃料処理装置９に供給する原燃料供給手段１と、原料水を液体状態で貯蔵するタンク２と、タンク２に貯蔵されている原料水を加圧する加圧手段３と、加圧手段３により加圧された原料水を二次側に送液する開閉手段としてのインジェクタ４と、インジェクタ４の二次側と原燃料供給ライン７とを連通する送液管５と、原燃料供給ライン７の送液管５との合流点Ｍの約１０ｃｍ上流に設けられた圧力測定手段６と、圧力測定手段６の測定圧力に基づいてインジェクタ４の開閉を制御して原料水の吐出流量を制御する制御手段８と、原燃料供給ライン７を介して供給される原燃料と原料水とから水素リッチガスを生成する燃料処理装置９と、燃料処理装置９で生成された水素リッチガスがアノードに供給され、空気（図示せず）がカソードに供給されて発電を行う燃料電池１０とを備えている。
【００１０】
図２において、インジェクタ４は横向きに設置されている。また、送液管５は、一端を口開き状とする内径約２．２ｍｍの細管であり、一端内径がインジェクタ４の吐出口の外径と同等に形成されている。そして、この送液管５は、一端がインジェクタ４の吐出口側に接続され、他端が原燃料供給ライン７に接続されている。また、この送液管５は、インジェクタ４の吐出口から登り勾配に形成され、その後下り勾配となって原燃料供給ライン７に接続される山形形状に作製されている。
【００１１】
なお、原燃料供給手段１には、都市ガスライン（図示せず）からの都市ガス（原燃料）を昇圧・吐出するブロワが用いられている。また、インジェクタ４には、自動車などのエンジンの燃料噴射用のインジェクタが用いられ、圧力測定手段６には、圧力センサが用いられている。さらに、制御手段８には、マイクロコンピュータやシーケンスが用いられている。なお、制御手段８は新たに設ける必要はなく、燃料電池発電システムに既設の制御手段にインジェクタ４の制御機能を付加させるようにしてもよい。
【００１２】
つぎに、このように構成された燃料電池発電システムの動作について説明する。
タンク２に貯蔵されている原料水は加圧手段３により昇圧され、インジェクタ４の一次側圧力が例えば約０．８ｋｇｆ／ｃｍ２で一定となるように保たれる。インジェクタ４には、制御手段８によりドライバ回路（図示せず）を介して、例えば電圧１４Ｖ、周波数２５Ｈｚ、パルス幅１〜１０ｍｓ程度の矩形のアナログパルスが与えられる。このとき、例えばインジェクタ４の二次圧が約０．２ｋｇｆ／ｃｍ２であったとすると、図３に示されるインジェクタの吐出流量特性に基づいて、制御手段８がインジェクタ４に与えられるパルス幅を決定し、原料水の吐出流量が設定値通りに正確に吐出される。
【００１３】
ここで、自動車などのエンジンの燃料噴射や従来の燃料電池発電システムにおいては、インジェクタは、一次圧が通常３ｋｇｆ／ｃｍ２程度、場合によっては１０ｋｇｆ／ｃｍ２程度の高圧で動作され、液体を噴霧させていた。この実施の形態１では、インジェクタ４はその一次圧を約０．８ｋｇｆ／ｃｍ２の低圧で動作され、さらに霧化のための空間や霧化された原料水微粒子を搬送する気体がないので、原料水は霧化せず液体状態のまま吐出されることになる。なお、本発明においては、霧化されて飛翔、飛散あるいは浮遊する状態のものは、液体に含まないものとする。
【００１４】
ついで、インジェクタ４によって吐出された液体状態の原料水は、送液管５内を通って原燃料供給ライン７に流出する。この時、原料水は、少なくとも送液管５の登り勾配部分Ａ（図２中斜線で示す）に充満されている。つまり、原料水は、送液管５の登り勾配部分Ａの断面内全域に満たされている。そして、送液管５から原燃料供給ライン７に流れ出た原料水は、原燃料供給ライン７を流れる原燃料と合流し、原燃料に搬送される形で燃料処理装置９に導入される。燃料処理装置９内では、水蒸気改質反応により、原燃料と原料水とから水素リッチガスが生成される。この水素リッチガスが燃料電池１０のアノードに供給され、空気が燃料電池１０のカソードに供給されて、燃料電池１０が発電を行う。なお、蒸発器が燃料処理装置９の上流に配置される場合もある。
【００１５】
ここで、原燃料と原料水との混合が均一に行われないと、脈動、即ち圧力変動が生じたり、スチームカーボン比（原燃料と原料水との比率）が変動し、燃料処理あるいはその後の発電に支障をきたすことになる。インジェクタ４から原料水を液体状態のまま送液する場合、太い配管をインジェクタ４から下り勾配のまま原燃料供給ライン７に接続すると、インジェクタ４の吐出口で液滴が生じ、それが滴下して間欠的な送液となり、原燃料と原料水との不均一な混合の原因となる。しかし、この実施の形態１では、送液管５は、インジェクタ４から登り勾配部分Ａを形成しているので、原料水はインジェクタ４の二次側（送液管５の登り勾配部分Ａ）に充満し、さらに合流点Ｍまでの送液管５の部位を細くしているので、原料水を連続的に原燃料供給ライン７に送液することが可能となる。
