JP2000313602A

JP2000313602A - 燃料改質装置システム

Info

Publication number: JP2000313602A
Application number: JP11118997A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Fujita; 信雄藤田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2000-11-14

Abstract

(57)【要約】【課題】改質装置の凍結を防止すると共にその始動を
迅速に行なう。【解決手段】メタノールの水蒸気改質により水素リッ
チガスを生成する燃料改質装置システム２０において、
改質装置３０の運転を停止する際に外気の温度が所定温
度以下のときには、改質装置３０に供給する改質反応に
用いるメタノールと水との混合液を改質装置３０の各部
に充填する。改質装置３０を始動するときには、改質装
置３０の各部に充填した混合液の排出してから始動す
る。メタノールは水より凝固点が低いから、メタノール
と水との混合液の凝固点も水より低くなる。この混合液
を改質装置３０の各部に充填することにより改質装置３
０の各部の凍結を防止することができる。改質装置３０
は凍結しないから、混合液を排出するだけで始動するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料改質装置シス
テムに関し、詳しくは、炭化水素系の燃料を水蒸気を用
いて水素を含有する燃料ガスに改質する改質装置を備え
る燃料改質装置システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の燃料改質装置システムと
しては、改質装置の各部に電気ヒータを取り付けたもの
が提案されている（例えば、特開平８−１１９６０２号
公報など）。このシステムでは、改質装置の始動時に、
改質装置の各部に配置された触媒が活性温度になるよう
各電気ヒータにより加熱することにより、装置の起動性
の改善を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た改質装置に電気ヒータを備えるシステムでは、始動に
著しく時間を要する場合があるという問題があった。改
質装置は、炭化水素系の燃料を水蒸気を用いて改質する
から、その運転を停止すると、装置の温度の低下に伴っ
て内部の水蒸気は凝縮して水となる。この水は外気が冷
え込むと氷となり、改質装置そのものを凍結させる。こ
のように改質装置が凍結したときには、電気ヒータで加
熱しても、装置温度を上昇させる前に解凍しなければな
らず、装置の始動に時間を要することとなってしまう。

【０００４】本発明の燃料改質装置システムは、改質装
置の凍結を防止することを目的の一つとする。また、本
発明の燃料改質装置システムは、改質装置を迅速に始動
することを目的の一つとする。

【０００５】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の燃料改質装置システムは、上述の目的の少なくと
も一部を達成するために以下の手段を採った。

【０００６】本発明の燃料改質装置システムは、炭化水
素系の燃料を水蒸気を用いて水素を含有する燃料ガスに
改質する改質装置を備える燃料改質装置システムであっ
て、少なくとも０℃未満の凝固点を有する低凝固点液体
を貯蔵する低凝固点液体貯蔵手段と、該貯蔵された低凝
固点液体を少なくとも前記改質装置の一部に充填可能な
液体充填手段と、前記改質装置から前記低凝固点液体を
排出可能な液体排出手段とを備えることを要旨とする。

【０００７】この本発明の燃料改質装置システムによれ
ば、０℃未満の凝固点を有する低凝固点液体を改質装置
の少なくとも一部に充填することにより、改質装置の少
なくとも一部の凍結を防止することができる。また、充
填した低凝固点液体を排出することができる。

【０００８】こうした本発明の燃料改質装置システムに
おいて、前記改質装置は、前記炭化水素系の燃料と水を
気化する気化部と、該気化した炭化水素系の燃料と水蒸
気とを水素を含有する水素リッチガスに改質する改質部
と、該水素リッチガス中の一酸化炭素を低減して燃料ガ
スとする一酸化炭素低減部とを備え、前記液体充填手段
は、前記気化部と前記改質部と前記一酸化炭素低減部の
うちの少なくとも一つに前記低凝固点液体を充填する手
段であるものとすることもできる。

【０００９】また、本発明の燃料改質装置システムにお
いて、前記低凝固点液体は、前記炭化水素系の燃料と水
の混合液であるものとすることもできる。こうすれば、
改質装置に供給する炭化水素系の燃料と水との混合液を
低凝固点液体とするから、他の凍結防止用の液体を貯蔵
しなくてもよい。この態様の本発明の燃料改質装置シス
テムにおいて、前記混合液は、前記炭化水素系の燃料の
濃度が５％以上の割合で該炭化水素系の燃料と水とを混
合してなるものとしたり、前記炭化水素系の燃料と水と
を前記改質装置に供給する際の混合比で混合してなるも
のとしたりすることもできる。

