(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱流体によって被加熱流体を加熱し蒸発させて気体状の被加熱流体を生成するための蒸気発生装置であって、
前記加熱流体が流れる加熱流体流路と、前記被加熱流体が流れる被加熱流体流路とを有する熱交換器と、
前記加熱流体流路に導入される前記加熱流体の流量を調整するための流量調整部と、
前記流量調整部を制御する制御部と、
を備え、
前記熱交換器は、前記被加熱流体が主として液体状である液相部と、前記被加熱流体が主として気体状である気相部と、を有し、
前記流量調整部は、前記気相部の前記加熱流体流路に前記加熱流体を導入するために前記加熱流体流路の入り口部と当該入り口部よりも下流側の位置とに設置された２つの第１の流量調整要素と、前記液相部の前記加熱流体流路に前記加熱流体を導入するための少なくとも１つの第２の流量調整要素と、を有し、
前記制御部は、前記２つの第１の流量調整要素によって前記気相部に導入される前記加熱流体の２つの第１の流量と、前記第２の流量調整要素によって前記液相部に導入される前記加熱流体の第２の流量とを、異なる種類の目標値に基づいてそれぞれ制御するとともに、前記２つの第１の流量の比を、予め設定されたマップを参照して決定する、前記蒸気発生装置。
【請求項２】
請求項１記載の蒸気発生装置であって、
前記制御部は、前記２つの第１の流量調整要素と前記第２の流量調整要素とを、互いの操作量に直接的に依存することなく独立に制御する、蒸気発生装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の蒸気発生装置であって、
前記制御部は、前記気体状被加熱流体の温度を目標値として前記２つの第１の流量調整要素を制御するとともに、前記気体状被加熱流体の流量を目標値として前記第２の流量調整要素を制御する、蒸気発生装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の蒸気発生装置であって、
前記加熱流体は、燃焼燃料と、空気と、前記燃焼燃料が燃焼した燃焼ガスと、を成分として含み、
前記２つの第１の流量調整要素と前記第２の流量調整要素は、前記燃焼燃料の流量を調整するためのものである、蒸気発生装置。
【請求項５】
燃焼燃料と、空気と、前記燃焼燃料が燃焼した燃焼ガスと、を成分として含む加熱流体によって被加熱流体を加熱し蒸発させて気体状の被加熱流体を生成するための蒸気発生装置であって、
前記加熱流体が流れる加熱流体流路と、前記被加熱流体が流れる被加熱流体流路とを有する熱交換器と、
前記加熱流体流路に導入される前記加熱流体の流量を調整するための流量調整部と、
前記流量調整部を制御する制御部と、
を備え、
前記熱交換器は、前記被加熱流体が主として液体状である液相部と、前記被加熱流体が主として気体状である気相部と、を有し、
前記流量調整部は、前記気相部の前記加熱流体流路に前記燃焼燃料を導入するための少なくとも１つの第１の流量調整要素と、前記液相部の前記加熱流体流路に前記燃焼燃料を導入するための少なくとも１つの第２の流量調整要素と、前記燃焼燃料の燃焼に利用される空気を前記加熱流体流路に供給するための第３の流量調整要素とを有し、
前記制御部は、
前記第１の流量調整要素によって前記気相部に導入される前記燃焼燃料の第１の流量と、前記第２の流量調整要素によって前記液相部に導入される前記燃焼燃料の第２の流量とを、異なる種類の目標値に基づいてそれぞれ制御するとともに、
前記第３の流量調整要素によって前記加熱流体流路に導入される前記空気の流量を、前記加熱流体流路に導入される燃焼燃料の総量に応じて制御する、蒸気発生装置。
【請求項６】
加熱流体によって被加熱流体を加熱し蒸発させて気体状の被加熱流体を生成するための蒸気発生装置であって、
前記加熱流体が流れる加熱流体流路と、前記被加熱流体が流れる被加熱流体流路とを有する熱交換器と、
前記加熱流体流路に導入される前記加熱流体の流量を調整するための流量調整部と、
前記流量調整部を制御する制御部と、
を備え、
前記被加熱流体流路は、ほぼ鉛直に配設された複数の鉛直流路を含み、
前記加熱流体流路は、ほぼ水平に配設された複数の水平流路を含み、
前記熱交換器は、前記複数の鉛直流路と前記複数の水平流路とで構成された直交型熱交換部を含み、
前記熱交換器は、前記被加熱流体が主として液体状である液相部と、前記被加熱流体が主として気体状である気相部と、を有し、
前記流量調整部は、前記気相部の前記加熱流体流路に前記加熱流体を導入するための少なくとも１つの第１の流量調整要素と、前記液相部の前記加熱流体流路に前記加熱流体を導入するための少なくとも１つの第２の流量調整要素と、を有し、
前記制御部は、前記第１の流量調整要素によって前記気相部に導入される前記加熱流体の第１の流量と、前記第２の流量調整要素によって前記液相部に導入される前記加熱流体の第２の流量とを、異なる種類の目標値に基づいてそれぞれ制御する、蒸気発生装置。
【請求項７】
請求項６記載の蒸気発生装置であって、
前記複数の水平流路は、前記加熱流体の流れ方向が異なる複数の段に区分されており、
隣接する段の水平流路は、端部に設けられた折り返し流路部で互いに接続されており、
前記複数の段のうちの比較的上側の少なくとも１つの段が前記気相部に相当するとともに、前記複数の段のうちの比較的下側の少なくとも１つの段が前記液相部に相当し、
前記第２の流量調整要素は、互いに隣接する前記液相部の段と前記気相部の段との間を接続する前記折り返し流路部に導入される前記加熱流体の流量を調整するものである、蒸気発生装置。
【請求項８】
加熱流体によって被加熱流体を加熱し蒸発させて気体状の被加熱流体を生成するための蒸気発生装置であって、
前記加熱流体が流れる加熱流体流路と、前記被加熱流体が流れる被加熱流体流路とを有する熱交換器と、
前記加熱流体流路に導入される前記加熱流体の流量を調整するための流量調整部と、
前記被加熱流体の温度を測定するための温度測定部と、
前記流量調整部を制御する制御部と、
を備え、
前記被加熱流体流路は、前記熱交換器内部において複数の小流路に分割されており、
前記温度測定部は、前記複数の小流路の中の少なくとも一部の小流路の出口近傍に設けられた複数の温度センサを有し、
前記制御部は、前記複数の温度センサでそれぞれ測定された複数の温度に対して均等でない重み付けを行って前記熱交換器から排出される気体状被加熱流体の平均温度を算出するとともに、前記平均温度に基づいて前記流量調整部を制御することを特徴とする蒸気発生装置。
【請求項９】