【００１６】
つぎに、インジェクタ４の制御方法について説明する。
まず、原燃料供給ライン７の圧力が圧力測定手段６により測定される。この圧力測定手段６は合流点Ｍの近傍に配設され、原料水の流量は発電量１ｋＷ当たり約１５ｃｃ／ｍｉｎ以下と少ないため、送液管５内の圧力損失はほとんどない。そこで、圧力測定手段６の測定値はインジェクタ４の二次圧と見なすことができ、この測定値が制御手段８に取り込まれる。制御手段８は、この圧力測定手段６の測定値と図２に示される吐出流量特性とに従い、原料水設定流量に対するパルス幅を決定し、インジェクタ４を駆動する。
なお、従来の燃料電池発電システムでは、インジェクタの一次圧を高圧で動作させていたので、インジェクタの二次圧の影響を無視できたが、この実施の形態１では、インジェクタ４の一次圧を低圧としているので、二次圧の影響が無視できなくなり、二次圧を考慮した制御方法としている。
【００１７】
ついで、加圧手段３について図４を参照しつつ説明する。
図４の（ａ）において、加圧手段は、昇圧ポンプ２１と、昇圧ポンプ２１の下流側に設置されたバックプレッシャーレギュレータ２２と、レギュレータ２２の二次側とタンク２とを連通する環流ライン２３とから構成されている。ここで、レギュレータ２２は、一次圧が０．８ｋｇｆ／ｃｍ２となるように設定されている。これにより、昇圧ポンプ２１が駆動されると、インジェクタ４、レギュレータ２２および昇圧ポンプ２１との間のラインの圧力が約０．８ｋｇｆ／ｃｍ２となり、余った原料水は環流ライン２３を介してタンク２に環流される。
また、図４の（ｂ）に示されるように、加圧手段は、昇圧ポンプ２１Ａと、通常のレギュレータ２２Ａとから構成してもよい。この場合、レギュレータ２２Ａは、二次圧が約０．８ｋｇｆ／ｃｍ２となるように設定し、昇圧ポンプ２１Ａには、圧力が設定圧力まで上昇すると、流量がほぼ０となるタイプのものを用いるとよい。そして、昇圧ポンプ２１Ａの制御の仕方によっては、レギュレータ２２Ａの一次圧は変動する場合もあるが、レギュレータ２２Ａの二次圧、即ちインジェクタ４の一次圧はほぼ０．８ｋｇｆ／ｃｍ２に一定に保たれる。
【００１８】
このように、この実施の形態１によれば、安価で高精度の原料水供給が可能なインジェクタの利点を確保した上で、インジェクタ４を噴霧（霧化）に用いるのではなく、二次側に液体状態で送液する構成としたので、インジェクタ４の二次側に空間を設ける必要がなく、この部分の小型化が図れるという効果がある。また、二次側に液体状態で送液するようにしているので、一次圧を高圧にする必要がなく、加圧手段３の消費電力を低減でき、加圧手段３およびインジェクタ４の耐久性を向上できるとともに、液漏れしにくくなり、簡易なシール構造がとることができる。
【００１９】
また、制御手段８が圧力測定手段６により測定されたインジェクタ４の二次圧を制御パラメータとしてインジェクタ４を駆動制御しているので、一次圧を低圧とすることに起因して二次圧の影響を受けやすい構造であっても、正確な流量制御をすることができる。
また、送液管５のインジェクタ４との接続部から所定範囲にわたって登り勾配部分Ａを形成しているので、噴霧と比べて原燃料との混合性の点で劣る液体送液形態であっても、原料水を送液管５の登り勾配部分Ａに充満させた状態で動作させ、原料水を連続的に原燃料供給ライン７に送液することができ、原燃料との均一な混合を実現することができる。
【００２０】
また、圧力測定手段６が原燃料供給ライン７に配設されているので、液体には使用できない気体専用の安価な圧力測定手段を用いることができる。
また、インジェクタ４を駆動する周波数を、一般的な自動車用途の周波数である５０Ｈｚより低い２５Ｈｚとしているので、運転時間当たりのインジェクタ４の開閉動作の回数を少なくできる。このインジェクタ４の寿命は開閉動作回数で決定されるため、長寿命化が図られる。
また、インジェクタ４から吐出された原料水が送液管５を介して原燃料供給ライン７に送液されるようになっているので、インジェクタ４が合流点Ｍから離れても送液管５を延ばすことで対処することができ、インジェクタ４のレイアウトの自由度が増大するという効果もある。
