JP2000154002A - 改質ガス中の一酸化炭素濃度低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 改質ガス中に含まれる一酸化炭素を酸化させ
た目の酸素供給量を適正化して高品質の改質ガスを得
る。 【解決手段】 改質反応によって得た改質ガスに酸素を
供給して該改質ガス中の一酸化炭素をその酸素によって
酸化させることにより、改質ガスに含まれる一酸化炭素
ガスの濃度を低減する改質ガス中の一酸化炭素濃度低減
装置において、改質ガス中の一酸化炭素を酸化させるた
めに供給する酸素量を、前記改質反応に供される燃料の
供給量に基づいて決定するＣＯ酸化用酸素供給量決定手
段（ステップＳ１）を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、メチルアルコー
ルなどの炭化水素および水蒸気などの燃料を改質して得
られた改質ガス中の一酸化炭素の濃度を低減するための
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の改質ガスを使用するシステムと
して燃料電池を用いたシステムが知られている。例えば
プロトン透過性の電解質膜を使用した燃料電池では、水
素ガスを燃料として、これを電気化学的に酸化させ、そ
の際に生じる起電力を外部に取り出すように構成されて
いる。

【０００３】この燃料電池を用いたシステムで使用され
る改質器は、一例としてメタノールと水蒸気とを改質触
媒に供給し、所定の温度の下での改質反応によって水素
を主成分とした改質ガスを得るように構成されている。
その改質反応は基本的には、１モルのメタノールと１モ
ルの水とから３モルの水素と１モルの二酸化炭素とを生
じる吸熱反応であるが、僅かな量の一酸化炭素が不可避
的に生じる。その反応式は下記のとおりである。 ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋ＣＯ_２＋αＣＯ−49.5
（kJ/mol）

【０００４】改質ガスを燃料電池の燃料ガスとして使用
する場合、燃料電池の電極に白金が触媒として用いられ
ているので、燃料ガスに一酸化炭素が含まれていると、
白金がその一酸化炭素によって被毒し、劣化してしま
う。そのため、改質ガスから可及的に一酸化炭素を除去
することが好ましく、例えば特開平８−３２９９６９号
公報に記載された装置では、改質反応を生じさせる改質
部と燃料電池との間に、改質ガス中の一酸化炭素ガスを
酸化させる酸化部を設け、改質器から燃料電池の到る改
質ガスの供給系路における一酸化炭素の濃度を検出し、
その濃度が所定値以上になった場合に、その酸化部に供
給する空気の量を増大させるように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の装置で
は、改質ガスに含まれる一酸化炭素が酸化部における酸
化触媒で空気中の酸素と反応し、白金に対して無害の二
酸化炭素となり、改質ガスから除去される。しかしなが
ら、上記従来の装置では、改質ガス中の一酸化炭素の濃
度の上昇に伴って酸化部に対する空気の吹き込み量を増
大させるが、その量が一酸化炭素の実際の量に対して必
ずしも適正とは言えない場合が生じる可能性がある。

【０００６】すなわち、原理的には、１モルの一酸化炭
素と１／２モルの酸素とが反応して１モルの二酸化炭素
が生じるから、上記の酸化部に供給される空気の量が、
改質ガス中の一酸化炭素の量に対して不足すれば、未反
応の一酸化炭素が燃料電池に供給されて白金触媒が被毒
する不都合が生じる。また反対に空気の量が過剰であれ
ば、余剰の酸素が改質ガスと共に燃料電池に供給され、
その結果、燃料電池に対する燃料ガスの一部が発電の用
に供されずに燃焼してしまう可能性がある。検出された
一酸化炭素の濃度に基づいて空気の吹き込み量を単に増
大させる上記従来の装置では、このような不都合に対処
することができない可能性があった。