【００１０】さらに、本発明の燃料改質装置システムに
おいて、前記炭化水素系の燃料はメタノールであるもの
とすることもできる。

【００１１】あるいは、本発明の燃料改質装置システム
において、前記改質装置の状態を検出する装置状態検出
手段と、該検出された前記改質装置の状態に基づいて前
記液体充填手段と前記液体排出手段とを制御する液体充
填制御手段とを備えるものとすることもできる。こうす
れば、改質装置の状態に基づいて低凝固点液体の改質装
置への充填とその排除とを制御することができる。

【００１２】こうした改質装置の状態に基づいて低凝固
点液体の充填と排出とを制御する態様の本発明の燃料改
質装置システムにおいて、前記装置状態検出手段は前記
改質装置の外気の温度を検出する外気温検出手段を備
え、前記液体充填制御手段は、前記改質装置の運転を停
止する際に前記外気温検出手段により検出された前記外
気の温度が所定温度以下のとき、前記低凝固点液体が該
改質装置に充填されるよう前記液体充填手段を制御する
手段であるものとすることもできる。こうすれば、改質
装置の運転を停止するときに外気の温度が所定温度以下
のときに低凝固点液体の改質装置への充填を行なうこと
ができる。この結果、外気が凍結防止の処理を施さなく
てもよい所定温度より高いときには低凝固点液体の改質
装置への充填を行なわないものとすることができる。

【００１３】また、改質装置の状態に基づいて低凝固点
液体の充填と排出とを制御する態様の本発明の燃料改質
装置システムにおいて、前記装置状態検出手段は前記改
質装置の外気の温度を検出する外気温検出手段を備え、
前記液体充填制御手段は、前記改質装置の運転が停止さ
れた状態で前記外気温検出手段により検出される外気の
温度が所定温度以下になったとき、前記低凝固点液体が
該改質装置に充填されるよう前記液体充填手段を制御す
る手段であるものとすることもできる。こうすれば、改
質装置の運転を停止している間に、外気が所定温度以下
となって改質装置が凍結するのを防止することができ
る。

【００１４】さらに、改質装置の状態に基づいて低凝固
点液体の充填と排出とを制御する態様の本発明の燃料改
質装置システムにおいて、前記装置状態検出手段は前記
改質装置の温度を検出する装置温検出手段を備え、前記
液体充填制御手段は、前記改質装置の運転が停止された
状態で前記装置温検出手段により検出される前記外気の
温度が所定温度以下になったとき、前記低凝固点液体が
前記改質装置に充填されるよう前記液体充填手段を制御
する手段であるものとすることもできる。こうすれば、
改質装置の温度に基づいてその凍結を防止することがで
きる。

【００１５】また、改質装置の状態に基づいて低凝固点
液体の充填と排出とを制御する態様の本発明の燃料改質
装置システムにおいて、前記装置状態検出手段は前記改
質装置内の前記低凝固点液体を検出する液体検出手段を
備え、前記液体充填制御手段は、前記液体検出手段によ
り前記改質装置内に前記低凝固点液体が検出されなくな
るまで、前記低凝固点液体が前記改質装置から排出され
るよう前記液体排出手段を制御する手段であるものとす
ることもできる。こうすれば、より確実に改質装置から
低凝固点液体を排出することができる。

【００１６】改質装置の状態に基づいて低凝固点液体の
充填と排出とを制御する態様の本発明の燃料改質装置シ
ステムにおいて、前記液体充填制御手段は、前記改質装
置を始動するとき、該始動に先立って前記低凝固点液体
が前記改質装置から排出されるよう前記液体排出手段を
制御する手段であるものとすることもできる。

【００１７】また、改質装置の状態に基づいて低凝固点
液体の充填と排出とを制御する態様の本発明の燃料改質
装置システムにおいて、前記装置状態検出手段は前記改
質装置の外気の温度を検出する外気温検出手段を備え、
前記液体充填制御手段は、前記外気温検出手段により検
出される前記外気の温度が所定温度以上になったとき、
前記低凝固点液体が前記改質装置から排出されるよう前
記液体排出手段を制御する手段であるものとすることも
できる。こうすれば、外気が所定温度以上となったら改
質装置から低凝固点液体の排出が行なわれるから、改質
装置の始動を迅速に行なうことができる。