【００２１】
なお、上記実施の形態１では、図３に示される吐出流量特性に基づいてインジェクタ４の駆動を制御するものとして説明している。しかし、インジェクタ４の吐出流量特性は製造方法によって３％程度ばらつく可能性がある。この場合、個々のインジェクタ４に対して吐出流量特性を測定して図３に示される吐出流量特性を作り直す必要はなく、代表的な１点あるいは複数点での吐出試験を行い、個々のインジェクタ４の流量が標準値に対してどの程度ずれているかを把握し、標準の吐出流量特性を補正することで対処することができる。
【００２２】
また、上記実施の形態１では、昇圧ポンプとレギュレータとを組み合わせて加圧手段３を構成するものとして説明しているが、加圧手段はこの構成に限定されるものではなく、例えば昇圧ポンプのみでもよい。例えば、インジェクタ４の一次圧、即ち昇圧ポンプの吐出圧力が上昇したときに流量が減少するポンプ特性を利用すれば、レギュレータを用いることなくほぼ一定の圧力に保つことができる。また、ポンプの吐出量を制御することにより、一定圧力を実現してもよい。
【００２３】
また、上記実施の形態１では、送液管５を山形形状に作製するものとしているが、送液管は、インジェクタ４の吐出口から下り勾配に形成され、その後登り勾配となって原燃料供給ライン７に接続される谷形形状に作製してもよい。この場合においても、インジェクタ４から液体状態で吐出された原料水は送液管に充満されることになる。
また、上記実施の形態１では、送液管５に登り勾配部分Ａを形成し、原料水を登り勾配部分Ａに充満させるようにするものとして説明しているが、原料水を大きな液滴とすることなく原燃料供給ライン７に連続的に流出させることができれば、必ずしも送液管に原料水を充満させる領域を形成する必要はない。
【００２４】
また、上記実施の形態１では、原料水と原燃料とを混合した後燃料処理装置９あるいは蒸発器に導入するものとして説明しているが、原料水を単独で燃料処理装置９あるいは蒸発器に導入し、燃料処理装置９あるいは蒸発器内で蒸発させ、スチ
ームとなった後原燃料と混合させるようにしてもよい。
また、上記実施の形態１では、圧力測定手段６を原燃料供給ライン７に配設するものとしているが、圧力測定手段はインジェクタ４の二次圧を測定できればよく、例えば圧力測定手段を送液管５中に配設してもよい。この場合、圧力測定手段には液体の圧力を測定できるものを用いることになる。
【００２５】
また、上記実施の形態１では、原燃料として都市ガスを用いるものとして説明しているが、原燃料は都市ガスに限定されるものではなく、プロパン、ブタンなどの気体原燃料や、灯油、メタノール、ジメチルエーテルなどの液体原燃料を用いることができる。なお、液体原燃料を用いる場合、気体原燃料を用いる場合に比べ、原料水との混合が容易であることから、原燃料供給ライン７への原料水の送液構造をより簡単な構成とすることができる。
なお、本発明では、原燃料とは、炭化水素、アルコール類など水素源となる物質を指し、液体原料とは、液体の原燃料、原料水、あるいは、それらの混合物を指すものとする。
【００２６】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係る燃料電池発電システムにおけるインジェクタ周りを説明する模式図である。
図５において、インジェクタ４は上向きに配設されている。送液管５Ａは、インジェクタ４の吐出口の外径と同等の内径を有する短尺の細管に作製され、直径２．０ｍｍの小孔が他端に形成されている。この送液管５Ａは、上向きに配置され、一端がインジェクタ４の吐出口側に接続され、他端が原燃料供給ライン７に接続されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００２７】
この実施の形態２では、インジェクタ４には、制御手段８によりドライバ回路を介して、例えば電圧１２Ｖ、周波数１０Ｈｚ、パルス幅３〜２５ｍｓ程度の矩形のアナログパルスが与えられ、その一次側圧力が例えば約１．０ｋｇｆ／ｃｍ２で一定となるように駆動されるようになっている。
【００２８】
ここで、インジェクタ４による原料水の送液動作について説明する。
タンク２に貯蔵されている原料水は加圧手段３により昇圧され、インジェクタ４の一次側圧力が例えば約１．０ｋｇｆ／ｃｍ２で一定となるように保たれる。インジェクタ４には、制御手段８によりドライバ回路（図示せず）を介して、例えば電圧１２Ｖ、周波数１０Ｈｚ、パルス幅３〜２５ｍｓ程度の矩形のアナログパルスが与えられる。