【０００７】この発明は、上記の事情に鑑みてなされた
ものであり、改質ガス中の一酸化炭素を過不足なく除去
できる装置を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、請求項１の発明は、改質反応によ
って得た改質ガスに酸素を供給して該改質ガス中の一酸
化炭素をその酸素によって酸化させることにより、改質
ガスに含まれる一酸化炭素ガスの濃度を低減する改質ガ
ス中の一酸化炭素濃度低減装置において、改質ガス中の
一酸化炭素を酸化させるために供給する酸素量を、前記
改質反応に供される燃料の供給量に基づいて決定するＣ
Ｏ酸化用酸素供給量決定手段を備えていることを特徴と
するものである。

【０００９】したがって請求項１の発明によれば、改質
反応に供される燃料の量の増減に応じて、一酸化炭素の
酸化のために供給される酸素の量が増減される。すなわ
ち、一酸化炭素は、改質反応に伴って一定の割合で発生
し、また酸素との反応が所定の効率で生じるので、改質
燃料の量に応じて、供給酸素量を決定することにより、
酸素の量が一酸化炭素の量に適合した量に設定される。

【００１０】また、請求項２の発明は、請求項１におい
て、改質ガス中の一酸化炭素を酸化させるために供給す
る酸素量を、前記燃料の供給から改質ガスの発生までの
応答遅れに基づいて補正する応答遅れ基準補正手段を更
に備えていることを特徴とするものである。

【００１１】したがって請求項２の発明によれば、改質
反応の応答遅れが、一酸化炭素の酸化のための酸素供給
量に反映されるので、一酸化炭素と酸素との反応が生じ
る箇所での酸素濃度の過不足が是正される。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１もしくは２に
おいて、改質ガス中の一酸化炭素を酸化させるために供
給する酸素量を、前記改質ガス中の一酸化炭素と前記酸
素との酸化反応が生じるＣＯ酸化部から流出する一酸化
炭素の濃度に応じて補正する濃度基準補正手段を更に備
えていることを特徴とするものである。

【００１３】したがって請求項３の発明によれば、改質
ガス中の一酸化炭素の目標濃度が、酸素供給量に反映さ
れるから、一酸化炭素を酸化させて除去するための酸素
の供給量がより正確になる。

【００１４】さらに、請求項４の発明は、請求項１ない
し３のいずれかにおいて、改質ガス中の一酸化炭素を酸
化させるために供給する酸素量を、前記改質ガス中の一
酸化炭素と前記酸素との酸化反応が生じるＣＯ酸化部に
おける温度に基づいて補正する温度基準補正手段を更に
備えていることを特徴とするものである。

【００１５】したがって請求項４の発明によれば、一酸
化炭素の酸化が生じるＣＯ酸化部での温度を酸素の供給
量に反映させることができ、したがって例えば一酸化炭
素の酸化などによる温度上昇が過剰な場合には、酸素の
供給量を制限することができるので、ＣＯ酸化部の熱劣
化などの異常が未然に防止される。

【００１６】そして、請求項５の発明は、請求項１ない
し４のいずれにおいて、前記酸素量となるように吐出量
が指令値に基づいて設定される酸素供給装置と、前記改
質ガス中の一酸化炭素と酸素との酸化反応が生じるＣＯ
酸化部の圧力に関連する量に基づいて前記指令値を補正
する指令値補正手段とを更に備えていることを特徴とす
るものである。

【００１７】したがって請求項５の発明によれば、ＣＯ
酸化部での酸素の供給圧に応じて酸素供給装置の指令値
が補正されるので、ＣＯ酸化部の圧力が高い場合であっ
ても必要量の酸素がＣＯ酸化部に供給され、また反対に
ＣＯ酸化部の圧力が低い場合には、指令値が低下される
ので、酸素供給量が過剰になることがなく、結局、一酸
化炭素の酸化のために供給される酸素量が適正化され
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】つぎにこの発明を図に示す具体例
に基づいて説明する。先ず、改質器としてメタノールお
よび水蒸気を改質燃料とした改質器を使用し、かつその
改質器から生じた改質ガスを他の形態のエネルギーに変
換するエネルギー変換器として燃料電池を使用したシス
テムについて説明する。図２はその一例を模式的に示し
ており、燃料電池１の燃料極側に、改質器２が接続され
ている。この改質器２は、改質燃料であるメタノールと
水蒸気との混合物を水素を主成分とする改質ガスに改質
するものであって、改質燃料を加熱する加熱部３と、改
質部４と、ＣＯ酸化部５とを備えている。