炭化水素系化合物を含む改質原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、
液体状改質原料を蒸発させて気体状改質原料を生成するための請求項１ないし８のいずれかに記載の蒸気発生装置と、
前記気体状改質原料の改質を行う改質部と、
を備える燃料改質装置。
【請求項１０】
加熱流体によって被加熱流体を加熱し蒸発させて気体状の被加熱流体を生成するための方法であって、
（ａ）前記加熱流体が流れる加熱流体流路と、前記被加熱流体が流れる被加熱流体流路とを有するとともに、前記被加熱流体が主として液体状である液相部と、前記被加熱流体が主として気体状である気相部とに区分される熱交換器を準備する工程と、
（ｂ）前記気相部における前記加熱流体流路の入り口部と当該入り口部よりも下流側の位置とに設置された２つの第１の流量調整要素からそれぞれ導入される前記加熱流体の２つの第１の流量と、少なくとも１つの第２の流量調整要素によって前記液相部に導入される前記加熱流体の第２の流量とを、異なる種類の目標値に基づいてそれぞれ制御するとともに、前記２つの第１の流量の比を、予め設定されたマップを参照して決定する工程と、
を備えることを特徴とする蒸気発生方法。
【請求項１１】
加熱流体によって被加熱流体を加熱し蒸発させて気体状の被加熱流体を生成するための方法であって、
（ａ）前記加熱流体が流れる加熱流体流路と、前記被加熱流体が流れる被加熱流体流路とを有するとともに、前記被加熱流体流路が複数の小流路に分割されている熱交換器を準備する工程と、
（ｂ）前記複数の小流路の中の少なくとも一部の小流路の出口近傍において、複数の温度をそれぞれ測定する工程と、
（ｃ）前記複数の温度に対して均等でない重み付けを行って前記熱交換器から排出される気体状被加熱流体の平均温度を算出する工程と、
（ｄ）前記平均温度に基づいて、前記熱交換器に供給される前記加熱流体の流量を制御する工程と、
を備えることを特徴とする蒸気発生方法。
【請求項１２】
請求項１ないし４のいずれかに記載の蒸気発生装置であって、
前記２つの第１の流量の比は、前記２つの第１の流量の合計値に応じて変化するように決定される、蒸気発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱流体によって被加熱流体を加熱し蒸発させて気体状の被加熱流体を生成するための蒸気発生装置の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気発生装置は、種々のプラントや装置に用いられており、燃料電池に供給する水素を生成するための燃料改質装置にも蒸気発生装置が利用されている。燃料改質装置は、改質触媒を用いた改質反応によって、炭化水素系化合物を含む改質原料から水素リッチな燃料ガス（「改質ガス」とも呼ぶ）を生成する。ガソリンやメタノールのような液体状の改質原料を用いる場合には、改質原料を気化させるための蒸気発生装置（蒸発部）が、改質触媒を収納した改質部の上流側に設けられる。
【０００３】
蒸気発生装置に関しては、種々の制御技術が工夫されている。例えば、特開平１１−１１８１１６号公報には、触媒燃焼を利用した蒸気発生装置において、被加熱流体の温度を検出し、この検出値に基づいて被加熱流体の流量を制御する技術が開示されている。この技術によれば、より早期に蒸気を発生させることが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一般に、蒸気発生には液相から気相への相変化が伴うので、安定した品質の蒸気を発生させることは必ずしも容易では無い。また、車両用の燃料改質装置に用いられる蒸発器のように、要求される蒸気発生量が変動する場合には、要求蒸気量の変動に対する応答性も要求される。しかし、従来の蒸気発生装置では、蒸気品質の安定性や、負荷変動への応答性が必ずしも十分ではないという問題があった。
【０００５】
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、蒸気品質の安定性や負荷変動への応答性に優れた蒸気発生を行うことのできる技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明による蒸気発生装置は、加熱流体によって被加熱流体を加熱し蒸発させて気体状の被加熱流体を生成するための蒸気発生装置であって、
前記加熱流体が流れる加熱流体流路と、前記被加熱流体が流れる被加熱流体流路とを有する熱交換器と、
前記加熱流体流路に導入される前記加熱流体の流量を調整するための流量調整部と、
前記流量調整部を制御する制御部と、
を備え、
前記熱交換器は、前記被加熱流体が主として液体状である液相部と、前記被加熱流体が主として気体状である気相部と、を有し、
前記流量調整部は、前記気相部の前記加熱流体流路に前記加熱流体を導入するために前記加熱流体流路の入り口部と当該入り口部よりも下流側の位置とに設置された２つの第１の流量調整要素と、前記液相部の前記加熱流体流路に前記加熱流体を導入するための少なくとも１つの第２の流量調整要素と、を有し、
前記制御部は、前記２つの第１の流量調整要素によって前記気相部に導入される前記加熱流体の２つの第１の流量と、前記第２の流量調整要素によって前記液相部に導入される前記加熱流体の第２の流量とを、異なる種類の目標値に基づいてそれぞれ制御するとともに、前記２つの第１の流量の比を、予め設定されたマップを参照して決定する。
【０００７】
この蒸気発生装置によれば、気相部に導入される加熱流体の流量と、液相部に導入される加熱流体の流量とがそれぞれ異なる種類の目標値に基づいて制御されており、また、２つの第１の流量の比が予め設定されたマップを参照して決定されるので、気相部と液相部とにおいて、それぞれに望まれる熱交換状態を素早く実現することができる。この結果、蒸気品質の安定性や負荷変動への応答性に優れた蒸気発生を行うことが可能である。
【０００８】
なお、前記制御部は、前記２つの第１の流量調整要素と前記第２の流量調整要素とを、互いの操作量に直接的に依存することなく独立に制御することが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、気相部と液相部の制御上の相互干渉を防止できるので、蒸気品質の安定性や負荷変動への応答性をより高めることが可能である。
【００１０】
前記制御部は、前記気体状被加熱流体の温度を目標値として前記２つの第１の流量調整要素を制御するとともに、前記気体状被加熱流体の流量を目標値として前記第２の流量調整要素を制御するようにしてもよい。
【００１１】
