(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系化合物を含む原燃料から水素リッチな燃料ガスを生成するための燃料改質装置であって、
前記原燃料と前記原燃料の水蒸気改質反応に利用される水との両方を気化する気化部と、水蒸気改質反応を利用して前記原燃料を改質する水蒸気改質部と、前記水蒸気改質部で改質された改質ガスに含まれる一酸化炭素を選択酸化反応を利用して酸化する選択酸化部と、がこの順に配列された改質器と、
前記原燃料を前記気化部に供給するための原燃料供給部と、
前記水蒸気改質反応に利用される水を前記気化部に供給するための水供給部と、
前記改質器の起動時の少なくとも一部の期間において、前記原燃料供給部から供給される前記原燃料に含まれる炭素のモル数Ｃと、前記水供給部から供給される前記水のモル数Ｓとの比（Ｃ／Ｓ）の値を、前記改質器の定常運転時における所定の適正値よりも小さくすることによって、前記気化部と前記水蒸気改質部と前記選択酸化部とを通過した後に排出される未反応の原燃料を減少させるように、前記原燃料供給部と前記水供給部とを制御する制御部と、
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、
前記制御部は、前記改質器の起動時において、前記比（Ｃ／Ｓ）の値が連続的に増大するように前記原燃料供給部と前記水供給部とを制御する、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、
前記原燃料は、水よりも沸点の低い炭化水素系化合物を主要な成分とするものである、燃料改質装置。
【請求項４】
請求項３記載の燃料改質装置であって、
前記原燃料はメタノールである  燃料改質装置。
【請求項５】
原燃料と前記原燃料の水蒸気改質反応に利用される水との両方を気化する気化部と、水蒸気改質反応を利用して前記原燃料を改質する水蒸気改質部と、前記水蒸気改質部で改質された改質ガスに含まれる一酸化炭素を選択酸化反応を利用して酸化する選択酸化部と、がこの順に配列された改質器の制御方法であって、
前記改質器の起動時の少なくとも一部の期間において、前記改質器に供給される前記原燃料内の炭素のモル数Ｃと水のモル数Ｓとの比（Ｃ／Ｓ）の値を、前記改質器の定常運転時における所定の適正値よりも小さくすることによって、前記気化部と前記水蒸気改質部と前記選択酸化部とを通過した後に排出される未反応の原燃料を減少させるように、前記原燃料と水の供給量を制御することを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化水素系化合物を含む原燃料から水素リッチな燃料ガスを生成するための燃料改質装置の起動時の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
改質装置では、水蒸気改質反応を利用して、炭化水素系化合物を含む原燃料から水素リッチな燃料ガスを生成する。改質装置への原燃料の供給量と、水の供給量は、改質装置内における種々の化学反応を考慮して、それぞれ適切な値に制御される。
【０００３】
改質装置への原燃料と水の供給量の制御技術としては、例えば特開平１１−３０７１１０号公報に記載されたものが知られている。この方法では、燃料電池の負荷の変動に応じて、改質装置に供給される水蒸気と原燃料内の炭素とのモル比（Ｓ／Ｃ）を調整している。この結果、燃料電池の負荷変動に応じた適切な量の水素ガスを得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の技術では、改質装置の起動時における問題点は考慮されていなかった。すなわち、改質装置の起動時には、改質触媒の温度が十分に高くなっていないので、改質反応は十分に活性化されていない。この結果、起動時には、多量の原燃料を投入しても、その大部分が未反応のまま改質装置から排出されてしまうという問題がある。
【０００５】
特に、メタノールの沸点は約６５℃であり、水よりも沸点がかなり低いので、メタノール改質装置の起動時においてメタノールリッチな原料ガスが改質触媒に供給される。従って、メタノール改質装置では、起動時において未反応メタノールが大量に排出されるという問題が顕著であった。但し、このような問題は、メタノールに限らず、水よりも沸点の低い炭化水素系化合物を含む原燃料のための改質装置に共通する問題であった。