【００１８】さらに、改質装置の状態に基づいて低凝固
点液体の充填と排出とを制御する態様の本発明の燃料改
質装置システムにおいて、前記装置状態検出手段は前記
改質装置の温度を検出する装置温検出手段を備え、前記
液体充填制御手段は、前記装置温検出手段により検出さ
れる前記改質装置の温度が所定温度以上となったとき
に、前記低凝固点液体が前記改質装置から排出されるよ
う前記液体排出手段を制御する手段であるものとするこ
ともできる。こうすれば、改質装置が所定温度以上とな
ったら改質装置から低凝固点液体の排出が行なわれるか
ら、改質装置の始動を迅速に行なうことができる。

【００１９】また、改質装置の状態に基づいて低凝固点
液体の充填と排出とを制御する態様の本発明の燃料改質
装置システムにおいて、前記装置状態検出手段は、前記
改質装置の外気の温度を検出する外気温検出手段と、前
記液体充填手段による前記低凝固点液体の前記改質装置
への充填の完了を検出する充填完了検出手段とを備え、
前記液体充填制御手段は、前記改質装置の運転を停止す
る際に前記外気温検出手段により検出された外気の温度
が所定温度以下のとき、前記充填完了検出手段により充
填の完了が検出されるまで前記改質装置に前記低凝固点
液体が充填されるよう前記液体充填手段を制御し、前記
充填完了検出手段により充填の完了が検出されたとき、
前記改質装置への前記低凝固点液体の充填を停止するよ
う前記液体充填手段を制御すると共に該低凝固点液体が
該改質装置から排出されるよう前記液体排出手段を制御
する手段であるものとすることもできる。こうすれば、
改質装置の内側表面を低凝固点液体で濡れた状態とする
ことにより改質装置の凍結を防止できる。しかも、改質
装置への低凝固点液体の充填が完了すると直ちにその排
出が行なわれるから、改質装置の始動時に低凝固点液体
の排出処理を行なう必要がなく、素速く改質装置を始動
することができる。

【００２０】さらに、改質装置の状態に基づいて低凝固
点液体の充填と排出とを制御する態様の本発明の燃料改
質装置システムにおいて、前記装置状態検出手段は、前
記改質装置の外気の温度を検出する外気温検出手段と、
前記液体充填手段による前記低凝固点液体の前記改質装
置への充填の完了を検出する充填完了検出手段とを備
え、前記液体充填制御手段は、前記改質装置の運転を停
止した状態で前記外気温検出手段により検出される外気
の温度が所定温度以下になったとき、前記充填完了検出
手段により充填の完了が検出されるまで前記改質装置に
前記低凝固点液体が充填されるよう前記液体充填手段を
制御し、前記充填完了検出手段により充填の完了が検出
されたとき、前記改質装置への前記低凝固点液体の充填
を停止するよう前記液体充填手段を制御すると共に該低
凝固点液体が該改質装置から排出されるよう前記液体排
出手段を制御する手段であるものとすることもできる。
こうすれば、改質装置の運転を停止している間に外気が
所定温度以下となって改質装置が凍結するのを防止する
ことができると共に素速く改質装置を始動することがで
きる。

【００２１】あるいは、改質装置の状態に基づいて低凝
固点液体の充填と排出とを制御する態様の本発明の燃料
改質装置システムにおいて、前記装置状態検出手段は、
前記改質装置の温度を検出する装置温検出手段と、前記
液体充填手段による前記低凝固点液体の前記改質装置へ
の充填の完了を検出する充填完了検出手段とを備え、前
記液体充填制御手段は、前記改質装置の運転を停止した
状態で前記装置温検出手段により検出される前記改質装
置の温度が所定温度以下になったとき、前記充填完了検
出手段により充填の完了が検出されるまで前記改質装置
に前記低凝固点液体が充填されるよう前記液体充填手段
を制御し、前記充填完了検出手段により充填の完了が検
出されたとき、前記改質装置への前記低凝固点液体の充
填を停止するよう前記液体充填手段を制御すると共に該
低凝固点液体が該改質装置から排出されるよう前記液体
排出手段を制御する手段であるものとすることもでき
る。こうすれば、改質装置の運転を停止している間に改
質装置が所定温度以下となって凍結するのを防止するこ
とができると共に素速く改質装置を始動することができ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である
燃料改質装置システム２０の構成の概略を示す構成図で
ある。実施例の燃料改質装置システム２０は、図示する
ように、メタノールと水との混合液を貯蔵する混合液タ
ンク５０と、この混合液タンク５０からの混合液と酸素
を含有する酸素含有ガス（例えば、空気など）との供給
を受けて水素を含有する燃料ガスを生成する改質装置３
０と、このシステム全体をコントロールする電子制御ユ
ニット７０とを備える。