このような目標値を用いれば、蒸気流量は液相部での加熱量の調整によって制御され、一方、蒸気温度は気相部での加熱量によって制御される。従って、蒸気温度と蒸気流量の制御上の相互干渉を防止しつつ、蒸気品質の安定性や負荷変動への応答性をより高めることができる。
【００１２】
前記加熱流体は、燃焼燃料と、空気と、前記燃焼燃料が燃焼した燃焼ガスと、を成分として含んでいてもよい。このとき、前記２つの第１の流量調整要素と前記第２の流量調整要素は、前記燃焼燃料の流量を調整するためのものとしてもよい。
【００１３】
この構成によれば、気相部と液相部への燃焼燃料の流量を調整することによって、蒸気温度と蒸気流量とをそれぞれ制御することが可能になる。
【００１４】
本発明による他の蒸気発生装置は、燃焼燃料と、空気と、前記燃焼燃料が燃焼した燃焼ガスと、を成分として含む加熱流体によって被加熱流体を加熱し蒸発させて気体状の被加熱流体を生成するための蒸気発生装置であって、
前記加熱流体が流れる加熱流体流路と、前記被加熱流体が流れる被加熱流体流路とを有する熱交換器と、
前記加熱流体流路に導入される前記加熱流体の流量を調整するための流量調整部と、
前記流量調整部を制御する制御部と、
を備え、
前記熱交換器は、前記被加熱流体が主として液体状である液相部と、前記被加熱流体が主として気体状である気相部と、を有し、
前記流量調整部は、前記気相部の前記加熱流体流路に前記燃焼燃料を導入するための少なくとも１つの第１の流量調整要素と、前記液相部の前記加熱流体流路に前記燃焼燃料を導入するための少なくとも１つの第２の流量調整要素と、前記燃焼燃料の燃焼に利用される空気を前記加熱流体流路に供給するための第３の流量調整要素とを有し、
前記制御部は、
前記第１の流量調整要素によって前記気相部に導入される前記燃焼燃料の第１の流量と、前記第２の流量調整要素によって前記液相部に導入される前記燃焼燃料の第２の流量とを、異なる種類の目標値に基づいてそれぞれ制御するとともに、
前記第３の流量調整要素によって前記加熱流体流路に導入される前記空気の流量を、前記加熱流体流路に導入される燃焼燃料の総量に応じて制御する。
【００１５】
この構成によれば、燃焼燃料の総量に応じて、適切な量の空気を熱交換器に供給することが可能である。
【００１６】
本発明による更に他の蒸気発生装置は、加熱流体によって被加熱流体を加熱し蒸発させて気体状の被加熱流体を生成するための蒸気発生装置であって、
前記加熱流体が流れる加熱流体流路と、前記被加熱流体が流れる被加熱流体流路とを有する熱交換器と、
前記加熱流体流路に導入される前記加熱流体の流量を調整するための流量調整部と、
前記流量調整部を制御する制御部と、
を備え、
前記被加熱流体流路は、ほぼ鉛直に配設された複数の鉛直流路を含み、
前記加熱流体流路は、ほぼ水平に配設された複数の水平流路を含み、
前記熱交換器は、前記複数の鉛直流路と前記複数の水平流路とで構成された直交型熱交換部を含み、
前記熱交換器は、前記被加熱流体が主として液体状である液相部と、前記被加熱流体が主として気体状である気相部と、を有し、
前記流量調整部は、前記気相部の前記加熱流体流路に前記加熱流体を導入するための少なくとも１つの第１の流量調整要素と、前記液相部の前記加熱流体流路に前記加熱流体を導入するための少なくとも１つの第２の流量調整要素と、を有し、
前記制御部は、前記第１の流量調整要素によって前記気相部に導入される前記加熱流体の第１の流量と、前記第２の流量調整要素によって前記液相部に導入される前記加熱流体の第２の流量とを、異なる種類の目標値に基づいてそれぞれ制御する。
【００１７】
このような直交型熱交換器では、気相部と液相部とを区分することが比較的容易なので、気相部と液相部とをそれぞれ別の目標値で制御することも容易である。
【００１８】
前記複数の水平流路は、前記加熱流体の流れ方向が異なる複数の段に区分されており、隣接する段の水平流路は、端部に設けられた折り返し流路部で互いに接続されており、前記複数の段のうちの比較的上側の少なくとも１つの段が前記気相部に相当するものとしてもよい。また、前記複数の段のうちの比較的下側の少なくとも１つの段が前記液相部に相当するものとし、前記第２の流量調整要素は、互いに隣接する前記液相部の段と前記気相部の段との間を接続する前記折り返し流路部に導入される前記加熱流体の流量を調整するものであってもよい。
【００１９】
この構成によれば、気相部と液相部とが水平流路の段で区別されているので、気相部と液相部に供給する加熱流体の量をそれぞれ個別に制御することが容易である。
【００２０】
本発明による他の蒸気発生装置は、加熱流体によって被加熱流体を加熱し蒸発させて気体状の被加熱流体を生成するための蒸気発生装置であって、前記加熱流体が流れる加熱流体流路と、前記被加熱流体が流れる被加熱流体流路とを有する熱交換器と、前記加熱流体流路に導入される前記加熱流体の流量を調整するための流量調整部と、前記被加熱流体の温度を測定するための温度測定部と、前記流量調整部を制御する制御部と、を備える。前記被加熱流体流路は、前記熱交換器内部において複数の小流路に分割されている。前記温度測定部は、前記複数の小流路の中の少なくとも一部の小流路の出口近傍に設けられた複数の温度センサを有する。また、前記制御部は、前記複数の温度センサでそれぞれ測定された複数の温度に対して均等でない重み付けを行って前記熱交換器から排出される気体状被加熱流体の平均温度を算出するとともに、前記平均温度に基づいて前記流量調整部を制御する。
【００２１】
この蒸気発生装置によれば、被加熱流体の複数の小流路の出口近傍に設けられた複数の温度センサで測定された複数の温度を重み付き平均することによって、気体状被加熱流体の平均温度（「平均蒸気温度」とも呼ぶ）を求めているので、時間遅れ無く、かつ、比較的正確に平均蒸気温度を得ることが可能である。そして、この平均蒸気温度を用いて加熱流体の量を制御するので、負荷変動への応答性に優れた蒸気発生を行うことが可能である。
【００２２】
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、蒸気発生装置および蒸気発生方法、これを用いた燃料改質装置およびその制御方法、燃料改質装置と燃料電池とを含む燃料電池システムおよびその制御方法、それらの装置またはシステムを備える移動体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。
【００２３】
【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．電気自動車の構成：
Ｂ．第１実施例：
Ｃ．第２実施例：
Ｄ．変形例：
【００２４】
Ａ．実施例の装置構成：