【０００６】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、改質装置の起動時において、改質装置からの未反応の原燃料の排出量を低減すること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】
上記目的を達成するために、本発明の燃料改質装置は、原燃料と前記原燃料の水蒸気改質反応に利用される水との両方を気化する気化部と、水蒸気改質反応を利用して前記原燃料を改質する水蒸気改質部と、前記水蒸気改質部で改質された改質ガスに含まれる一酸化炭素を選択酸化反応を利用して酸化する選択酸化部と、がこの順に配列された改質器と、前記原燃料を前記気化部に供給するための原燃料供給部と、前記水蒸気改質反応に利用される水を前記気化部に供給するための水供給部と、前記改質器の起動時の少なくとも一部の期間において、前記原燃料供給部から供給される前記原燃料に含まれる炭素のモル数Ｃと、前記水供給部から供給される前記水のモル数Ｓとの比（Ｃ／Ｓ）の値を、前記改質器の定常運転時における所定の適正値よりも小さくすることによって、前記気化部と前記水蒸気改質部と前記選択酸化部とを通過した後に排出される未反応の原燃料を減少させるように、前記原燃料供給部と前記水供給部とを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、改質器の起動時に原燃料の割合を低くしているので、未反応の原燃料の排出量を低減することが可能である。
【０００９】
なお、前記制御部は、前記改質器の起動時において、前記比（Ｃ／Ｓ）の値が連続的に増大するように前記原燃料供給部と前記水供給部とを制御するようにしてもよい。
【００１０】
この構成によれば、原燃料の割合が次第に連続的に増大するので、改質反応の活性化の増進に応じた量の原燃料を改質器に供給することができ、未反応の原燃料の排出量を低減することが可能である。
【００１１】
また、前記原燃料は、水よりも沸点の低い炭化水素系化合物を主要な成分とするものであることが好ましい。例えば、前記原燃料としては、メタノールを使用することができる。
【００１２】
起動時における未反応原燃料の排出の問題は、水よりも沸点の低い炭化水素系化合物に関してより重大なので、メタノールのように、水よりも沸点の低い炭化水素系化合物を主要な成分とする原燃料を用いた場合には、本発明の効果が特に顕著である。
【００１３】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料改質装置およびその制御方法、燃料電池システムおよびその制御方法、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、その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、等の態様で実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．他の実施例：
Ｃ．変形例：
【００１５】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池システムの構成を示す説明図である。この燃料電池システム２００は、メタノールを貯蔵する原燃料タンク１０と、水を貯蔵する水タンク２０と、改質反応により原燃料から燃料ガス（「改質ガス」とも呼ぶ）を生成する改質器３０と、燃料電池４０と、コントローラ５０とを備えている。改質器３０は、改質原料を気化する気化部３２と、気化部３２に熱を供給する加熱部３４と、改質触媒を収納した改質部３６と、改質ガス中の一酸化炭素を低減するための選択酸化を行う選択酸化部３８と、を有している。
なお、気化部３２と加熱部３４とを合わせて「蒸発部」と呼ぶこともある。
【００１６】
原燃料タンク１０には原燃料供給路１０２が接続されており、水タンク２０には水供給路１０８が接続されている。原燃料供給路１０２は２つの分岐流路１０４，１０６に分岐している。第１の分岐流路１０４は、水供給路１０８と合流しており、合流後の流路１１０は気化部３２に接続されている。一方、第２の分岐流路１０６は、加熱部３４に接続されている。第１の分岐流路１０４には流量計５１とポンプ５２が設けられており、第２の分岐流路１０６にも流量計５３とポンプ５４が設けられている。また、水供給路１０８にも、流量計５５とポンプ５６が設けられている。
【００１７】
