(57)【要約】【課題】  改質効率を低下させることなく再起動性を向上させることができる燃料改質システムを提供する。【解決手段】  燃料改質システム（１００）は、改質燃料を用いた改質反応によって水素を生成する改質手段（５１）と、改質手段（５１）に水蒸気を供給する水蒸気供給手段（６１）と、改質手段（５１）に改質燃料を供給する改質燃料供給手段（４０）と、改質手段（５１）に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段（８０）と、改質手段（５１）が運転停止する場合に改質手段（５１）への改質燃料および水蒸気の供給量が徐々に低下しつつ酸素が改質手段（５１）における改質反応に必要な量よりも多く改質手段（５１）に供給されるように、水蒸気供給手段（６１）、改質燃料供給手段（４０）および酸素ガス供給手段（８０）を制御する制御手段（１０）とを備えることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質燃料を用いた改質反応によって水素を生成する改質手段と、
前記改質手段に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、
前記改質手段に改質燃料を供給する改質燃料供給手段と、
前記改質手段に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、
前記改質手段が運転停止する場合に、前記改質手段への改質燃料および水蒸気の供給量が低下しつつ、酸素が前記改質手段における改質反応に必要な量よりも多く前記改質手段に供給されるように、前記水蒸気供給手段、前記改質燃料供給手段および前記酸素ガス供給手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする燃料改質システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記改質手段におけるＳ／Ｃ比がカーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比を超えるまで前記改質手段への改質燃料および水蒸気の供給量が低下するように、前記水蒸気供給手段および前記改質燃料供給手段を制御することを特徴とする請求項１記載の燃料改質システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記改質手段におけるＳ／Ｃ比がカーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比を超えた場合、所定の時間が経過した後に前記改質手段への水蒸気、改質燃料および酸素ガスの供給が停止するように、前記水蒸気供給手段、前記改質燃料供給手段および前記酸素ガス供給手段を制御することを特徴とする請求項１または２記載の燃料改質システム。
【請求項４】
発電に伴ってカソードにおいて水蒸気が生成される燃料電池をさらに備え、
前記水蒸気供給手段は、前記燃料電池において生成された水蒸気を前記改質手段に供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料改質システム。
【請求項５】
前記燃料電池の発電電流を検出する電流検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記電流検出手段の検出結果に基づいて、前記水蒸気供給手段による前記改質手段への水蒸気供給量を取得することを特徴とする請求項４記載の燃料改質システム。
【請求項６】
前記酸素ガス供給手段は、前記燃料電池のカソードを介して前記改質手段に酸素ガスを供給することを特徴とする請求項４または５記載の燃料改質システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質器を備えた燃料改質システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の燃料として用いられる水素ガスは、炭化水素燃料と水蒸気とを改質触媒を介して化学反応させることによって生成することができる。この改質触媒の効果を効率的に得るためには、改質触媒の種類に応じて変動はあるものの、改質触媒を約６００℃〜８００℃程度の高温に加熱する必要がある。そこで、燃料改質システムの再起動性を向上させるために、システム停止後に改質触媒温度を上昇させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の技術では、炭化水素燃料および水蒸気の供給を停止した状態で空気を改質器に供給し、空気中の酸素を用いて改質器内の可燃物を燃焼させることによって発生する酸化反応熱を用いることにより、改質触媒の温度上昇が実現されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１５８０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、改質器内において水蒸気改質反応のような吸熱反応が起こらない。したがって、改質触媒上に残存する炭化水素燃料が多い場合には、触媒における過度な酸化反応熱によって改質効率が劣化するおそれがある。