図１は、本発明の一実施例としての電気自動車の概略構成図である。この電気自動車（以下、単に「車両」と呼ぶ）の車輪駆動機構は、モータ２０と、トルクコンバータ３０と、変速機４０とを有している。モータ２０の回転軸１３は、トルクコンバータ３０に結合されている。トルクコンバータの出力軸１４は、変速機４０に結合されている。変速機４０の出力軸１５は、ディファレンシャルギヤ１６を介して車輪１８の車軸１７に結合されている。
【００２５】
モータ２０は、ロータ２２と、ステータ２４とを備える三相の同期モータである。ロータ２２の外周面には、複数個の永久磁石が設けられている。また、ステータ２４には、回転磁界を形成するための三相コイルが巻回されている。モータ２０は、ロータ２２に備えられた永久磁石による磁界と、ステータ２４の三相コイルによって形成される磁界との相互作用により回転駆動する。また、ロータ２２が外力によって回転させられる場合には、これらの磁界の相互作用により三相コイルの両端に起電力を生じさせる。この場合には、モータ２０は発電機として機能する。
【００２６】
モータ２０には、主電源としての燃料電池システム６０と、補助電源としてのバッテリ（２次電池）５０と、の２つの電源が備えられている。バッテリ５０は燃料電池システム６０が故障した場合や、車両の始動時等のように燃料電池システム６０から十分な電力を出力することができない場合などに、不足する電力をモータ２０に供給する。バッテリ５０の電力は、さらに、車両の制御を行う制御ユニット７０や、照明装置などの電力機器（図示せず）にも供給される。
【００２７】
２つの電源５０，６０からの電力は、それぞれの駆動回路５１，５２と、切替スイッチ８０とを介してモータ２０に供給される。切替スイッチ８０は、バッテリ５０と、燃料電池システム６０と、モータ２０の３者間の接続状態を任意に切り替えることができる。ステータ２４は、切替スイッチ８０および第１の駆動回路５１を介してバッテリ５０に電気的に接続され、また、切替スイッチ８０および第２の駆動回路５２を介して燃料電池システム６０に接続される。２つの駆動回路５１，５２は、それぞれトランジスタインバータで構成されており、モータ２０の三相それぞれに対して、ソース側とシンク側の２つを一組としてトランジスタが複数備えられている。これらの駆動回路５１，５２は、制御ユニット７０と電気的に接続されている。
【００２８】
制御ユニット７０は、シフトレバー７２と、アクセルペダル７４と、ブレーキペダル７６とから与えられる運転者の指令に基づいて、車両のための各種の制御を実行する。制御ユニット７０が駆動回路５１，５２の各トランジスタのオン・オフの時間をＰＷＭ制御すると、バッテリ５０および燃料電池システム６０を電源とする擬似三相交流がステータ２４の三相コイルに流れ、回転磁界が形成される。モータ２０は、このような回転磁界の作用によって、先に説明した通り電動機または発電機として機能する。
【００２９】
なお、制御ユニット７０の各種の制御動作は、制御ユニット７０に内蔵されている図示しないメモリ内に格納されたコンピュータプログラムを、制御ユニット７０が実行することによって実現される。このメモリとしては、ＲＯＭやハードディスクなどの種々の記録媒体を利用することが可能である。
【００３０】
Ｂ．第１実施例：
図２は、第１実施例における燃料電池システム６０の構成を示す説明図である。この燃料電池システム６０は、ＦＣ制御部１００と、燃料改質装置２００と、燃料電池３００とを備えている。燃料改質装置２００は、蒸発部２１０と、改質部２２０と、ＣＯ浄化部２３０とを有している。
【００３１】
蒸発部２１０は、蛇行する流路として描かれている燃焼ガス流路２１２と、これと交差する改質原料流路２１４とを備えている。燃焼ガス流路２１２は、複数段の水平流路２１３ａ〜２１３ｃが略Ｕ字状の折り返し流路部２１８ａ，２１８ｂで順次接続された形状を有している。改質原料流路２１４は、蒸発部２１０の下部から上部に向けて鉛直方向に伸びる多数の小さな鉛直流路２１４ａに分かれている。燃料ガスの水平流路２１３ａ〜２１３ｃと、改質原料の鉛直流路２１４ａとは、いわゆる直交型熱交換器を構成している。
【００３２】
図３は、燃焼ガスの水平流路２１３ａ〜２１３ｃと、改質原料の鉛直流路２１４ａとで構成される直交型熱交換器を示す斜視図である。なお、折り返し流路部２１８ａ，２１８ｂ（図１）は図３では便宜上省略されている。燃焼ガスは、最上段の水平流路２１３ａの左側の端部から導入されて各水平流路２１３ａを右方向に流れる。各水平流路２１３ａの右端部に達した燃焼ガスは、折り返し流路部２１８ａ（図１）において一旦合流し、中段の複数の水平流路２１３ｂに再び分かれて流れる。中段の水平流路２１３ｂの左端部においても同様に、折り返し流路部２１８ｂ（図１）において燃焼ガスが一旦合流し、最下段の複数の水平流路２１３ｃに再び分流する。その後、最下段の水平流路２１３ｃの右端部から燃焼ガスが排出される。
【００３３】
改質原料は、液体状態で複数の鉛直流路２１４ａの下側から導入され、気体状態となって鉛直流路２１４ａの上側から排出される。図３の例では、改質原料の液面Ｌ１〜Ｌ３は、最下段の水平流路２１３ｃと中段の水平流路２１３ｂの境界近傍に存在している。換言すれば、最下段の水平流路２１３ｃに相当する高さの範囲では改質原料は液体状であり、中段と最上段の水平流路２１３ｂ，２１３ａに相当する高さの範囲では改質原料は気体である。そこで、以下の説明では、図３に示されているように、中段と最上段の水平流路２１３ｂ，２１３ａに相当する高さの範囲の熱交換器部分を「気相部」と呼び、最下段の水平流路２１３ｃに相当する高さの範囲の熱交換器部分を「液相部」と呼ぶ。
【００３４】
但し、図３からも理解できるように、液面の高さは各鉛直流路２１４ａ毎に多少異なっている。液面が或る段の水平流路の中間の位置にあるときには、その段における平均液面の高さに応じて液相部であるか気相部であるかを定義することができる。例えば、その段における平均液面の高さの範囲（液相の高さ）と、その段の全体の高さ（すなわち液相＋気相の高さ）との比の値が１／２以上の時には、その段を「液相部」と呼ぶ。一方、その段における液相の高さと、その段の全体の高さとの比の値が１／２未満の時には、その段を「気相部」と呼ぶ。
【００３５】
なお、液体状の改質原料としては、メタノールと水の混合物や、ガソリンと水の混合物などが利用可能である。
【００３６】