なお、原燃料タンク１０と、原燃料供給路１０２およびその第１の分岐流路１０４と、流量計５１と、ポンプ５２とは、本発明における原燃料供給部を構成している。また、水タンク２０と、水供給路１０８と、流量計５５と、ポンプ５６とは、本発明における水供給部を構成している。
【００１８】
メタノールと水は、ポンプ５２，５６によってそれぞれ吸い出され、混合された状態で気化部３２に導入される。この混合物を、以下では「改質原料」と呼ぶ。改質原料は気化部３２において気化されて蒸気（メタノール蒸気および水蒸気）となり、改質部３６に供給される。このガス状の改質原料（「改質原料ガス」と呼ぶ）は、改質部３６と選択酸化部３８における化学反応によって水素ガスリッチな燃料ガスＨＲＧに変換される。改質部３６における化学反応については後述する。
【００１９】
改質器３０で生成された燃料ガスＨＲＧは、燃料ガス流路１１２を介して燃料電池４０内の燃料ガス通路４２に導入される。また、燃料電池４０内の空気通路４４には、エアーポンプ４６によって空気ＡＲ４０が供給される。このエアーポンプ４６としては、例えばブロアを利用することができる。燃料電池４０内では、燃料ガスＨＲＧ内の水素と、空気ＡＲ４０内の酸素との電気化学反応によって発電が行われ、この結果、燃料ガスＨＲＧ中の水素が消費される。
【００２０】
燃料電池４０からの燃料排ガスの排出路１１４は、改質器３０の加熱部３４に戻されている。加熱部３４は、燃料排ガス中の水素を燃焼させて、その熱を気化部３２に供給している。加熱部３４としては、白金触媒やパラジウム触媒などの貴金属触媒を用いて燃料排ガスやメタノールの燃焼反応を促進する装置や、あるいは、バーナを用いて燃料排ガスやメタノールを燃焼させる装置を利用することができる。気化部３２では、加熱部３４から与えられた熱によって改質原料が気化される。燃料排ガスの燃焼による熱では熱量が不足する場合には、ポンプ５４を介して原燃料であるメタノールが加熱部３４に供給される。加熱部３４には、さらに、第１の空気供給部６４によって加熱用空気ＡＲ３４が供給されている。
この空気供給部６４は、エアーポンプ６４ａと、圧力計６４ｂと、電動弁６４ｃとを有している。また、これと同様な第２の空気供給部６６が、改質部３６の上流側の混合室３６ａに空気ＡＲ３６を供給している。
【００２１】
改質部３６には、改質触媒の温度を測定するための温度センサ９２が設けられている。また、改質器３０と燃料電池４０との間の燃料ガス流路１１２には、酸素濃度センサ９４と一酸化炭素濃度センサ９６と原燃料センサ９８（本実施例ではメタノール濃度センサ）が設けられている。コントローラ５０は、これらのセンサ９２，９４，９６，９８や、流量計５１，５３，５５を含む複数のセンサで測定された測定値を制御入力として用いて、燃料電池システム２００の制御を実行する。なお、図１では、コントローラ５０は、図示の便宜上、一部の構成部品（センサやポンプ）への接続のみが描かれており、他の構成部品への接続は図示が省略されている。
【００２２】
改質器３０内の各部において利用されている主な化学反応は、以下の通りである。改質部３６では、主として下記のようなメタノールの水蒸気改質反応が発生する。
【００２３】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →ＣＯ2＋３Ｈ2−４９．５（kJ/mol）  …（１）
【００２４】
メタノールの水蒸気改質反応の触媒としては、例えば銅−亜鉛系の触媒を用いることが可能である。第２の空気供給部６６によって改質部３６に空気ＡＲ３６が投入されると、改質部３６内において以下に示す部分酸化反応も発生する。
【００２５】
ＣＨ3ＯＨ＋（１／２）Ｏ2  →ＣＯ2＋２Ｈ2＋１８９（kJ/mol）    …（２）
【００２６】
上記（１）式の水蒸気改質反応は吸熱反応であり、（２）式の部分酸化反応は発熱反応である。改質器３０の起動時には、部分酸化反応による発熱を利用して、改質触媒を昇温することができる。また、改質器３０の定常運転時には、両者を適度な比率で行わせることによって、改質部３６を適切な運転温度に維持することが可能である。なお、改質部３６に供給される空気ＡＲ３６は、上記の部分酸化反応に利用されるので、以下ではこれを「部分酸化用空気」と呼ぶ。
【００２７】
なお、上記（１）式の水蒸気改質反応は、例えば下記の２つの反応の結果であると考えることができる。
【００２８】
ＣＨ3ＯＨ  →  ＣＯ＋２Ｈ2−９０．０（kJ/mol）      …（３）
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋Ｈ2＋４０．５（kJ/mol）     …（４）