【０００６】
本発明は、改質効率を低下させることなく再起動性を向上させることができる燃料改質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】
【０００７】
本発明に係る燃料改質システムは、改質燃料を用いた改質反応によって水素を生成する改質手段と、改質手段に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、改質手段に改質燃料を供給する改質燃料供給手段と、改質手段に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、改質手段が運転停止する場合に改質手段への改質燃料および水蒸気の供給量が低下しつつ酸素が改質手段における改質反応に必要な量よりも多く改質手段に供給されるように水蒸気供給手段、改質燃料供給手段および酸素ガス供給手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る燃料改質システムにおいては、水蒸気供給手段によって水蒸気が改質手段に供給され、改質燃料供給手段によって改質燃料が改質手段に供給され、酸素ガス供給手段によって酸素ガスが改質手段に供給され、改質手段によって水素が生成され、改質手段が運転停止する場合に改質手段への改質燃料および水蒸気の供給量が低下しつつ酸素が改質手段における改質反応に必要な量よりも多く改質手段に供給されるように水蒸気供給手段、改質燃料供給手段および酸素ガス供給手段が制御手段によって制御される。
【０００９】
この場合、改質手段における水蒸気改質反応の比率が徐々に低下し、部分酸化反応の比率が徐々に増加する。水蒸気改質反応は吸熱反応であり、部分酸化反応は発熱反応である。それにより、改質手段における急激な温度低下を防止しつつ、改質手段における急激な温度上昇を防止することができる。また、改質手段の温度を徐々に増加させることができる。その結果、本発明に係る燃料改質システムの再起動性が向上する。
【００１０】
また、一般に、改質触媒内に残存する改質燃料量および水蒸気量は、運転停止処理開始時点の改質条件、改質触媒性能によって変化する。そのため、触媒温度検出、改質手段に供給する酸素ガス量の微調整等の複雑な制御が必要である。その結果、コストが増大してしまう。しかしながら、本発明においては、水蒸気改質反応の比率を徐々に低下させて部分酸化反応の比率を徐々に増加させる制御だけで済むので、制御則が簡略化される。したがって、コストを低下させることができる。
【００１１】
制御手段は、改質手段におけるＳ／Ｃ比がカーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比を超えるまで改質手段への改質燃料および水蒸気の供給量が低下するように、水蒸気供給手段および改質燃料供給手段を制御してもよい。この場合、改質手段におけるカーボン析出を抑制することができる。それにより、改質手段の改質効率の低下を抑制することができる。
【００１２】
制御手段は、改質手段におけるＳ／Ｃ比がカーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比を超えた場合、所定の時間が経過した後に改質手段への水蒸気、改質燃料および酸素ガスの供給が停止するように、水蒸気供給手段、改質燃料供給手段および酸素ガス供給手段を制御してもよい。この場合、改質手段におけるカーボン析出を抑制しつつ、改質手段の温度低下を防止することができる。
【００１３】
発電に伴ってカソードにおいて水蒸気が生成される燃料電池をさらに備え、水蒸気供給手段は、燃料電池において生成された水蒸気を改質手段に供給してもよい。この場合、水蒸気を発生させるための装置を新たに設ける必要がない。それにより、本発明に係る燃料改質システムを小型化することができるとともに、コストを低減させることができる。また、改質手段に供給する改質燃料量を減少させることによって燃料電池における発電生成水量は低下する。したがって、格別の制御則を導入することなく、本発明の効果が得られる。
【００１４】