図２に示すように、燃焼ガス流路２１２の最上段の入口部には、燃焼用空気と、燃焼原料（例えばメタノールや天然ガス）と、燃料電池３００のアノード排ガスとが供給されている。燃焼用空気と燃焼原料の流量は、それぞれのアクチュエータ２４２，２４４によって調整される。また、アノード排ガスの流量は、アノード排ガス流路２６０に設けられた流量調整弁２６２によって調整される。燃焼原料は、さらに、折り返し流路部２１８ａ，２１８ｂにアクチュエータ２４６，２４８によってそれぞれ導入されている。なお、これらのアクチュエータとしては、ポンプや流量調整弁などのように、流量調整が可能な任意の機構（「流量調整要素」あるいは「流量調整機構」と呼ぶ）を利用できる。
【００３７】
燃焼ガス流路２１２の入口部と第１の折り返し流路部２１８ａに導入される燃焼原料は、主として沸点近くの改質原料を沸騰させ、また、気体状の改質原料（「改質原料蒸気」）を過熱（スーパーヒート）するために利用される。一方、第２の折り返し流路部２１８ｂに導入される燃焼原料は、主として液体状の改質原料をほぼ沸点近くまで昇温させるために利用される。
【００３８】
燃焼ガス流路２１２の入口近傍には、電気加熱式燃焼触媒部２１６（「ＥＨＣ」と呼ぶ）が設けられている。このＥＨＣ２１６は、燃焼原料やアノード排ガス中の水素ガスの酸化反応を促進させるための燃焼触媒と、電気加熱式ヒータとを有している。蒸発部２１０の起動時には、このＥＨＣ２１６を電気加熱で昇温させることによって、燃焼原料やアノード排ガスの燃焼反応を早期に開始させることが可能である。なお、蒸発部２１０内のＥＨＣ２１６を、「燃焼用ＥＨＣ」と呼ぶ。
【００３９】
前述したように、燃焼原料やアノード排ガスを含む燃焼ガスは、燃焼しながら燃焼ガス流路２１２の最上段の流路２１３ａから最下段の流路２１３ｃまで流れてゆき、最下段の流路２１３ｃの出口から排気ガスが排出される。一方、液体状の改質原料は、改質原料流路２１４の下部の入口から供給され、鉛直流路２１４ａを上向きに流れながら、燃焼ガスによって加熱されて蒸発する。なお、改質原料流路２１４の入口近傍には、温度センサ３０２が設けられている。また、改質原料流路２１４の出口近傍には、温度センサ３０４と流量計３０６とが設けられている。
【００４０】
蒸発部２１０で気化された改質原料蒸気は、部分酸化用空気と共に改質部２２０に導入される。改質部２２０は、改質触媒２２２を収容している。この改質触媒２２２は、例えばハニカム状の担体に担持されている。改質部２２０の流路の入口部と中央部には、電気加熱式改質触媒部（ＥＨＣ）２２４がそれぞれ設けられている。これらのＥＨＣ２２４は、改質原料蒸気の改質反応を促進させるための改質触媒と、電気加熱式ヒータとを有している。燃料改質装置２００の起動時には、これらのＥＨＣ２２４を電気加熱で昇温させることによって、改質反応を早期に開始させることが可能である。入口近傍のＥＨＣ２２４には、温度センサ２２６が設置されている。なお、中央部のＥＨＣ２２４は省略してもよい。以下では、改質部２２０内のＥＨＣ２２４を、「改質用ＥＨＣ」と呼ぶ。
【００４１】
改質反応後のガス（「改質ガス」と呼ぶ）は、通常は一酸化炭素を含んでいる。ＣＯ浄化部２３０は、この改質ガス内の一酸化炭素を低減する機能を有する。ＣＯ浄化部２３０内の反応としては、シフト反応や選択酸化反応が利用される。例えば、メタノールと水を含む改質原料を使用した場合には、選択酸化反応のみがＣＯ浄化部２３０で利用される。一方、ガソリンと水を含む改質原料を使用した場合には、シフト反応と選択酸化反応の両方がＣＯ浄化部２３０で利用される。後者の場合には、ＣＯ浄化部２３０は、シフト反応部と選択酸化部とに分けられる。
【００４２】
ＣＯ浄化部２３０からは、一酸化炭素が少ない水素リッチな燃料ガスが排出される。この燃料ガスは、燃料電池３００のアノード側に供給され、カソード側には空気が供給される。燃料電池３００に供給される燃料ガスの流量は、流量調整弁２５４によって制御される。なお、燃料改質装置２００から燃料電池３００への燃料ガス流路上には、圧力センサ２５２の他に、図示しない温度センサや流量センサなどが設けられている。ＦＣ制御部１００は、これらの各種のセンサからの信号と、車両本体の制御ユニット７０（図１）からの指令とに応じて、燃料改質装置２００と燃料電池３００の運転状態を制御する。
【００４３】
図４は、第１実施例における蒸発部２１０の制御に関する制御ブロック図である。ＦＣ制御部１００は、気相制御部１１０と液相制御部１２０とを有している。気相制御部１１０は、気相部熱量算出部１１２と、減算器１１６と、ＰＩＤ制御部１１４と、加算器１１８とを有している。この気相制御部１１０は、蒸発部２１０で生成される改質原料蒸気の温度（以下、単に「蒸気温度」と呼ぶ）を目標値とした制御を行っており、蒸発部２１０の気相部に供給される燃焼原料の流量Ｙ１，Ｙ２を決定する。２つの流量Ｙ１，Ｙ２は、アクチュエータ２４４，２４６によってそれぞれ導入される燃焼燃料の流量である。
【００４４】
気相部熱量算出部１１２は、要求蒸気量に応じて気相部に投入すべき熱量Ｈｇを算出し、この熱量Ｈｇに応じて気相部に供給される燃焼燃料の流量Ｙ１ａ，Ｙ２ａを決定するフィードフォワード制御要素である。気相部に投入すべき熱量Ｈｇは、例えば以下の（１）式で算出される。
【００４５】
Ｈｇ＝ｋｇ・Ａｇ・Ｆｇ・（Ｔｇ−Ｔｂ）・Ｃｐｇ    …（１）
【００４６】
ここで、ｋｇは気相部の熱伝達効率、Ａｇは気相部の伝熱面積、Ｆｇは蒸気流量目標値（要求蒸気流量）、Ｔｇは蒸気温度目標値（要求蒸気温度）、Ｔｂは沸点、Ｃｐｇは蒸気の比熱である。なお、Ｆｇ，Ｔｇ，Ｔｂ，Ｃｐｇは改質原料に関する値である。
【００４７】
気相部熱量算出部１１２には、これらのパラメータのうちの要求蒸気流量Ｆｇと、要求蒸気温度Ｔｇとが入力されている。気相部に導入すべき燃焼燃料の合計流量（Ｙ１ａ＋Ｙ２ａ）は、この熱量Ｈｇを、燃焼燃料の単位発熱量で除算することによって算出される。また、流量Ｙ１ａ，Ｙ２ａの比は、予め設定されたマップに従って決定される。図５は、燃焼燃料の流量比Ｙ１ａ／Ｙ２ａのマップを示すグラフである。流量比Ｙ１ａ／Ｙ２ａは、実線で示すように一定値としてもよく、または、破線で示すように流量の合計値に応じて変化するように設定してもよい。あるいは、燃焼用空気の流量に応じて流量比Ｙ１ａ／Ｙ２ａを変化させてもよい。
【００４８】
なお、本実施例では、燃焼ガスとしてアノード排ガスを利用しない場合について説明する。アノード排ガスを利用する場合には、上述した２つの流量Ｙ１ａ，Ｙ２ａと、アノード排ガスの流量との関係が、予めマップを用いて設定される。
【００４９】
減算器１１６とＰＩＤ制御部１１４は、蒸気温度を目標値としたＰＩＤ制御を実行する。すなわち、減算器１１６は、蒸気温度の目標値Ｔｇと測定値Ｔｍとの偏差ΔＴを求め、ＰＩＤ制御部１１４がこの偏差ΔＴに応じたＰＩＤ補償を行って流量Ｙ１ｂ，Ｙ２ｂを出力する。流量Ｙ１ｂ，Ｙ２ｂの比は、例えば前述した図５と同じマップを用いて設定される。