【００２３】混合液タンク５０は、メタノールを貯蔵す
るメタノールタンク４４からのメタノールと水を貯蔵す
る水タンク４６からの水との混合液を貯蔵するタンクで
ある。混合液は、メタノールと水とのモル比で１：２の
割合で混合されている。混合液タンク５０には、その内
部の混合液の水位を検出する水位計５１が取り付けられ
ており、この水位計５１により検出された混合液の水位
が所定値（例えば、混合液が満水位のときに比して４０
％となる水位など）になると、メタノールタンク４４に
取り付けられたポンプ４５と水タンク４６に取り付けら
れたポンプ４７とを駆動してメタノールと水とを前述の
割合となるよう混合液タンク５０に補給する。なお、こ
のメタノールと水の補給の制御は、電子制御ユニット７
０によって行なわれる。

【００２４】改質装置３０は、混合液タンク５０から逆
回転可能なポンプ５２により供給されるメタノールと水
との混合液に熱を加えて蒸発させる蒸発部３２と、メタ
ノールを水蒸気を用いて次式（１）および式（２）によ
り水素を含有する水素リッチガスに改質する改質部３６
と、酸素の存在下で水素リッチガスに含まれる一酸化炭
素を水素に優先して酸化して燃料ガスを得るＣＯ選択酸
化部４０とを備える。蒸発部３２，改質部３６，ＣＯ選
択酸化部４０の各部には、各々その温度を検出する温度
センサ３３，３７，４１と、内部に液体が導入されたと
きにその液体の水位を検出する水位計３４，３８，４２
とを備える。ＣＯ選択酸化部４０の水素リッチガスの流
入管には、ブロワ３９により酸素を含有する酸素含有ガ
ス（例えば、空気など）が導入されるようになってい
る。なお、改質装置３０は、この他、各部の運転状態を
検出する各種センサや、各部の運転を制御するための各
駆動機器を備えるが、これらは本発明の中核をなさない
から、その構成の図示と説明は省略する。

【００２５】ＣＨ₃ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ₂ （１）ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂ （２）

【００２６】改質装置３０からの燃料ガスの流出管４３
には、混合液タンク５０に連絡する分岐管５４が取り付
けられている。また、流出管４３の分岐管５４の分岐部
より下流側には、流出管４３を開閉する電磁弁としての
燃料ガス流路弁５６が取り付けられている。分岐管５４
には、後述する凍結防止処理として混合液タンク５０に
貯蔵されている混合液を改質装置３０に充填する際に用
いる電磁弁としての凍結防止調節弁６０が取り付けられ
ている。また、分岐管５４には、ドレン管５８が分岐し
ており、ドレン弁６２が設けられている。

【００２７】電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中
心として構成されたワンチップマイクロプロセッサとし
て構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ７
４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ７６と、入出力
ポート（図示せず）とを備える。この電子制御ユニット
７０には、蒸発部３２や改質部３６，ＣＯ選択酸化部４
０に取り付けられた各温度センサ３３，３７，４１から
の温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３や同じく蒸発部３２や改質部３
６，ＣＯ選択酸化部４０に取り付けられた水位計３４，
３８，４２からの各水位Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，混合液タン
ク５０に取り付けられた水位計５１からの水位，改質装
置３０の外部に取り付けられた外気温センサ８０からの
外気の温度Ｔｏ，始動スイッチ８２からの改質装置３０
の始動を指示する始動信号，停止スイッチ８４からの改
質装置３０の運転の停止を指示する停止信号などが入力
ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニッ
ト７０からは、メタノールタンク４４や水タンク４６，
混合液タンク５０に取り付けられたポンプ４５，４７，
５１への駆動信号，燃料ガス流路弁５６や凍結防止調節
弁６０，ドレン弁６２のアクチュエータ５７，６１，６
３への駆動信号などが出力ポートを介して出力されてい
る。