【００２９】
しかし、（３）式の反応で発生した一酸化炭素の一部は、二酸化炭素に変換されずにそのまま改質部３６から選択酸化部３８に供給される。そこで、選択酸化部３８では、以下の選択酸化反応によって一酸化炭素濃度を低下させている。
【００３０】
ＣＯ＋（１／２）Ｏ2  →  ＣＯ2＋２７９．５（kJ/mol）…（５）
【００３１】
この選択酸化反応の触媒としては、白金触媒やルテニウム触媒などの貴金属触媒や、アルミニウム触媒などを利用することができる。選択酸化部３８を通過したガスは、水素リッチな燃料ガスＨＲＧとして燃料電池４０に供給される。選択酸化部３８において一酸化炭素濃度を低減させる理由は、良く知られているように、一酸化炭素が燃料電池４０内の白金触媒に対して被毒作用があり、燃料電池４０の起電力を低下させてしまうからである。
【００３２】
ところで、上記（１）式から解るように、理想的な水蒸気改質反応では、炭素原子１モルに対して水分子１モルが必要になる。しかし、実際の改質反応では、水をやや多めに添加する方が改質効率（水素分子の生成率）が高くなることが知られている。改質部３６に供給される原料ガス中の炭素原子１モルに対する水分子のモル数の比は、スチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）と呼ばれている。メタノールを原燃料とする改質器３０が定常運転状態にあるときには、スチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）の適正値は、例えば約２．０程度の値である。
【００３３】
図２は、比較例における改質原料の投入量制御の様子を示す説明図である。図２（Ａ）は、改質器３０の起動時における水の投入量の時間変化を示している。
ここで「改質器の起動」とは、室温状態からの起動を意味している。図２（Ｂ）はメタノールの投入量を示し、図２（Ｃ）はスチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）の逆数を、図２（Ｄ）は出口メタノール濃度をそれぞれ示している。なお、図２（Ａ），（Ｂ），（Ｄ）の縦軸は、相対値目盛りであるが、図２（Ｃ）の縦軸は絶対値目盛りである。水とメタノールの投入量は、それぞれの流量計５５，５１（図１）で測定された流量から算出されたものである。スチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）の逆数は、水とメタノールの投入量から計算されたものである。また、出口メタノール濃度は、メタノール濃度センサ９８で測定されたものである。
【００３４】
この比較例においては、時刻ｔ０において改質器３０の運転が開始されると、時刻ｔ１までは加熱部３４のみが運転されて昇温される。加熱部３４の温度がある程度高くなると、時刻ｔ１から水とメタノールの気化部３２への供給が開始される。水の投入量とメタノールの投入量は、時刻ｔ１からほぼ一定の値ＬＷ１，ＬＭ１にそれぞれ設定されている。また、スチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）の逆数も、時刻ｔ１以降は一定値（Ｃ／Ｓ）1 （＝０．５）である。この（Ｃ／Ｓ）1 の値は、定常運転時におけるスチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）の適正な値（約２．０）に相当する。
【００３５】
ところで、時刻ｔ１では、改質部３６内の改質触媒の温度はあまり高くなっていないので、時刻ｔ１以降にメタノールを大量に投入しても、ほとんどのメタノールは改質部３６内で化学反応を起こさない。特に、メタノールは水よりも沸点が低いので、メタノールリッチな燃料ガスが改質部３６に供給され、起動時には改質器３０から大量の未反応メタノールが排出される。この結果、図２（Ｄ）に示すように、出口メタノール濃度が時刻ｔ１から急激に立ち上がるという現象が発生する。
【００３６】
また、改質部３６にメタノールリッチな燃料ガスが供給されるので、一部の未反応メタノールは改質部３６の内部（特に改質触媒の後端側）や選択酸化部３８の内部で凝縮して貯留してしまうという現象も発生する。このようにして凝縮したメタノールは、改質触媒の温度が上昇して十分な改質反応が起こり始めると徐々に蒸発するが、この蒸発が終了するまでは、出口メタノール濃度は緩慢に減少する。すなわち、この比較例では、改質触媒の温度が上昇して十分な改質反応が起こり始めた後も、出口メタノール濃度がなかなか低下せず、燃料電池４０には、かなりの未反応メタノールを含む燃料ガスが供給されるという現象が発生する。