【００１９】加熱部３は、改質燃料を加熱してメタノー
ルと水蒸気との混合蒸気を生じさせるためのものであ
り、加熱のための熱を発生させる燃焼部６とその熱によ
って改質燃料を蒸発させる蒸発部７とによって構成され
ている。その燃焼部６としては、加熱燃料をバーナによ
って燃焼させる構造のものや加熱燃料を触媒によって酸
化させる構成のものなどを採用することができる。した
がってこの燃焼部６には、加熱燃料の一例であるメタノ
ールを供給するポンプ８がインジェクタ９を介して接続
され、また支燃ガスの一例である空気を供給するエアー
供給部１０が設けられている。このエアー供給部１０は
具体的には、エアーポンプによって構成されている。

【００２０】また、蒸発部７には、メタノールと水との
混合液を供給する改質燃料供給部としてポンプ１１が接
続されている。そしてこの蒸発部７と前記燃焼部６と
は、熱交換器１２によって熱伝達可能に連結されてい
る。

【００２１】前記改質部４は、主としてメタノールの改
質反応によって水素を主成分とする改質ガスを発生させ
るように構成されている。その改質反応は、 ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋ＣＯ_２＋αＣＯ−49.5
（kJ/mol） で示される水蒸気改質反応と、 ＣＨ_３ＯＨ＋１／２Ｏ_２→２Ｈ_２＋ＣＯ_２＋189.6（kJ/
mol） で示されるいわゆる部分酸化改質反応とであり、これら
の反応を生じさせるために、活性温度が例えば２８０〜
３００℃程度の銅系の触媒が用いられており、その触媒
に対して前記蒸発部７からメタノールおよび水蒸気の混
合蒸気が供給されるようになっている。また、その触媒
には、部分酸化反応のための酸素を供給するエアーポン
プ１３が接続されている。

【００２２】上記の水蒸気改質反応の式に示してあるよ
うに、実際の改質反応では、一酸化炭素が不可避的に生
じて改質ガスに混入する。この一酸化炭素は、燃料電池
１における燃料極の触媒を被毒する原因となるので、こ
れを除去するためにＣＯ酸化部５が設けられている。こ
のＣＯ酸化部５は、ＣＯ酸化触媒（図示せず）を備える
とともに、エアー供給部１４を備えており、改質部４で
生成させた改質ガスを通過させることにより、改質ガス
に含まれる一酸化炭素を空気中の酸素によって酸化させ
るように構成されている。

【００２３】一方、燃料電池１は、一例として、プロト
ン透過性のある高分子膜を電解質とし、その電解質膜を
挟んで燃料極（水素極）１５と空気極（酸素極）１６と
を設け、このような構成の単電池を多数直並列に接続し
て構成されている。各電極１５，１６は、拡散層と反応
層とによって構成され、燃料極１５における反応層は、
例えば炭素に白金やその合金あるいはルテニウムなどの
触媒を担持させた多孔質構造とされている。そしてこの
燃料極１５に前記改質器２が連通され、ここに水素ガス
を主体とする改質ガスが供給されるようになっている。
また空気極１６には、ポンプなどのエアー供給部１７が
接続され、改質ガス中の水素と反応させるための酸素を
供給するようになっている。

【００２４】なお、各電極１５，１６には、外部負荷と
してバッテリー１８やインバータ１９が閉回路を構成す
るように接続されている。またこの閉回路には、電流セ
ンサー２０が介装されている。さらにインバータ１９に
は、モータ２１が接続されている。このモータ２１は、
例えば車両の走行のための動力源とされる。