【００５０】
加算器１１８は、気相部熱量算出部１１２で算出された流量Ｙ１ａ，Ｙ２ａに、ＰＩＤ制御部１１４で算出された流量Ｙ１ｂ，Ｙ２ｂをそれぞれ加算し、その加算結果Ｙ１，Ｙ２を制御信号として出力する。アクチュエータ２４４，２４６は、これらの制御信号Ｙ１，Ｙ２に応じた流量の燃焼燃料を、蒸発部２１０の気相部に導入する。
【００５１】
液相制御部１２０も、気相制御部１１０と同様に、液相部熱量算出部１２２と、減算器１２６と、ＰＩＤ制御部１２４と、加算器１２８とを有している。液相制御部１２０は、蒸発部２１０で生成される改質原料蒸気の流量（以下、単に「蒸気流量」と呼ぶ）を目標値とした制御を行っており、蒸発部２１０の液部に燃焼原料を導入するためのアクチュエータ２４８の流量Ｙ３を決定する。
【００５２】
液相部熱量算出部１２２は、液相部に投入すべき熱量Ｈｑを算出し、この熱量Ｈｑに応じて燃焼燃料の流量Ｙ３ａを決定するフィードフォワード制御要素である。液相部に投入すべき熱量Ｈｑは、例えば以下の（２）式で算出される。
【００５３】
Ｈｑ＝ｋｑ・Ａｑ・Ｆｇ｛（Ｔｂ−Ｔｑ）・Ｃｐｑ＋ΔＨ｝    …（２）
【００５４】
ここで、ｋｑは液相部の熱伝達効率、Ａｑは液相部の伝熱面積、Ｆｇは要求蒸気流量、Ｔｂは沸点、Ｔｑは蒸発部２１０に導入される液体状改質原料の温度（改質原料入口温度）、Ｃｐｑは液体状改質原料の比熱、ΔＨは蒸発潜熱である。なお、Ｆｇ，Ｔｂ，Ｔｑ，Ｃｐｑ，ΔＨは改質原料に関する値である。
【００５５】
液相部熱量算出部１２２には、これらのパラメータのうちの要求蒸気流量Ｆｇと、改質原料入口温度Ｔｑとが入力されている。液相部に供給すべき燃焼燃料の流量Ｙ３ａは、この熱量Ｈｑを、燃焼燃料の単位発熱量で除算することによって算出される。
【００５６】
減算器１２６は、蒸気流量の目標値Ｆｇと測定値Ｆｍとの偏差ΔＦを求め、ＰＩＤ制御部１２４がこの偏差ΔＦに応じたＰＩＤ補償を行ってアクチュエータ２４８のための流量Ｙ３ｂを出力する。
【００５７】
加算器１２８は、液相部熱量算出部１２２で算出された流量Ｙ３ａと、ＰＩＤ制御部１２４で算出された流量Ｙ３ｂとを加算し、その加算結果Ｙ３を制御信号として出力する。アクチュエータ２４８は、この制御信号Ｙ３に応じた流量の燃焼燃料を、蒸発部２１０の液相部に導入する。
【００５８】
なお、図示は省略しているが、ＦＣ制御部１００は、３つのアクチュエータ２４４，２４６，２４８によって蒸発部２１０に供給される燃焼燃料の総流量（Ｙ１＋Ｙ２＋Ｙ３）に応じて燃焼用空気の流量を決定し、空気用のアクチュエータ２４２の動作を制御する。燃焼用空気は気相部と液相部の双方において燃焼燃料の燃焼に使用される。従って、空気量は、気相部に供給される燃焼燃料の流量（Ｙ１＋Ｙ２）と、液相部に供給される燃焼燃料の流量Ｙ３の両方に依存している。
【００５９】
図４の構成から理解できるように、気相部に供給される燃焼燃料の流量（Ｙ１＋Ｙ２）と、液相部に供給される燃焼燃料の流量Ｙ３とは、互いに独立に行われるフィードバック制御によって決定されている。ここで、２種類の流量が「互いに独立に行われるフィードバック制御によって決定されている」という文言は、互いに異なる目標値を用いたフィードバック制御が行われており、また、一方の流量が他方の流量に直接的に依存しない、ということを意味している。換言すれば、気相制御部１１０においては液相部への燃焼燃料の流量Ｙ３が直接的に利用されておらず、また、液相制御部１２０においては気相部への燃焼燃料の流量（Ｙ１＋Ｙ２）が直接的に利用されていない。但し、例えば液相部に供給される燃焼燃料の流量Ｙ３が増加すると、改質原料の加熱量が増加するので、その影響によって、気相部に供給される燃焼燃料の流量（Ｙ１＋Ｙ２）が減少するという因果関係は存在する。しかし、この場合にも、気相制御部１１０において液相部に供給される燃焼燃料の流量Ｙ３が利用されている訳ではなく、これらは互いに独立に行われるフィードバック制御で決定されていることになる。
【００６０】
図６は、第１実施例における蒸発部２１０の制御手順を示すフローチャートである。ステップＳ１では、ＦＣ制御部１００が、制御ユニット７０（図１）から送信された蒸気流量と蒸気温度の目標値Ｆｇ，Ｔｇを受信する。ステップＳ２では、ＦＣ制御部１００が、気相部と液相部の境界（図３に示す液面高さＬ１〜Ｌ３）を判定する。
【００６１】
液面高さＬ１〜Ｌ３は、例えば次のような種々の方法で判定することが可能である。第１の方法では、蒸発部２１０に供給されている改質原料の流量や、蒸発部２１０内の燃焼ガスの温度分布などを測定し、これらの測定値に基づいて、液面高さＬ１〜Ｌ３を推定する。第２の方法では、本出願人によって開示された特開平２００１−２７２０３１号公報に開示されている方法を利用する。この方法では、蒸発部２１０に複数の温度センサを設け、これらの温度センサで測定された温度に基づいて液面高さＬ１〜Ｌ３を計算する。第３の方法では、改質原料の蒸気流量や蒸気温度などに基づいて、いわゆるオブザーバを用いて液面高さＬ１〜Ｌ３を推定する。第４の方法では、液面計を用いて液面高さＬ１〜Ｌ３を測定する。また、これら以外の種々の方法を採用してもよい。
【００６２】
ステップＳ３では、温度センサ３０４と流量計３０６（図２）を用いて蒸気温度Ｔｍと蒸気流量Ｆｍとをそれぞれ測定する。この代わりに、オブザーバなどの推定手段を用いて蒸気温度Ｔｍと蒸気流量Ｆｍとを推定してもよい。ステップＳ４では、蒸気温度Ｔｍと蒸気流量Ｆｍとが、それぞれの目標値Ｔｇ，Ｆｇを満足しているか否かが判断される。なお、図４の構成では、ステップＳ４は、減算器１１６，１２６で偏差ΔＴ，ΔＦを求めることに相当する。
【００６３】
ステップＳ５〜Ｓ７は、気相制御部１１０によって行われる蒸気温度制御ルーチンである。ステップＳ５では、気相部熱量算出部１１２が、要求蒸気量を達成するために気相部に与えるべき熱量Ｈｇを計算する。この計算には、例えば上述した（１）式が利用される。ステップＳ６では、気相部熱量算出部１１２が熱量Ｈｇに応じた燃焼燃料の流量Ｙ１ａ，Ｙ２ａを計算し、これと同時に、ＰＩＤ制御部１１４が蒸気温度偏差ΔＴに応じた流量Ｙ１ｂ、Ｙ２ｂを計算する。また、これらの流量の合計値（＝Ｙ１＋Ｙ２）に対応する空気量も算出される。ステップＳ７では、気相制御部１１０から制御信号Ｙ１，Ｙ２がアクチュエータ２４４，２４６（図２）に供給されて、燃焼燃料の流量調整がそれぞれ行われる。
【００６４】