【００３７】
図３は、本発明の第１実施例における改質原料の投入量制御の様子を示す説明図である。図２の場合と同様に、時刻ｔ０から時刻ｔ１までは加熱部３４が昇温され、時刻ｔ１から水とメタノールの供給が開始される。第１実施例においても、水の投入量は時刻ｔ１からほぼ一定値ＬＷ１に保たれているが、メタノールの投入量が比較例と異なる。すなわち、メタノールの投入量は、時刻ｔ１ではほぼゼロであり、その後ほぼ直線的に増加して、時刻ｔ２でほぼ一定の値ＬＭ１に到達する。
【００３８】
図３（Ｃ）に示すスチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）の逆数は、メタノールの投入量の変化に応じて変化している。すなわち、この値（Ｃ／Ｓ）は、時刻ｔ１ではほぼゼロであり、その後はほぼ直線的に増加して、時刻ｔ２でほぼ一定の値（Ｃ／Ｓ）1 に到達する。この値（Ｃ／Ｓ）1 は約０．５であり、定常運転時におけるスチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）の適正値（約２．０）に相当している。
【００３９】
図３（Ｄ）に示すように、この第１実施例では、出口メタノール濃度は時刻ｔ１から増加するが、そのピークは比較例（図２（Ｄ））に比べて低い値に留まっている。また、ピークに達した後も、出口メタノール濃度が急速に下降していることが理解できる。従って、改質器３０からは、メタノール濃度の低い良質の燃料ガスＨＲＧを、比較例よりも早い時点から燃料電池４０に供給することが可能である。
【００４０】
図３（Ｄ）のような出口メタノール濃度の変化は、以下のような現象に起因するものと推測される。すなわち、メタノールの投入開始直後は改質触媒の温度が十分に高まっていないが、投入されるメタノールが少量なので、投入されたメタノールのかなりの部分が部分酸化反応（上記（２）式）等の発熱反応に利用されて、改質触媒を昇温させる。従って、メタノールの投入開始直後であっても、未反応メタノールがそれほど多く排出されることはない。また、このように未反応メタノールが少ないと、改質器３０内部で凝縮するメタノールも少量である。その後、改質触媒の温度が次第に上昇すると、部分酸化反応や水蒸気改質反応に使用されるメタノール量が増加するので、メタノールの投入量を徐々に増加させていっても未反応メタノールが過度に増加することは無い。そして、時刻ｔ２付近で改質触媒が定常運転状態に適した温度にほぼ達すると、未反応メタノールは急速に低下する。また、起動直後に改質触媒中に凝縮している未反応メタノールの量は比較例の場合に比べて極めて少ないので、時刻ｔ２付近で改質触媒が定常運転状態の温度にほぼ達すると、出口メタノール濃度も急速に低下することになる。
【００４１】
第１実施例は、さらに以下のような利点も有している。第１の利点は、未反応メタノールの排出量を低減できるので、原燃料としてのメタノールを節約できる点である。従って、燃料電池システム２００の発電効率を高めることが可能である。
【００４２】
第２の利点は、改質器３０の起動に要する時間を短縮できる点である。すなわち、第１実施例では、出口メタノール濃度が比較例に比べて早期に低下するので、より早い時点から良質な燃料ガスＨＲＧを燃料電池４０に供給して発電を開始することができる。
【００４３】
第３の利点は、メタノールの投入開始直後におけるメタノール投入量を少量に抑えているので、部分酸化反応による改質触媒の急激な温度上昇を防止することができる点である。メタノールが改質触媒に過度に投入されると、部分酸化反応の発熱によって改質触媒の温度が急激に上昇する可能性がある。また、改質触媒は、高温で、かつ、メタノールリッチな環境では、劣化し易い傾向にある。第１実施例では、メタノールの投入開始直後におけるメタノールの投入量を少量に抑えているので、高温でメタノールリッチな環境を防止することができ、改質触媒の劣化を防止することができる。
【００４４】
第４の利点は、起動時における一酸化炭素の発生量を低減できる点である。メタノールリッチな原料ガスが改質部３６に投入されると、メタノールが上記（３）式に示すように分解して、一酸化炭素が生成される。第１実施例では、起動時に改質部３６に投入される原料ガス中のメタノールが従来よりも少ないので、起動時における一酸化炭素の発生量を低減することが可能である。