【００２５】上記の燃料極１５で生じる水素のイオン化
および電解質膜を介した酸化反応は、燃料電池１に供給
した水素ガスの全てについて生じる訳ではなく、その反
応効率は、数十％であり、したがって燃料極１５側から
排ガスには未利用の可燃性ガスすなわち水素ガスが含ま
れている。これを有効利用するために、燃料極１５側の
排ガスを前記燃焼部６に戻すためにリターン管２２が、
燃料電池１と燃焼部６とを連通した状態に配置されてい
る。またこのリターン管２２の中間部には、その内部を
流動するガスの流量を制御するための流量調整弁２３が
介装されている。なお、この流量値調整弁２３はその開
度を電気的に制御するように構成されている。さらに、
このリターン管２２は、その内部を流動するガスを、燃
焼部６に供給せずに適宜に外部に排出できるように構成
されている。

【００２６】さらに、ＣＯ酸化部５について図３を参照
して説明すると、所定の触媒（好ましくは一酸化炭素を
選択的に酸化する触媒）からなる触媒層３０がチャンバ
ー３１内に設けられており、そのチャンバー３１の供給
口３２に改質部４が接続されている。またその供給口３
２には、一酸化炭素を酸化させるための酸素（空気）を
供給するＣＯ酸化エアー供給管３３が接続されている。
そしてこのＣＯ酸化エアー供給管３３に、この発明にお
ける酸素供給装置であるエアーポンプを主体とするエア
ー供給部１４が接続されている。さらに、チャンバー３
１の流出側には、この部分での一酸化炭素濃度（すなわ
ち燃料電池１に供給される改質ガス中の一酸化炭素濃
度）を検出して信号を出力するＣＯセンサー３４が設け
られ、また供給口３２の近傍には、この部分の圧力を検
出して信号を出力する圧力センサー３５が設けられてい
る。そして触媒層３０における供給口３２側の部分に
は、温度を検出して信号を出力する温度センサー３６が
設けられている。

【００２７】このＣＯ酸化部５に対するＣＯ酸化エアー
の供給を制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）３７が
設けられている。この電子制御装置３７は、演算処理装
置（ＣＰＵ）と記憶装置（ＲＡＭ，ＲＯＭ）と入出力イ
ンターフェースとを主体とするいわゆるマイクロコンピ
ュータであって、制御データとして改質燃料を蒸発部７
に対して供給するポンプ１１による供給量と、ＣＯセン
サー３４の出力信号（すなわちＣＯ濃度）と、圧力セン
サー３５の出力信号（すなわち供給口での圧力）と、温
度センサー３６の出力信号（すなわちＣＯ酸化部５の温
度）とが入力されている。そしてこれらの入力データを
予め記憶しているプログラムに従って演算し、その結果
をエアー供給部１４に対して指令信号として出力するよ
うに構成されている。

【００２８】上述した改質器２の基本的な動作について
説明すると、改質燃料であるメタノールと水との混合液
が、給液ポンプ１１により蒸発部７に供給される。これ
に対して燃焼部６には、燃焼メタノールがインジェクタ
９によって噴霧され、あるいはこれと同時にもしくはこ
れに替えて未利用水素ガスを含む排ガスがリターン管２
２から供給される。また支燃ガスとして空気がエアーポ
ンプ１０によって供給される。この燃焼メタノールおよ
び／または未利用水素ガスからなる加熱燃料と空気とが
酸化触媒の下に酸化反応し、すなわち燃焼し、熱を発生
する。その熱によって混合液が蒸発し、メタノールと水
との混合蒸気が生じる。

【００２９】蒸発部７で生じた混合蒸気は、改質部４に
送られる。この改質部４に設けられた銅系触媒によって
メタノールと水との水蒸気改質反応が生じ、水素ガスお
よび二酸化炭素ガスを主成分とする改質ガスが生じる。
またこれと同時に、エアーポンプ１３から改質部４に供
給された空気とメタノールとの部分酸化改質反応が生じ
る。この部分酸化改質反応は上述した式で表され、その
結果、水素ガスと二酸化炭素ガスとが生じる。

【００３０】メタノールの水蒸気改質反応は吸熱反応で
あり、これに対してメタノールの部分酸化改質反応は発
熱反応であるから、これらの反応における吸熱量と発熱
量とが等しくなるように反応を制御することにより、改
質部４での熱収支をバランスさせ、改質部４の温度がほ
ぼ一定に維持される。したがって改質部４での熱の出入
りがないので、前記燃焼部６で生じさせた熱は、専ら改
質燃料の加熱・蒸発に使用される。