ステップＳ８〜Ｓ１０は、液相制御部１２０によって行われる蒸気流量制御ルーチンである。ステップＳ８では、液相部熱量算出部１２２が、要求蒸気量を達成するために液相部に与えるべき熱量Ｈｑを計算する。この計算には、例えば上述した（２）式が利用される。ステップＳ７では、液相部熱量算出部１２２が熱量Ｈｑに応じた燃焼燃料の流量Ｙ３ａを計算し、これと同時に、ＰＩＤ制御部１２４が蒸気流量偏差ΔＦに応じた流量Ｙ３ｂを計算する。また、この流量Ｙ３ｂに対応する空気量も算出される。ステップＳ１０では、液相制御部１２０から制御信号Ｙ３がアクチュエータ２４８に供給されて、燃焼燃料の流量調整が行われる。
【００６５】
ステップＳ７，Ｓ１０の処理が終了すると、ステップＳ３に戻り、上述したステップＳ３〜Ｓ１０の処理が繰り返し実行される。なお、制御ユニット７０からＦＣ制御部１００に与えられる要求蒸気量（すなわち蒸気流量と蒸気温度の目標値Ｆｇ，Ｔｇ）が変更された場合には、再びステップＳ１から処理が開始される。
【００６６】
以上説明した第１実施例では、主として気相部における改質原料の加熱に利用される燃焼燃料の流量Ｙ１，Ｙ２が改質原料の蒸気温度を目標値としたフィードバック制御に基づいて調整されており、また、主として液相部における改質原料の加熱に利用される燃焼燃料の流量Ｙ３が改質原料の蒸気流量を目標値としたフィードバック制御に基づいて調整されている。換言すれば、気相部に供給される燃焼燃料の流量Ｙ１，Ｙ２と、液相部に供給される燃焼燃料の流量Ｙ３が独立したフィードバック制御ブロックで制御されている。この結果、蒸気温度と蒸気流量とが互いに干渉し合う現象を防止することができ、安定した流量と温度で改質燃料蒸気を発生させることが可能である。また、特に、車両で用いられる燃料改質装置では、負荷変動に応じて改質燃料の要求蒸気量もかなり大きく変動する。しかし、上述した実施例では、蒸気温度と蒸気流量とをそれぞれ目標値とする独立した制御ブロックを用いて蒸気温度と蒸気流量とをそれぞれ制御しているので、負荷変動時にも高い応答性を達成することが可能である。
【００６７】
なお、気相部熱量算出部１１２と液相部熱量算出部１２２は省略することも可能であるが、これらを用いてフィードフォワード制御を行う方が負荷変動時の応答性を高めるという点で好ましい。
【００６８】
上述した第１実施例では、気相制御部１１０の制御目標値として蒸気温度Ｔｇを用い、液相制御部１２０の制御目標値として蒸気流量Ｆｇを用いていたが、これらの値Ｔｇ，Ｆｇの代わりに、これらに強い相関のある他の値を用いることも可能である。例えば、蒸気流量Ｆｇの代わりに液面高さＬ１〜Ｌ３の平均値を制御目標値として利用することも可能である。一般に、液面高さが高くなると気相部での伝熱量が減少するので蒸気流量が増加し、反対に、液面高さが低くなると蒸気流量が減少する。従って、液面高さを制御目標値として液相部を制御することも可能である。また、蒸気温度の変わりに蒸気圧力を制御目標値として用いて気相部を制御しても良い。但し、負荷に応じた制御の対象として望ましいのは蒸気温度Ｔｇと蒸気流量Ｆｇなので、これらを制御目標値として使用することが制御の安定性や応答性の上からも好ましい。
【００６９】
Ｃ．第２実施例：
図７は、第２実施例における燃料電池システム６０ａの内部構成を示す説明図である。この燃料電池システム６０ａは、図２に示した第１実施例のシステム６０とは、蒸発部２１０に設けられた温度センサの数と位置が異なるだけであり、他は第１実施例と同じである。
【００７０】
第２実施例の蒸発部２１０ａでは、改質燃料ガスが通るいくつかの鉛直流路２１４ａの出口近傍に、各鉛直流路２１４ａ内の蒸気温度を測定するための温度センサ３０４ａ〜３０４ｃが設けられている。これらの温度センサ３０４ａ〜３０４ｃを、以下では「局所蒸気温度センサ」と呼ぶ。図７の例では、局所蒸気温度センサ３０４ａ〜３０４ｃの数は３個であるが、一般には２個以上の任意の数の温度センサが設けられていれば良い。
【００７１】
図８（Ａ）は、局所蒸気温度センサ３０４ａ〜３０４ｃで測定された局所蒸気温度Ｔ１〜Ｔ３の一例を示しており、図８（Ｂ）は直交型熱交換器の気相部（図３）を模式的に示している。各鉛直流路２１４ａを流れる改質原料蒸気の温度は、燃焼ガスの温度や、液面Ｌ１〜Ｌ３の高さ（すなわち気相の熱伝達面積）などのいくつかのパラメータに依存しており、互いに異なっているのが普通である。図８（Ａ）の例では、複数の鉛直流路２１４ａのうちで、蒸発部２１０ａの蒸気出口に近いほど（改質部２２０により近いほど）、局所蒸気温度が低下している。この理由は、最上段の燃焼ガス流路２１３ａにおいては、蒸発部２１０ａの蒸気出口に近いほど燃焼ガスの温度が低いからである。
【００７２】
多数の鉛直流路２１４ａを出た改質原料蒸気は混合されながら改質部２２０に供給される。しかし、改質原料蒸気の温度は、改質部２２０に至るまでに必ずしも良く均一化されるとは限らない。また、温度が均一化するにはかなりの流路長が必要になるので、均一化した後の蒸気温度を測定しようとすると、蒸気発生から蒸気温度の測定までにかなりの時間遅れが生じる可能性がある。
【００７３】
そこで、第２実施例では、蒸発部２１０ａで生成される改質原料蒸気の温度Ｔｍを、局所蒸気温度Ｔ１〜Ｔ３に基づいて以下の（３）式に従って算出する。
【００７４】
Ｔｍ＝Ｋ・Σ（σｉ・Ｔｉ）    …（３）
【００７５】
ここで、Σ（）はかっこ内の値を加算する演算を示す演算子であり、Ｔｉはｉ番目の局所蒸気温度センサで測定された局所蒸気温度、σｉはｉ番目の局所蒸気温度に関する重み、Ｋは係数である。
【００７６】
なお、重みσｉはすべてが等しい値に設定されることはなく、少なくとも１つは他の重みとは異なる値に設定される。換言すれば、蒸気温度Ｔｍは、局所蒸気温度Ｔｉに均等でない重みσｉを用いて平均化した値である。係数Ｋは、重みσｉに応じて予め設定された値である。
【００７７】
このように、蒸気温度Ｔｍを局所蒸気温度Ｔｉの重み付き平均として算出することによって、蒸発部２１０ａで生成される改質原料蒸気の温度Ｔｍを、ほとんど時間遅れ無しで求めることができる。また、重みσｉや係数Ｋを適切に設定することによって、平均的な蒸気温度Ｔｍを正確に測定することが可能である。
【００７８】
重みσｉの設定方法としては、以下のようないくつかの方法が採用可能である。
（１）予め決定された各重みσｉの値を常に使用する。
（２）各鉛直流路２１４ａの蒸気流量を測定または推定し、蒸気流量の比を重みσｉとして設定する。
（３）各鉛直流路２１４ａの蒸気流量を測定または推定し、蒸気流量と重みσｉとの関係を示すマップを利用して設定する。
【００７９】