【００４５】
図４は、第２実施例における改質原料の投入量制御の様子を示す説明図である。第２実施例では、水の投入量は第１実施例と同じであり、メタノール投入量の時間変化が第１実施例と異なるだけである。すなわち、第２実施例では、時刻ｔ１におけるメタノール投入量の値ＬＭ０が定常運転状態の値ＬＭ１よりもかなり低い値に設定されている（図４（Ｂ））。但し、時刻ｔ１以降は、メタノールの投入量はほぼ直線的に増加して時刻ｔ２でほぼ一定値ＬＭ１に到達する。スチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）の逆数の値も、これに応じて変化しており、時刻ｔ１では０よりも高い所定の値（Ｃ／Ｓ）0 に設定され、その後、ほぼ直線的に増加して時刻ｔ２でほぼ一定値（Ｃ／Ｓ）1 に到達している。なお、第２実施例における出口メタノール濃度のグラフは、図示が省略されている。
【００４６】
この第２実施例においても、メタノールの投入開始直後の期間では、スチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）の逆数の値を、定常運転時における適切な値（Ｃ／Ｓ）1 よりも小さく設定しているので、上記第１実施例とほぼ同様な効果や利点がある。
【００４７】
図５は、第３実施例における改質原料の投入量制御の様子を示す説明図である。第３実施例も、メタノール投入量の時間変化が第１実施例と異なるだけである。すなわち、第３実施例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間ではメタノール投入量が、定常運転状態の値ＬＭ１よりも低い一定値ＬＭ０に保たれており、時刻ｔ２において、定常運転状態における値ＬＭ１にステップ状に上昇している。スチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）の逆数の値も、これに応じて変化していることが理解できる（図５（Ｃ））。なお、このようなステップ状の変化は、１回に限らず、複数回行われるようにしてもよい。
【００４８】
この第３実施例においても、メタノールの投入開始直後の期間において、スチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）の逆数の値を、定常運転時における適切な値（Ｃ／Ｓ）1 よりも小さく設定している。従って、第３実施例も、上記第１実施例や第２実施例とほぼ同様な効果や利点を有している。
【００４９】
なお、スチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）の逆数の値を単調に増大させているという点では、第３実施例も、第１および第２実施例と共通している。ここで、ある値が「単調に増大する」とは、その値が実質的に減少することが無く、増大する期間と一定値に保たれる期間のみが存在することを意味している。
【００５０】
但し、第３実施例では、メタノール投入量やスチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）が時刻ｔ２においてステップ状に変化しているので、時刻ｔ２までに改質触媒の温度を十分に上昇させることができない可能性がある。従って、改質器の起動時間を短縮するという観点からは、上述した第１実施例や第２実施例のように、スチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）の逆数の値を連続的に上昇させる制御方法が好ましい。
【００５１】
なお、第２実施例や第３実施例のように、メタノールの投入開始直後におけるスチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）の逆数を、ゼロでない値（Ｃ／Ｓ）0 に設定する場合には、この初期値（Ｃ／Ｓ）0 は、定常運転状態における適切な値の約１／２以下に設定することが好ましい。例えば、定常運転状態におけるスチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）の適正値の範囲が約１．５〜約２．０であるときには、その逆数（Ｃ／Ｓ）の範囲は約０．５０〜約０．６７となる。この場合に、メタノールの投入開始直後におけるスチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）の逆数の値（Ｃ／Ｓ）0 としては、約０．２５以下の値が好ましい。このように、メタノールの投入開始直後の投入量を比較的低い値に設定すれば、起動時におけるメタノールの投入量を抑制することによる上述の効果や利点を、より効率良く発揮させることが可能である。