【００３１】改質部４で生じるガスは、原理的には、水
素ガスと二酸化炭素ガスであるが、実際には一酸化炭素
ガスがわずか（１％程度）生じる。この一酸化炭素ガス
の大半は、改質ガスがＣＯ酸化部５を通過する際にエア
ー供給部１４から供給される空気中の酸素と反応して二
酸化炭素となる。こうして水素リッチなガスとされた改
質ガスが燃料電池１における燃料極１５に送られ、その
反応層で水素イオンと電子とを生じるとともに、その水
素イオンが電解質膜を透過して空気極１６側で酸素と反
応し、水を生じる。また電子は外部負荷を通って動力を
生じさせる。

【００３２】上記のＣＯ酸化部５において改質ガス中の
一酸化炭素を過不足なく燃焼させるために、ここに供給
する酸素量（具体的には空気量）が以下のように制御さ
れる。図１はその制御例を説明するためのフローチャー
トであって、改質燃料量に基づいてＣＯ酸化エアー量を
算出する（ステップＳ１）。その改質燃料量Ｆk （mol/
s）は、燃料電池１で必要とする水素ガス量に相当して
いるから、燃料電池１の負荷に基づいて算出される。

【００３３】また、メタノールの改質によって生じる一
酸化炭素の量は、前述した反応式で示したように、１モ
ルのメタノールに対してαの割合である。これは、改質
触媒の特性や改質条件などによって所定の値になるか
ら、実験的に定めることができる。また、一酸化炭素の
酸化に要する酸素は、１モルの一酸化炭素に対して１／
２モルである。さらに、一酸化炭素の酸化反応の効率
は、必ずしも１００％ではないから、一酸化炭素の全量
を酸化するためには、所定の過剰率をもって酸素を供給
する必要がある。この過剰率は、一例として「５」前後
の値であり、これも実験的に求めることができる。した
がって改質ガス中の一酸化炭素を充分に酸化させて除去
するために必要とする酸素量Ｑco1（l/s）は、次式で求
められる。 Ｑco1（l/s）＝α×Ｆk（mol/s）×1/2×22.4（l/mol）
×100/21×298/273×過剰率 ここで、「100/21」は必要酸素量の空気量換算であり、
また「298/273」は室温を２５℃とした場合の体積の補
正である。

【００３４】前記ポンプ１１による改質燃料の供給から
改質反応によって改質ガスが発生するまでには、改質燃
料の輸送のための時間および蒸発部７と改質部４とでの
動特性による遅れがあるため、これに基づく補正をおこ
なう（ステップＳ２）。先ず、改質燃料の輸送に起因す
る遅れの補正は、遅れ時間をｔ0 とすると、 Ｑco2＝Ｑco1(t-t0) として補正する。すなわち、遅れ時間ｔ0 だけ以前の時
点のエアー量として算出される値を現時点のＣＯ酸化エ
アー量として採用する。また、蒸発部７および改質部４
での動特性を一次遅れと仮定すると、 Ｑco3(l/s)＝Ｑco3old×τ／（ＤＴ＋τ）＋Ｑco2×Ｄ
Ｔ／（ＤＴ＋τ） である。ここで、ＤＴは制御周期であり、またτは一次
遅れの遅れの程度を表す量であり、さらにＱco3oldはＱ
co3の一制御周期前の履歴である。

【００３５】上述したＣＯ酸化エアー量は、改質燃料の
量に基づいて算出した量であるが、改質部４における一
酸化炭素の発生割合やＣＯ酸化部５での一酸化炭素の酸
化率は、必ずしも正確に一定値に安定しているわけでは
なく、僅かな変動があるので、これを是正する補正をお
こなう（ステップＳ３）。すなわちＣＯ酸化部５に設け
た前記ＣＯ濃度センサー３４で検出された一酸化炭素濃
度Ｄco（ppm）が燃料電池１に対して供給される改質ガ
ス中の目標一酸化炭素濃度Ｄcoref（ppm）となるように
供給酸素量を補正する。