燃料電池の発電電流を検出する電流検出手段をさらに備え、制御手段は、電流検出手段の検出結果に基づいて、水蒸気供給手段による改質手段への水蒸気供給量を取得してもよい。この場合、水蒸気量を検出する装置を設けることなく、改質手段への水蒸気供給量を取得することができる。したがって、コストを低減させることができる。
【００１５】
酸素ガス供給手段は、燃料電池のカソードを介して改質手段に酸素ガスを供給してもよい。この場合、燃料電池の動作に必要な酸素ガス供給手段を、本発明の酸素ガス供給手段として用いることができる。それにより、新たに酸素ガス供給手段を設ける必要がない。その結果、本発明に係る燃料改質システムを小型化することができる。また、改質手段に供給する改質燃料量を減少させることによって発電生成水量が低下し、さらにカソードにおいて消費される酸素量も減少することになる。それにより、結果として改質手段における部分酸化反応の比率が上昇する。したがって、格別の制御則を導入することなく、本発明の効果が得られる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、改質手段における急激な温度低下を防止しつつ、改質手段における急激な温度上昇を防止することができる。また、改質手段の温度を徐々に増加させることができる。その結果、本発明に係る燃料改質システムの再起動性が向上する。また、水蒸気改質反応の比率を徐々に低下させて部分酸化反応の比率を徐々に増加させる制御だけで済むので、制御則が簡略化される。したがって、コストを低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の第１実施例に係る燃料改質システム１００の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、燃料改質システム１００は、制御部１０、改質燃料タンク２０、燃料ポンプ３０、調量弁４０、改質器５０、燃料電池６０およびエアポンプ７０，８０を備える。
【００１９】
改質器５０は、改質部５１、加熱部５２、温度センサ５３および空気過剰率λセンサ５４を備える。温度センサ５３は、改質部５１内に設けられている。空気過剰率λセンサ５４は、加熱部５２から外部に通じる排気系に設けられている。ここで、空気過剰率λとは、加熱部５２における完全燃焼に必要な酸素量に対する、加熱部５２に供給される酸素量の比を示す。燃料電池６０は、カソード６１、アノード６２、冷却部６３、電圧計６４および電流計６５を備える。
【００２０】
本実施例においては、燃料電池６０として水素分離膜電池を用いた。ここで、水素分離膜電池とは、水素分離膜層を備えた燃料電池である。水素分離膜層は水素透過性を有する金属によって形成される層である。水素分離膜電池は、この水素分離膜層及びプロトン導電性を有する電解質を積層した構造をとっている。水素分離膜電池のアノードに供給された水素は触媒を介してプロトンに変換され、プロトン導電性の電解質中を移動し、カソードにおいて酸素と結合して水となる。カソードにおいて発生した水は、水素分離膜電池の発電の際に発生する熱によって水蒸気になる。
【００２１】
制御部１０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等から構成される。また、制御部１０には、起動スイッチ１１が設けられている。制御部１０は、温度センサ５３、空気過剰率λセンサ５４、電圧計６４および電流計６５から与えられる検出結果および起動スイッチ１１の操作に基づいて、燃料改質システム１００の各部を制御する。詳細は後述する。
【００２２】
改質燃料タンク２０は、改質燃料として用いる炭化水素燃料を貯蔵している。燃料ポンプ３０は、制御部１０の指示に従って、改質燃料タンク２０に貯蔵されている炭化水素燃料を調量弁４０に供給する。調量弁４０は、制御部１０の指示に従って、改質部５１における改質反応に必要な量の炭化水素燃料を改質部５１に供給する。
【００２３】
改質部５１においては、炭化水素燃料と後述するカソードオフガスとから水素を含有する改質ガスが生成される。まず、炭化水素燃料中のメタンとカソードオフガス中の水蒸気とにより水蒸気改質反応が起こり、水素及び一酸化炭素が生成される。次に、生成された一酸化炭素の一部とカソードオフガス中の水蒸気とが反応し、水素及び二酸化炭素が生成される。水蒸気改質反応に必要な水蒸気が不足している場合には、カソードオフガス中の酸素とメタンとが部分酸化反応を起こし、水素及び一酸化炭素が生成される。
【００２４】
改質部５１において生成された改質ガスは、アノード６２に供給される。アノード６２においては、改質ガス中の水素がプロトンに変換される。アノード６２においてプロトンに変換されなかった水素、ならびに、改質部５１において反応しなかったメタン、一酸化炭素および水蒸気は、アノードオフガスとして加熱部５２に供給される。
【００２５】