そして、制御手段８が、圧力測定手段６の測定値と図３に示されるインジェクタの吐出流量特性とに基づいて、パルス幅を決定し、インジェクタ４を駆動制御する。これにより、原料水が液体状態でインジェクタ４の二次側に吐出される。
そして、送液管５Ａは上向き（登り勾配）に配置されているので、インジェクタ４から吐出された液体状態の原料水は送液管５Ａに充満し、送液管５Ａの原燃料供給ライン７との合流部分Ｍの小孔から大きな液滴となることなく原燃料供給ライン７に連続的に流出する。
【００２９】
このように、この実施の形態２においても、安価で高精度の原料水供給が可能なインジェクタの利点を確保した上で、インジェクタ４を噴霧（霧化）に用いるのではなく、原料水を二次側に液体状態で送液する構成としたので、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００３０】
また、この実施の形態２によれば、インジェクタ４を上向きに設置し、上向きの送液管５Ａでインジェクタ４と原燃料供給ライン７とを接続しているので、送液管５Ａを直線形状で、かつ、短くしても、原料水を送液管５Ａに満たすことができる。そこで、上記実施の形態１のように送液管５を山形形状に構成する必要はないので、構成の簡素化が図られる。
また、インジェクタ４を駆動する周波数を、上記実施の形態１における周波数である２５Ｈｚより低い１０Ｈｚとしているので、インジェクタ４のさらなる長寿命化が図られる。
【００３１】
なお、原燃料供給ライン７は、特に合流点Ｍで絞られているわけでも、流速が特別早いわけでもなく、インジェクタ（エゼクタ）の機能はない。
【００３２】
ここで、原燃料供給ライン７の管内径、原燃料の流れ方向、原燃料の流量を変化させて原燃料の脈動の様子を圧力変動として観察した結果を図６に示す。なお、原燃料の流れ方向が横向きとは、原燃料供給ライン７を図５に示されるように配置した場合であり、上向きとは、原燃料供給ライン７を図２に示されるように配置し、原燃料を下から上に流した場合である。また、ガス線速度は常温換算での線速度を示している。
そして、圧力変動が大きいと、燃料処理装置９での反応組成不均一性、および、燃料電池１０で使い残した燃料ガスをライン（図示せず）を通して燃料処理装置９のバーナーに供給したときの燃焼不安定性をもたらすことから、燃料処理装置９での反応組成不均一性、および、燃料処理装置９のバーナーに供給したときの燃焼不安定性を観察し、不均一性および不安定性が全く見られなかった場合を○で表し、問題が生じなかった場合を△で表し、不適であった場合を×で示した。
【００３３】
図６から、原燃料ガスの流速（線速度）が３ｍ／ｓ以上であると、燃料処理装置９での反応組成不均一性、および、燃料処理装置９のバーナーに供給したときの燃焼不安定性の問題が生じないことが分かる。これは、原燃料の流速が３ｍ／ｓ未満であると、送液管から原燃料供給ライン７に流出した原料水は比較的大きな液滴となって原燃料に間欠的に搬送され、脈動を生じさせ、圧力変動が大きくなったものと推考される。また、原燃料の流速が３ｍ／ｓ以上であると、送液管から原燃料供給ライン７に流出した原料水は小粒径で分散された液滴となり、原燃料にほぼ連続的に搬送され、脈動が生じなかったものと推考される。
【００３４】
このことから、原燃料を原燃料供給ライン７に３ｍ／ｓ以上の線速度で流通させることにより、脈動の発生を抑え、原燃料と原料水との均一な混合を実現できることがわかる。
従って、上記実施の形態１、２において、少なくとも原燃料供給ライン７の合流点Ｍおよびその下流側を原燃料の線速度が常温換算で３ｍ／ｓ以上となるような流路断面積に設計することが望ましい。
なお、原燃料供給ライン７を図２に示されるように配置し、原燃料を上から下に流した場合には、送液管から原燃料供給ライン７に流出した原料水が小粒径で分散された液滴となりやすいことから、原燃料の線速度の下限値を下げる（遅くする）ことができる。
【００３５】
実施の形態３．
この実施の形態３による燃料電池発電システムは、圧力測定手段６を省略し、原燃料供給ライン７を流れる原燃料流量からインジェクタ４の二次圧を推定し、この推定された二次圧を考慮した原料水の流量制御を行うものである。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。また、インジェクタ４の一次圧は上記実施の形態１と同様に０．８ｋｇｆ／ｃｍ２で動作させる。
【００３６】