【００３６】その一例を示せば、 Ｑco4（l/s）＝Ｑco3＋Ｋp×（Ｄcoref−Ｄco）＋Ｋi×
Σ（Ｄcoref−Ｄco） である。ここで、Ｋp およびＫi は制御パラメータであ
り、またΣ（Ｄcoref−Ｄco）は目標濃度Ｄcoref と検
出された濃度Ｄcoとの偏差の積算値である。すなわち検
出された一酸化炭素濃度が高い場合には、ＣＯ酸化エア
ー量を増大させ、また反対に低い場合にはＣＯ酸化エア
ー量を減少させることにより、検出された一酸化炭素濃
度が目標濃度となるようにＣＯ酸化エアー量を制御す
る。また、目標一酸化炭素濃度Ｄcoref は、燃料電池１
での電力の被毒の許容値であり、温度や圧力などの燃料
電池１の運転条件から実験的に求められる。

【００３７】周知のように一酸化炭素の酸化反応は発熱
反応であるから、ＣＯ酸化部５で継続的かつ大量に一酸
化炭素の酸化をおこなうと、触媒層３０の温度が過剰に
上昇し、その劣化を招来するおそれがある。そこで、触
媒の劣化を未然に回避するために、ＣＯ酸化部５の温度
に基づいてＣＯ酸化エアーの量を補正する（ステップＳ
４）。これは、例えば次式に示すように、既に算出され
ているＣＯ酸化エアー量に係数を掛けておこなうことが
できる。 Ｑco5＝Ｋdec×Ｑco4 この補正係数Ｋdecは、図４に示すよう、ＣＯ酸化部５
の温度Ｔco（℃）の関数として定めておき、異常高温に
よる触媒劣化のしきい値Ｔ1 を超えるに従って小さい値
になるように設定されている。すなわち触媒温度がある
程度高くなると、供給酸素量が低下させられて一酸化炭
素の酸化が抑制され、触媒温度の上昇が防止される。

【００３８】改質部４における改質反応量が増大する
と、ここからＣＯ酸化部５に供給される改質ガス量が増
大するので、ＣＯ酸化部５の供給口３２での圧力が高く
なる。改質ガス中の一酸化炭素を酸化させるための酸素
は、その供給口３２にエアーとして送り込むことにより
供給されるから、その供給酸素量は供給口３２での圧力
によって影響される。すなわち供給口３２での圧力が高
い場合には、エアーの供給圧を高くする必要があり、ま
た反対に供給口３２での圧力が低い場合には、エアーの
供給圧を低くすることができる。ステップＳ５ではこの
ような補正をおこなう。

【００３９】すなわちエアー供給部１４を構成している
エアーポンプの容量に応じてその指令値とエアー吐出量
とに一定の関係がある。一般的には、これは比例関係で
ある。これに対してエアーの供給箇所の圧力が高い場合
には、それに応じて高い圧力でエアーを供給する必要が
あるので、エアーポンプの出力すなわちエアーポンプに
対する指令値を大きくする必要がある。図５は、そのエ
アー吐出量とエアーポンプに対する指令値との関係を示
した線図であり、エアーの供給箇所である前記供給口３
２での圧力が高いほど、エアーポンプに対する指令値
（具体的には電圧）を高くする必要がある。ステップＳ
５では、検出された供給口３２の圧力に基づいて、図５
に示す特性線を読み替え、算出された酸素供給量に応じ
た指令値を設定する。

【００４０】なお、供給口３２での圧力は、改質器２の
出口での圧力と相関関係があるので、上述のように供給
口３２の圧力を直接検出する替わりに、供給口３２の部
分での圧力を、改質器２の出口圧力から推定し、その推
定された圧力に基づいてエアー供給部１４に対する指令
値を補正するように構成してもよい。