エアポンプ７０は、制御部１０の指示に従って、必要量のエアを冷却部６３に供給する。冷却部６３に供給されたエアは、燃料電池６０を冷却して加熱部５２に供給される。加熱部５２においては、アノードオフガスと冷却部６３から供給されるエアとによって燃焼反応が起こる。加熱部５２における燃焼反応によって発生する排気ガスは、燃料改質システム１００の外部に排出される。また、加熱部５２における燃焼反応による燃焼熱は、改質部５１における水蒸気改質反応に利用される。
【００２６】
温度センサ５３は、改質部５１内の改質触媒の温度を検出し、その検出結果を制御部１０に与える。空気過剰率λセンサ５４は、加熱部５２から排出される排気ガスから加熱部５２における空気過剰率λを検出し、その検出結果を制御部１０に与える。
【００２７】
エアポンプ８０は、制御部１０の指示に従って、必要量の酸素をカソード６１に供給する。カソード６１においては、アノード６２において変換されたプロトンとカソード６１に供給されたエア中の酸素とから水が発生するとともに電力が発生する。発生した電力は、蓄電池（図示せず）に蓄電されまたはモータ等の負荷に用いられる。発生した水は、燃料電池６０において発生する熱によって水蒸気となる。カソード６１において発生した水蒸気およびプロトンと反応しなかったエアは、カソードオフガスとして改質部５１に供給され、それぞれ水蒸気改質反応および部分酸化反応に用いられる。
【００２８】
電圧計６４は、燃料電池６０における発電により発生した電圧を検出し、その検出結果を制御部１０に与える。また、電流計６５は、燃料電池６０における発電反応により発生した電流を検出し、その検出結果を制御部１０に与える。起動スイッチ１１は、燃料改質システム１００を起動させるためのスイッチである。制御部１０は、起動スイッチ１１が操作者によってオンされた場合には燃料改質システム１００を起動させ、起動スイッチが操作者によってオフされた場合には燃料改質システム１００を停止させるための運転停止処理を行う。以下、燃料改質システム１００の停止時における制御部１０による運転停止処理について説明する。
【００２９】
まず、制御部１０は、燃料改質システム１００の運転の停止指示がなされたか否かを判定する。本実施例においては、起動スイッチ１１が操作者によってオフされたことによって燃料改質システム１００の運転停止指示がなされたと判定される。なお、制御部１０は、燃料電池６０の温度が所定値を下回った場合に運転停止指示がなされたと判定してもよい。燃料電池６０の発電が終了したと判断されるからである。また、制御部１０は、蓄電池の蓄電量が所定の量を超えた場合に運転停止指示がなされたと判定してもよい。蓄電池の蓄電量が増加すれば燃料電池６０の発電が不要になるからである。
【００３０】
制御部１０は、運転停止指示がなされたと判定した場合、燃料改質システム１００の運転停止処理を行う。まず、制御部１０は、カーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比を取得する。ここで、Ｓ／Ｃ比とは、改質部５１に供給される水蒸気と改質部５１に供給される炭化水素燃料中の炭素とのモル比を示す。したがって、燃料電池６０において発生する水蒸気量と調量弁４０によって改質部５１に供給される炭化水素燃料量とからＳ／Ｃ比を求めることができる。カーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比とは、改質部５１においてカーボン析出が発生しないために必要なＳ／Ｃ比である。
【００３１】
カーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比は、触媒の種類、触媒温度およびＯ／Ｃ比の関数である。ここで、Ｏ／Ｃ比とは、改質部５１に供給される酸素と改質部５１に供給される炭化水素燃料中の炭素とのモル比を示す。したがって、Ｏ／Ｃ比は、カソード６１から改質部５１に供給されるエア量と調量弁４０によって改質部５１に供給される炭化水素燃料量とから求めることができる。触媒の種類は、燃料改質システム１００の運転中に変化することはないので、固定である。したがって、カーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比は、触媒温度およびＯ／Ｃ比から求めることができる。
【００３２】
図２は、カーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比、触媒温度およびＯ／Ｃ比の関係の一例を示す図である。図２の縦軸はカーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比を示し、図２の横軸は改質部５１の触媒温度を示す。図２に示すように、カーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比は、触媒温度が低いほど、また、Ｏ／Ｃ比が小さいほど、大きい値になる。したがって、触媒温度が低いほど、また、Ｏ／Ｃ比が小さいほど、改質部５１においてカーボンが析出しやすくなる。