上述の方法（２）または（３）のように、各鉛直流路２１４ａの蒸気流量に応じて重みσｉを設定するようにすれば、より正確な平均蒸気温度Ｔｍを得ることができる。なお、重み付き平均を求める方法としては、算術平均でなく、幾何平均を利用することも可能である。
【００８０】
蒸気温度Ｔｍを用いた蒸発部２１０ａの制御は、上述した第１実施例で説明した制御と同じものを適用することができる。但し、第２実施例では、第１実施例で説明した方法以外の任意の方法を採用することが可能である。
【００８１】
このように、第２実施例では、局所蒸気温度Ｔｉの重み付き平均を取ることによって、蒸発部２１０ａで生成される蒸気の温度Ｔｍを、少ない時間遅れで正確に得ることができる。また、この蒸気温度Ｔｍを用いて蒸発部２１０ａを制御するので、蒸発部２１０ａの制御の応答性を高めることが可能である。
【００８２】
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。
【００８３】
Ｃ１．変形例１：
上記各実施例では、蒸発部２１０内の燃焼ガス流路２１２が３段に分かれていたが、燃焼ガス流路２１２は複数の段に分かれている必要は無く、１段のみでも良い。また、本発明は、直交型の熱交換器に限らず、他のタイプの熱交換器を利用した蒸発部にも適用可能である。
【００８４】
Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、液相部において液体状改質原料を沸点近くまで昇温するための熱が供給され、気相部においては沸点に近い改質原料を気化させるとともに蒸気を加熱するための熱が供給されるものとしていた。しかし、この代わりに、液相部において液体状改質原料を沸点近くまで昇温するとともに気化させるための熱が供給され、気相部において蒸気を加熱するための熱が供給されるものとしてもよい。あるいは、気化に必要な熱量が、気相部と液相部とに分けて供給されるものとしても良い。
【００８５】
Ｃ３．変形例３：
第１実施例では、気相部に燃焼燃料を供給するために２つのアクチュエータ２４４，２４６が設けられていたが、この代わりに、気相部に燃焼燃料を供給するために１つのアクチュエータのみを設けるようにしてもよい。すなわち、第１実施例の構成においては、気相部と液相部に燃焼燃料を供給するためにそれぞれ１つ以上のアクチュエータが設けられていればよい。この場合に、気相部に燃焼燃料を供給するための少なくとも１つのアクチュエータと、液相部に燃焼燃料を供給するための少なくとも１つのアクチュエータとを、互いに異なる制御目標値を用いてそれぞれ制御するようにすればよい。
【００８６】
Ｃ４．変形例４：
上記実施例では、蒸発部２１０内で燃焼する燃焼ガスを蒸発部２１０に供給することとしていたが、この代わりに、外部で予め昇温された加熱流体を蒸発部２１０に供給するものとしてもよい。
【００８７】
Ｃ５．変形例５：
上記実施例では、ＰＩＤ制御が用いられていたが、この代わりに、状態フィードバックを用いた制御などのような他のタイプの制御方法を利用することも可能である。
【００８８】
Ｃ６．変形例６：
改質燃料としては、メタノールやガソリン以外の種々の炭化水素系燃料を使用可能である。例えば、メタノール以外のアルコールや、アルデヒド、エーテルなどの種々の炭化水素系化合物を利用することができる。
【００８９】
Ｃ７．変形例７：
本発明は、燃料改質装置内の改質原料の蒸発部２１０に限らず、一般に、加熱流体によって被加熱流体を加熱し蒸発させて気体状の被加熱流体を生成するための蒸気発生装置に適用可能である。但し、車両に搭載される燃料改質装置用の蒸発部では、負荷変動が大きく、これに応じて要求される蒸気量もかなり大きく変動するので、本発明を適用する利点も大きい。
【００９０】
Ｃ８．変形例８：
上記実施例では、燃料電池システム６０を使用した電気自動車の例について説明したが、本発明は、車輪駆動用の原動機として、モータと内燃機関との２つの原動機を用いたハイブリッド自動車（ハイブリッド車両）にも適用することができる。また、本発明は、船舶や電車などのような、自動車以外の移動体にも適用可能である。すなわち、本発明は、燃料電池と、燃料改質装置と、燃料電池を含む電源から供給される電力によって駆動される原動機と、を備える移動体に適用可能である。また、本発明は、設置型の燃料改質装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としての電気自動車の概略構成図。
【図２】第１実施例における燃料電池システム６０の内部構成を示す説明図。
【図３】蒸発部２１０の直交型熱交換器を示す斜視図。
【図４】第１実施例における蒸発部２１０の制御に関する制御ブロック図。
【図５】流量Ｙ１，Ｙ２の比Ｙ１／Ｙ２のマップを示すグラフ。
【図６】第１実施例における蒸発部２１０の制御手順を示すフローチャート
【図７】第２実施例における燃料電池システム６０ａの内部構成を示す説明図。
【図８】局所蒸気温度センサ３０４ａ〜３０４ｃで測定された局所蒸気温度Ｔ１〜Ｔ３の一例を示す説明図。
【符号の説明】
１３…回転軸
１４…出力軸
１５…出力軸
１６…ディファレンシャルギヤ
１７…車軸
１８…車輪
２０…モータ
２２…ロータ
２４…ステータ
３０…トルクコンバータ
４０…変速機
５０…バッテリ
５１，５２…駆動回路
６０…燃料電池システム
７０…制御ユニット
７２…シフトレバー
７４…アクセルペダル
７６…ブレーキペダル
８０…切替スイッチ
１００…ＦＣ制御部
１１０…気相制御部
１１２…気相部熱量算出部
１１４…ＰＩＤ制御部
１１６…減算器
１１８…加算器
１２０…液相制御部
１２２…液相部熱量算出部
１２４…ＰＩＤ制御部
１２６…減算器
１２８…加算器
２００…燃料改質装置
２１０…蒸発部
２１２…燃焼ガス流路
２１３ａ〜２１３ｃ…水平流路
２１４…改質原料流路
２１４ａ…鉛直流路
２１６…電気加熱式燃焼触媒部（燃焼用ＥＨＣ）
２１８ａ，２１８ｂ…折り返し流路部
２２０…改質部
２２２…改質触媒
２２４…電気加熱式改質触媒部（改質用ＥＨＣ）
２２６…温度センサ
２３０…ＣＯ浄化部
２４４，２４６，２４８…アクチュエータ
２５２…圧力センサ
２５４…流量調整弁
２６０…アノード排ガス流路
２６２…流量調整弁
３００…燃料電池
３０２…温度センサ
３０４…温度センサ
３０４ａ〜３０４ｃ…局所蒸気温度センサ
３０６…流量計
【図１】
0004172178.tif 000002
【図２】
0004172178.tif 000003
【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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