【００４１】上述したようにこの発明に係る制御装置に
よれば、改質燃料の量に基づいて一酸化炭素の酸化に供
される酸素供給量を決定するので、改質ガスに含まれる
一酸化炭素を過不足なく酸化させて改質ガスから除去す
ることでき、その結果、高品質の改質ガスを燃料電池１
に供給することができる。特に上述した例では、改質燃
料の輸送や反応の遅れに基づくエアー量の補正をおこな
うので、ＣＯ酸化部５での一酸化炭素濃度と酸素量とが
適合した状態になり、一酸化炭素の酸化およびそれに伴
う濃度の低減を効果的におこなうことができる。

【００４２】また、一酸化炭素の目標濃度に対する偏差
に基づくエアー量の補正をおこなうので、改質ガス中の
一酸化炭素濃度を、より正確に目標値に一致もしくは近
似させることができる。さらに、ＣＯ酸化部の温度に基
づくエアー量の補正をおこなうので、ＣＯ酸化部５の異
常高温やそれに起因するＣＯ酸化部５の損傷もしくは劣
化を防止することができる。そして、ＣＯ酸化部５に対
する供給圧に基づくエアー供給指令値の補正をおこなう
ので、算出された量の酸素をＣＯ酸化部５に対して確実
に供給し、改質ガス中の一酸化炭素濃度を効果的に低減
することができる。

【００４３】ここでこの発明と上述した具体例との関係
を説明すると、図１に示すステップＳ１の機能が請求項
１のＣＯ酸化用酸素供給量決定手段に相当し、またステ
ップＳ２の機能が請求項２の応答遅れ基準補正手段に相
当する。さらにステップＳ３の機能が請求項３における
濃度基準補正手段に相当し、ステップＳ４の機能が請求
項４における温度基準補正手段に相当する。そして、前
記エアー供給部１４が請求項５における酸素供給装置に
相当し、かつステップＳ５の機能が請求項５における指
令値補正手段に相当する。

【００４４】なお、上述した例では、燃料電池１に燃料
となるガスを供給するための改質器を対象とする装置に
この発明を適用した例を示したが、この発明は、以上述
べた具体例に限定されないのであって、改質ガスを供給
する装置は必要に応じて選択することができる。また、
改質燃料としてメタノールを示したが、この発明の改質
器は他の炭化水素を改質するように構成したものであっ
てもよい。さらにこの発明では、一酸化炭素を酸化させ
るための酸素を供給する箇所の圧力は、要は、これに関
連する状態量に基づいて検出もしくは推定すればよいの
であって、上記の具体例で示した構成に限定されない。
そしてこの発明では、一酸化炭素の濃度を低下させるた
めの酸素は、空気として供給する替わりに、純粋な酸素
の形で直接供給することとしてもよい。またさらに、上
記の具体例では、図１に示すステップＳ２ないしステッ
プＳ５のそれぞれで補正をおこなうように構成したが、
この発明では、これら全ての補正を必要とする訳ではな
いであり、いずれかの補正を選択的におこなうこととし
てもよい。したがってそれぞれの補正過程で対象とする
値は、上記の具体例で示したものに限定されず、要は、
補正過程の以前に得られている値を補正することとすれ
ばよい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、改質反応に供される燃料の量と改質ガス中に含ま
れる一酸化炭素の量とに相関関係があることに着目し、
改質反応に供される燃料の量の増減に応じて、一酸化炭
素の酸化のために供給される酸素の量を増減するように
構成したので、酸素の量が一酸化炭素の量に適合した量
に設定され、その結果、改質ガス中の一酸化炭素を過不
足なく酸化させてその濃度を低下させることができる。

【００４６】また、請求項２の発明によれば、改質反応
の応答遅れが、一酸化炭素の酸化のための酸素供給量に
反映されるので、一酸化炭素と酸素との反応が生じる箇
所での酸素濃度の過不足が是正され、その結果、改質ガ
ス中の一酸化炭素の濃度を効果的に低減させることがで
きる。

【００４７】請求項３の発明によれば、改質ガス中の一
酸化炭素の目標濃度が、酸素供給量に反映されるから、
一酸化炭素を酸化させて除去するために酸素の供給量が
より正確になり、そのため、得られる改質ガスの品質を
向上させることができる。