【００３３】
次に、制御部１０は、現在のＳ／Ｃ比がカーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比を超えているか否かを判定する。現在のＳ／Ｃ比は、燃料電池６０の発電によって生成される水量と改質部５１に供給される炭化水素燃料量とから求めることができる。したがって、水蒸気量を検出する装置を新たに設ける必要がない。燃料電池６０の発電生成水量は、下記式（１）から求めることができる。なお、式（１）中の発電電流は、電流計６５の検出結果から得られる。積層セル枚数は、燃料電池６０内の積層セル枚数である。
発電生成水量（ｍｏｌ／ｓｅｃ）
＝（発電電流×積層セル枚数）／（２×ファラデー定数）  （１）
ファラデー定数：９６４８５
【００３４】
現在のＳ／Ｃ比がカーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比以下である場合、制御部１０は、調量弁４０から改質部５１に供給される炭化水素燃料量を徐々に減少させるとともに、Ｏ／Ｃ比を徐々に増加させる。この場合、制御部１０は、調量弁４０から改質部５１に供給される炭化水素燃料量を、現在の炭化水素燃料量と所定の燃料減衰係数（＜１）との積によって決定することができ、現在の炭化水素燃料量から所定の燃料減衰量を差し引くことによって決定することもできる。ただし、燃料減衰係数を用いて調量弁４０から改質部５１に供給される炭化水素燃料量が決定されることが好ましい。エアポンプ８０によるエア供給量過大等の制御破綻時における改質触媒の過熱損傷期間を短縮することができ、かつ、改質触媒のガスパージに必要な時間を容易なロジックで実現することができるからである。
【００３５】
また、制御部１０は、目標Ｏ／Ｃ比を、現在のＯ／Ｃ比と所定のＯ／Ｃ比増加係数（＞１）との積によって決定することができ、現在のＯ／Ｃ比に所定のＯ／Ｃ比増加量を足し合わせることによって決定することもできる。制御部１０は、エアポンプ８０から改質部５１に供給されるエア量を制御することによって目標Ｏ／Ｃ比を実現することができる。制御部１０は、Ｓ／Ｃ比がカーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比を超えるまで、調量弁４０から改質部５１に供給される炭化水素燃料量を徐々に減少させるとともに、Ｏ／Ｃ比を徐々に増加させる。この場合、改質部５１におけるカーボン析出を抑制することができる。
【００３６】
現在のＳ／Ｃ比がカーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比を超えた場合、制御部１０は、調量弁４０による改質部５１への炭化水素燃料の供給量を、調量弁４０が実現できる最小量に制御する。また、制御部１０は、エアポンプ８０からカソード６１に供給されるエア量を、空気過剰率λと改質部５１への炭化水素燃料供給量との積によって決定する。その後、制御部１０は、所定の時間（例えば、５秒）が経過するまで待機する。その後、制御部１０は、調量弁４０からの改質部５１への炭化水素燃料の供給、エアポンプ８０からカソード６１へのエアの供給およびエアポンプ７０から冷却部６３へのエアの供給を停止させる。それにより、燃料改質システム１００の運転が完全に停止する。
【００３７】
また、制御部１０は、改質部５１への現在の改質燃料供給量が調量弁４０が実現できる最小量を以下である場合においても、調量弁４０からの改質部５１への炭化水素燃料の供給、エアポンプ８０からカソード６１へのエアの供給およびエアポンプ７０から冷却部６３へのエアの供給を停止させる。
【００３８】
図３は、制御部１０による運転停止処理の結果の１例を示す図である。図３の横軸は時間を示し、図３の縦軸は改質部５１の改質触媒温度、空気過剰率λ、Ｓ／Ｃ比および燃料電池６０の発電量を示す。図３に示すように、運転停止処理が開始された後、Ｓ／Ｃ比が減少するとともに空気過剰率λが増加する。それに伴い、改質触媒温度は徐々に増加する。また、燃料電池６０の発電は減少する。
【００３９】
このように、本実施例においては、改質部５１への水蒸気供給量および炭化水素燃料供給量が徐々に低下する。また、改質部５１におけるＯ／Ｃ比が徐々に増加する。それにより、改質部５１における水蒸気改質反応の比率が徐々に低下し、部分酸化反応の比率が徐々に増加する。水蒸気改質反応は吸熱反応であり、部分酸化反応は発熱反応である。この場合、改質部５１における急激な温度低下を防止しつつ、改質部５１における急激な温度上昇を防止することができる。また、改質部５１の温度を徐々に増加させることができる。その結果、燃料改質システム１００の再起動性が向上する。