【００５２】
図６は、第４実施例における改質原料の投入量制御の様子を示す説明図である。第４実施例では、メタノール投入量の時間変化は第１実施例と同じであるが、水の投入量の時間変化が第１実施例と異なっている。すなわち、第４実施例では、時刻ｔ１における水の投入量が定常運転状態の値ＬＷ１よりも低い値ＬＷ０に設定されており、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは水の投入量も直線的に上昇している。スチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）の逆数の値も、これに応じて曲線的に変化していることが理解できる（図６（Ｃ））。
【００５３】
この第４実施例においても、メタノールの投入開始直後の期間では、スチーム・カーボン比（Ｓ／Ｃ）の逆数の値を、定常運転時における適切な値（Ｃ／Ｓ）1 よりも小さく設定しているので、上記第１ないし第３実施例とほぼ同様な効果や利点がある。
【００５４】
Ｃ．変形例：
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。
【００５５】
Ｃ１．変形例１：
改質器の原燃料としては、メタノール以外のアルコールや、天然ガス、ガソリン、アルデヒド、エーテルなどの種々の炭化水素系燃料を利用可能である。すなわち、メタノール以外の原燃料を用いた場合にも、改質器の起動時において、原燃料内の炭素のモル数Ｃと水のモル数Ｓとの比（Ｃ／Ｓ）の値が、改質器の定常運転時における所定の適正値よりも小さくなるように、水や原燃料の投入量が制御されていればよい。
【００５６】
なお、ガソリンは、沸点が約４０℃〜２２０℃の範囲の極めて多数の炭化水素を含んでいるが、沸点が１００℃以下の炭化水素もかなり多く含んでいる。従って、ガソリン改質装置においても本発明の効果が得られる。但し、本発明は、メタノール改質装置のように、水よりも沸点が低い炭化水素系化合物を主成分とする原燃料のための改質装置に適用すると特に有効である。
【００５７】
Ｃ２．変形例２：
上述した各実施例では、時刻ｔ１〜ｔ２の期間を改質器３０の起動期間としていたが、改質器３０の起動期間の定義にはかなりの任意性がある。例えば、時刻ｔ２以降の一定の時刻までを起動期間として定義することもでき、また、改質触媒が一定温度に達した時刻までを起動期間として定義することも可能である。従って、本発明では、改質器の起動時の少なくとも一部の期間において、原燃料内の炭素のモル数Ｃと水のモル数Ｓとの比（Ｃ／Ｓ）の値が上記のように制御されていればよい。但し、上記各実施例でも説明したように、改質器の起動期間のうちで、改質器への原燃料の投入開始時点を含む初期の期間において、本発明を適用することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池システムの構成を示す説明図。
【図２】比較例における改質原料の投入量制御の様子を示す説明図。
【図３】第１実施例における改質原料の投入量制御の様子を示す説明図。
【図４】第２実施例における改質原料の投入量制御の様子を示す説明図。
【図５】第３実施例における改質原料の投入量制御の様子を示す説明図。
【図６】第４実施例における改質原料の投入量制御の様子を示す説明図。
【符号の説明】
１０…原燃料タンク
２０…水タンク
３０…改質器
３２…気化部
３４…加熱部
３６…改質部
３６ａ…混合室
３８…選択酸化部
４０…燃料電池
４２…燃料ガス通路
４４…空気通路
４６…エアーポンプ
５０…コントローラ
５１，５３，５５…流量計
５２，５４，５６…ポンプ
６４，６６…空気供給部
６４ａ，６６ａ…エアーポンプ
６４ｂ，６６ｂ…圧力計
６４ｃ，６６ｂ…電動弁
９２…温度センサ
９４…酸素濃度センサ
９６…一酸化炭素濃度センサ
９８…原燃料センサ（メタノール濃度センサ）
１０２…原燃料供給路
１０４，１０６…分岐流路
１０８…水供給路
１１０…流路
１１２…燃料ガス流路
１１４…排出路
２００…燃料電池システム
【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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