【００４８】さらに、請求項４の発明によれば、一酸化
炭素の酸化が生じるＣＯ酸化部での温度を酸素の供給量
に反映させることができ、したがって例えば一酸化炭素
の酸化などによる温度上昇が過剰な場合には、酸素の供
給量を制限することができるので、ＣＯ酸化部の熱劣化
などの異常を未然に防止することができる。

【００４９】そして、請求項５の発明によれば、ＣＯ酸
化部での酸素の供給圧に応じて酸素供給装置の指令値が
補正されるので、ＣＯ酸化部の圧力が高い場合であって
も必要量の酸素がＣＯ酸化部に供給され、また反対にＣ
Ｏ酸化部の圧力が低い場合には、指令値が低下されるの
で、酸素供給量が過剰になることがなく、結局、一酸化
炭素の酸化のために供給される酸素量を適正化して高品
質の改質ガスを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による制御装置で実行される制御例
を説明するためのフローチャートである。

【図２】 改質器を燃料電池に接続したシステムの全体
的な構成を模式的に示す図である。

【図３】 そのＣＯ酸化部を模式的に示す図である。

【図４】 温度によるＣＯ酸化エアー供給量の補正をお
こなうための係数を決定するマップの例を示す図であ
る。

【図５】 圧力をパラメータとしたＣＯ酸化エアー供給
量とエアーポンプ指令値との関係を示すマップの一例を
示す図である。

【符号の説明】

１… 燃料電池、 ２…改質器、 ４…改質部、 １４
…エアー供給部、 ２４…電子制御装置、 ３０…触媒
層、 ３２…供給口、 ３３…ＣＯ酸化エアー供給管、
３４…ＣＯセンサー、 ３５…圧力センサー、 ３６
…温度センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 岩夫 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 山岡 正明 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 滝 正佳 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 4G040 FA04 FB04 FC06 FE03 4H060 AA02 BB08 BB11 CC12 GG02 5H027 AA06 BA01 BA09 BA16 DD03 KK31 KK41 MM01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 改質反応によって得た改質ガスに酸素を
   供給して該改質ガス中の一酸化炭素をその酸素によって
   酸化させることにより、改質ガスに含まれる一酸化炭素
   ガスの濃度を低減する改質ガス中の一酸化炭素濃度低減
   装置において、 改質ガス中の一酸化炭素を酸化させるために供給する酸
   素量を、前記改質反応に供される燃料の供給量に基づい
   て決定するＣＯ酸化用酸素供給量決定手段を備えている
   ことを特徴とする改質ガス中の一酸化炭素濃度低減装
   置。
2. 【請求項２】 改質ガス中の一酸化炭素を酸化させるた
   めに供給する酸素量を、前記燃料の供給から改質ガスの
   発生までの応答遅れに基づいて補正する応答遅れ基準補
   正手段を更に備えていることを特徴とする請求項１に記
   載の改質ガス中の一酸化炭素濃度低減装置。
3. 【請求項３】 改質ガス中の一酸化炭素を酸化させるた
   めに供給する酸素量を、前記改質ガス中の一酸化炭素と
   前記酸素との酸化反応が生じるＣＯ酸化部から流出する
   一酸化炭素の濃度に応じて補正する濃度基準補正手段を
   更に備えていることを特徴とする請求項１もしくは２に
   記載の改質ガス中の一酸化炭素濃度低減装置。
4. 【請求項４】 改質ガス中の一酸化炭素を酸化させるた
   めに供給する酸素量を、前記改質ガス中の一酸化炭素と
   前記酸素との酸化反応が生じるＣＯ酸化部における温度
   に基づいて補正する温度基準補正手段を更に備えている
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の
   改質ガス中の一酸化炭素濃度低減装置。
5. 【請求項５】 前記酸素量となるように吐出量が指令値
   に基づいて設定される酸素供給装置と、前記改質ガス中
   の一酸化炭素と酸素との酸化反応が生じるＣＯ酸化部で
   の圧力に関連する量に基づいて前記指令値を補正する指
   令値補正手段とを更に備えていることを特徴とする請求
   項１ないし４のいずれかに記載の改質ガス中の一酸化炭
   素濃度低減装置。