【００４０】
また、一般に、改質触媒内に残存する炭化水素燃料量および水蒸気量は、運転停止処理開始時点の改質条件、改質触媒性能によって変化する。そのため、触媒温度検出、改質部に供給するエア量の微調整等の複雑な制御が必要である。その結果、装置コストが増大してしまう。しかしながら、本実施例においては、水蒸気改質反応の比率を徐々に低下させて部分酸化反応の比率を徐々に増加させる制御だけで済むので、制御則が簡略化される。したがって、装置コストを低下させることができる。
【００４１】
特に、本実施例に係る燃料改質システム１００のように発電生成水を水蒸気改質反応に用いる場合、改質燃料量を減少させることによって発電生成水量が低下し、さらにカソード６１において消費される酸素量も減少することから、結果として部分酸化反応の比率が上昇する。したがって、格別の制御則を導入することなく、本発明の効果が得られる。
【００４２】
また、本実施例の場合、水蒸気を発生させるための装置を新たに設ける必要がない。それにより、燃料改質システム１００を小型化することができるとともに、コストを低減させることができる。さらに、燃料電池６０の動作に必要なエアポンプ８０を、改質部５１への酸素供給手段としても用いることができる。それにより、新たに酸素供給手段を設ける必要がない。その結果、燃料改質システム１００を小型化することができる。
【００４３】
また、本実施例においては、現在のＳ／Ｃ比がカーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比を超えた場合において調量弁４０が実現できる最小量の炭化水素燃料が改質部５１に供給されることによって部分酸化反応が継続する。それにより、改質部５１におけるカーボン析出を抑制しつつ、改質部５１の温度低下を防止することができる。なお、本実施例においてはカソードオフガスを改質部５１に供給しているが、水蒸気供給手段および酸素供給手段を新たに設けてもよい。
【００４４】
続いて、制御部１０が燃料改質システム１００の運転停止処理を行う際のフローチャートの１例について説明する。図４は、上記フローチャートの１例を示す図である。制御部１０は、図４のフローチャートを例えば１００ｍｓごとに実行する。まず、図４に示すように、制御部１０は、運転停止指示がなされたか否かを判定する（ステップＳ１）。この場合、制御部１０は、起動スイッチ１１がオフされたことによって運転停止指示がなされたと判定する。
【００４５】
ステップＳ１において運転停止指示がなされたと判定されなかった場合、制御部１０は処理を終了する。ステップＳ１において運転停止指示がなされたと判定された場合、制御部１０は、後述する積算燃焼時間が０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２において積算燃焼時間が０よりも大きいと判定されなかった場合、制御部１０は、現在の炭化水素燃料の改質部５１への供給量が、調量弁４０が実現できる最小量以下であるか否かを判定する（ステップＳ３）。
【００４６】
ステップＳ３において、現在の炭化水素燃料の改質部５１への供給量が、調量弁４０が実現できる最小量以下であると判定されなかった場合、制御部１０は、カーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比を取得する（ステップＳ４）。この場合、制御部１０は、温度センサ５３の検出結果、現在のＯ／Ｃ比および図２を用いてカーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比を取得することができる。
【００４７】
次に、制御部１０は、現在のＳ／Ｃ比がカーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比以下であるか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５において現在のＳ／Ｃ比がカーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比以下であると判定された場合、制御部１０は、調量弁４０による改質部５１への炭化水素燃料供給量を決定する（ステップＳ６）。この場合、制御部１０は、現在の調量弁４０から改質部５１に供給される炭化水素燃料量と燃料減衰係数（例えば、０．５）との積または調量弁４０が実現できる最小量のいずれか大きい方の量を、調量弁４０による改質部５１への炭化水素燃料供給量に設定する。
【００４８】