この燃料電池発電システムにおける定常状態での原燃料流量と合流点Ｍの圧力との関係は図７に示される。この合流点Ｍにおける圧力は、上述の通りほぼインジェクタ４の二次圧を見なすことができる。原燃料が増加すると、燃料処理装置９や燃料電池１０の圧力損失が増加するため、合流点Ｍにおける圧力は単調増加する。そして、合流点Ｍにおける圧力は燃料処理装置９の温度によって変化するものの、ほぼ±１０％以内に収まっている。また、インジェクタ４のパルス幅−吐出流量の特性の二次圧依存性は図３から分かるように大きくない。このことから、原燃料流量に対してインジェクタ４の二次圧はほぼ一対一で決定されるといえる。
【００３７】
ここで、この燃料電池発電システムにおいては、原燃料流量に対する原料水流量の比率は常に一定であるので、原料水流量は原燃料流量から一義的に決定される。仮に、当該比率を変化させたとしても、原料水流量は原燃料流量から当該比率に基づいて決定される。そして、この決定された原料水流量がインジェクタ４の設定吐出流量となる。
また、インジェクタ４の二次圧は、図７に基づいて、原燃料流量から決定される。さらに、インジェクタ４に与えるべきパルス幅は、図３に基づいて、インジェクタ４の二次圧と原料水流量（インジェクタ４の設定吐出流量）とから決定される。
このことから、設定吐出流量を吐出させるためにインジェクタ４に与えるべきパルス幅は、図８に示されるように、原燃料流量の関数となる。
【００３８】
この実施の形態３では、制御手段８が、図８に基づいて、原燃料流量からパルス幅を決定し、インジェクタ４を駆動制御している。これにより、インジェクタ４は二次圧を考慮して駆動制御されるので、インジェクタ４による原料水の吐出量が設定吐出量となるように正確に制御される。
【００３９】
このように、この実施の形態３によれば、上記実施の形態１の効果に加え、原燃料流量からインジェクタ４の二次圧を推定し、推定された二次圧を考慮してインジェクタ４を駆動制御しているので、圧力測定手段６を省略することができ、システム構成の簡素化が図られる。
【００４０】
実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４に係る燃料電池発電システムを示す概略構成図である。
図９において、原燃料供給手段は、液体原燃料であるメタノールを貯蔵するタンク８１と、タンク８１に貯蔵されているメタノールを加圧する加圧手段３と、加圧手段３により加圧されたメタノールを二次側に送液する開閉手段としてのインジェクタ４と、インジェクタ４の二次側と原燃料供給ライン７とを連通する送液管５Ｂとから構成されている。この送液管５Ｂは送液管５と同様に構成されている。また、蒸発器８２が燃料処理装置９の上流側に配設されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００４１】
この実施の形態４では、上記実施の形態１と同様にして、メタノールがインジェクタ４により液体状態で吐出され、送液管５Ｂを介して原燃料供給ライン７に送液される。同様に、原料水がインジェクタ４により液体状態で吐出され、送液管５を介して原燃料供給ライン７に送液される。そして、メタノールと原料水とが合流点Ｍで混合されて蒸発器８２に供給される。ついで、メタノールと原料水とは蒸発器８２で蒸発されて燃料処理装置９に供給され、水蒸気改質反応により水素リッチガスが生成される。
【００４２】
このように、この実施の形態４においても、安価で高精度な液体原料供給が可能であるというインジェクタの利点を保持した上で、インジェクタ４を噴霧（霧化）に用いるのではなく、液体原料を二次側に液体状態で送液する構成としたので、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、液体原燃料と原料水とをともにインジェクタ４により送液するようにしているので、液体原燃料および原料水の吐出流量を高精度に制御できる。その結果、液体原燃料と原料水との任意の混合比を正確に実現でき、安定した燃料処理が行われる。
【００４３】
なお、上記実施の形態４では、メタノール（液体原燃料）と原料水とを別々にインジェクタ４により送液するものとしているが、メタノール（液体原燃料）と原料水との混合物を１つのインジェクタ４により送液するようにしてもよい。この場合、混合比が固定となるが、タンク、加圧手段、インジェクタが一組でよく、構成が簡略化される。