次に、制御部１０は、目標Ｏ／Ｃ比を決定する（ステップＳ７）。この場合、制御部１０は、現在のＯ／Ｃ比とＯ／Ｃ比増加係数（例えば、１．５）との積または改質部５１における改質反応の維持が可能なＯ／Ｃ比の上限値のいずれか小さい方の値を目標Ｏ／Ｃ比に設定する。次いで、制御部１０は、エアポンプ８０によってカソード６１に供給されるエア量を、ステップＳ６において求めた炭化水素燃料供給量とステップＳ７において求めた目標Ｏ／Ｃ比とから求める（ステップＳ８）。
【００４９】
この場合、制御部１０は、燃料電池６０における発電の際に用いられる酸素量を補正する。この補正量は、燃料電池６０の発電電流に基づいて求めることができる。なお、制御部１０は、調量弁４０から改質部５１に供給される炭化水素燃料量と燃料電池６０の発電電流とに基づいて上記補正量を学習することができる。この場合、ステップＳ８においてエア量を正確に求めることができる。その後、制御部１０は、処理を終了させる。
【００５０】
ステップＳ５において現在のＳ／Ｃ比がカーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比以下であると判定されなかった場合、制御部１０は、積算燃焼時間を０に設定する（ステップＳ９）。次に、制御部１０は、調量弁４０から改質部５１に供給される炭化水素燃料量を、調量弁４０が実現できる最小量に設定する（ステップＳ１０）。次いで、制御部１０は、エアポンプ８０によるカソード６１へのエア供給量を、ステップＳ１０において求めた炭化水素燃料量と空気過剰率λ（例えば、３．５）との積に設定する（ステップＳ１１）。
【００５１】
次に、制御部１０は、積算燃焼時間を０．１秒増加させる（ステップＳ１２）。次いで、制御部１０は、積算燃焼時間が最大積算燃焼時間（例えば、５秒）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において積算燃焼時間が最大積算燃焼時間以下であると判定された場合、制御部１０は、処理を終了させる。ステップＳ１３において積算燃焼時間が最大積算燃焼時間以下であると判定されなかった場合、制御部１０は、調量弁４０からの改質部５１への炭化水素燃料の供給、エアポンプ８０からカソード６１へのエアの供給およびエアポンプ７０から冷却部６３へのエアの供給を停止させる（ステップＳ１４）。
【００５２】
なお、ステップＳ２において積算燃焼時間が０よりも大きいと判定された場合、制御部１０は、ステップ１２の動作を行う。また、ステップＳ３において現在の炭化水素燃料の改質部５１への供給量が、調量弁４０が実現できる最小量以下であると判定された場合、制御部１０は、ステップＳ１４の動作を行う。
【００５３】
このように、図４のフローチャートに従って運転停止処理がなされることによって、改質部５１における急激な温度低下を防止しつつ、改質部５１における急激な温度上昇を防止することができる。また、改質部５１の温度を徐々に増加させることができる。その結果、燃料改質システム１００の再起動性が向上する。また、現在のＳ／Ｃ比がカーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比を超えた場合において調量弁４０が実現できる最小量の炭化水素燃料が改質部５１に供給されることによって部分酸化反応が継続する。それにより、改質部５１におけるカーボン析出を抑制しつつ、改質部５１の温度低下を防止することができる。
【００５４】
本実施例においては、改質部５１が改質手段に相当し、燃料電池６０およびエアポンプ８０が水蒸気供給手段に相当し、エアポンプ８０が酸素ガス供給手段に相当し、調量弁４０が改質燃料供給手段に相当し、制御部１０が制御手段に相当し、電流計６４が電流検出手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施例に係る燃料改質システムの全体構成を示す模式図である。
【図２】カーボン析出回避限界Ｓ／Ｃ比、触媒温度およびＯ／Ｃ比の関係の一例を示す図である。
【図３】制御部による運転停止処理の結果の１例を示す図である。
【図４】上記フローチャートの１例を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  制御部
２０  改質燃料タンク
４０  調量弁
５０  改質器
５１  改質部
５２  温度センサ５３
５４  空気過剰率λセンサ
６０  燃料電池
６１  カソード
６２  アノード
６４  電圧計
６５  電流計
７０，８０  エアポンプ
１００  燃料改質システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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