また、上記実施の形態４では、メタノール（液体原燃料）と原料水とを混合した後蒸発器８２に供給するものとしているが、２つの蒸発器を配置してメタノール（液体原燃料）と原料水とを別々に蒸発させてもよいし、一方のみを蒸発させた後両者を混合させてもよい。
【００４４】
なお、上記各実施の形態では、インジェクタ４による流量制御をパルス幅によって行うものとして説明しているが、パルス幅に限定されるものではなく、周波数によって行ってもよく、周波数とパルス幅とを組み合わせて行ってもよい。また、電圧もこれだけでは所望の流量範囲の全体を可変させることは難しいが、流量の微調整などに利用してもよい。
【００４５】
また、上記各実施の形態では、インジェクタ４の一次圧を０．８ｋｇｆ／ｃｍ２あるいは１．０ｋｇｆ／ｃｍ２とするものとして説明しているが、インジェクタ４の一次圧はこれに限定されるものではない。つまり、一次圧を高くし過ぎると、加圧手段３の消費電力が大きくなりすぎ、一次圧を低くし過ぎると、二次圧の影響が大きくなり、正確な流量制御ができなくなる。この観点から、インジェクタの一次圧は０．４〜１．５ｋｇｆ／ｃｍ２、好ましくは０．５〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２、より好ましくは０．６〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲であればよい。
【００４６】
また、上記各実施の形態では、インジェクタ４として自動車などのエンジンの燃料噴射に用いられているインジェクタをそのまま用いるものとしているが、自動車などのエンジンの燃料噴射に用いられているインジェクタを、材質の変更、部品の簡略化など、部分的に改良したものでもよい。
また、上記各実施の形態では、開閉手段としてインジェクタ４を用いるものとして説明しているが、開閉手段はインジェクタに限定されるものではなく、コイルなどにより流路が開閉するバルブ機能があればよく、例えば一般的な電磁弁でもよい。この場合、信号がＯＮまたはＯＦＦの間のみ電磁弁が開き液体が吐出され、同様の効果が得られる。
また、本発明においては、ソレノイドコイルにより流路が開閉するバルブ機能があり、パルスが加えられている間のみ当該バルブが開き液体が吐出されるノズルであるという基本機能を有していれば、インジェクタと見なすこととする。但し、注射器状のいわゆるディスペンサはここでいうインジェクタには含まない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システムを示す概略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システムにおけるインジェクタ周りを説明する模式図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システムにおけるインジェクタのパルス幅と吐出流量との関係を示す特性図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システムにおける加圧手段の構成を説明する示す模式図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る燃料電池発電システムにおけるインジェクタ周りを説明する模式図である。
【図６】原燃料供給ラインの管内径、原燃料の流れ方向、原燃料の流量を変化させて原燃料の脈動の様子を圧力変動として観察した結果を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係る燃料電池発電システムにおける原燃料流量と合流点の圧力との関係を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る燃料電池発電システムにおける原燃料流量とインジェクタに与えられるパルス幅との関係を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態４に係る燃料電池発電システムを示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４８】
４  インジェクタ（開閉手段）、５、５Ａ、５Ｂ  送液管、８  制御手段、９  燃料処理装置。
【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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