【００２８】次に、こうして構成された実施例の燃料改
質装置システム２０の動作、特に凍結防止に関する動作
について説明する。図２は、改質装置３０の運転を停止
する際に電子制御ユニット７０で実行される運転停止時
処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。この
ルーチンは、停止スイッチ８４がオンとされ、改質装置
３０の運転を停止する処理が行なわれた後に実行され
る。ここで、改質装置３０の運転を停止する処理は、混
合液タンク５０からのメタノールと水との混合液の改質
装置３０への供給を停止する処理などである。

【００２９】このルーチンが実行されると、電子制御ユ
ニット７０のＣＰＵ７２は、まず、外気温センサ８０に
より検出される外気の温度Ｔｏを読み込み（ステップＳ
１００）、読み込んだ温度Ｔｏを閾値Ｔｒ１と比較する
処理を実行する（ステップＳ１０２）。改質装置３０に
おける改質反応は上述した式（１）および式（２）によ
り行なわれるから、改質装置３０を停止したときには、
その内部に水蒸気が存在する。この水蒸気は、改質装置
３０の冷却と共に凝縮してその内壁面に水滴となり、温
度によっては凍結する。閾値Ｔｒ１は、こうした凝縮水
の凍結を予測するために設定されるものであり、凍結の
可能性のある温度より若干高い温度として設定される。

【００３０】外気の温度Ｔｏが閾値Ｔｒ１より高いとき
には、改質装置３０の凍結の可能性はないと判断し、凍
結防止処理実行フラグＦに値０を設定して（ステップＳ
１２６）、本ルーチンを終了する。凍結防止処理実行フ
ラグＦは、後述する凍結防止処理が実行されたか否かを
その値として持つフラグであり、このルーチンや後述す
る運転開始時処理ルーチンで設定される。

【００３１】一方、外気の温度Ｔｏが閾値Ｔｒ１以下の
ときには、改質装置３０に凍結の可能性があると判断
し、凍結防止処理を施して（ステップＳ１１０）、凍結
防止処理実行フラグＦに値１をセットして（ステップＳ
１２４）、本ルーチンを終了する。凍結防止処理は、ま
ず、アクチュエータ５７，６１に駆動信号を出力するこ
とにより燃料ガス流路弁５６を閉成すると共に凍結防止
調節弁６０を開成し（ステップＳ１１２，Ｓ１１４）、
ポンプ５２を駆動する処理を実行する（ステップＳ１１
６）。これらの処理で、混合液タンク５０のメタノール
と水の混合液が改質装置３０の各部に充填される。この
ポンプ５２を運転した状態で所定時間経過するのを待っ
て（ステップＳ１１８）、ポンプ５２を停止すると共に
（ステップＳ１２０）、凍結防止調節弁６０を閉成する
（ステップＳ１２２）。ここで、所定時間経過するのを
持つのは、改質装置３０の各部にメタノールと水の混合
液が完全に充填されるのを待つためである。したがっ
て、所定時間は、混合液が還元に満たされるのに必要な
時間として設定されるものであり、改質装置３０の各部
の容量やポンプ５２の性能などによって定められる。こ
うした凍結防止処理を実行することにより改質装置３０
の蒸発部３２や改質部３６，ＣＯ選択酸化部４０の内部
は、メタノールと水との混合液で満たされることにな
る。メタノールは、水より凝固点が低いので、その水と
の混合液も凝固点が低くなる。この結果、混合液は、外
気が氷点下になっても凍らない。

【００３２】図３は、改質装置３０を始動するときに電
子制御ユニット７０で実行される運転開始時処理ルーチ
ンの一例を示すフローチャートである。このルーチン
は、始動スイッチ８２がオンとされたときに実行され
る。

【００３３】この運転開始時処理ルーチンが実行される
と、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、凍結
防止処理実行フラグＦを読み込み（ステップＳ１３
０）、その値を判定する処理を実行する（ステップＳ１
３２）。凍結防止処理実行フラグＦは、前述した図２の
運転停止時処理ルーチンで設定されている。凍結防止処
理実行フラグＦが値０のときには、凍結防止処理は施さ
れなかったと判断し、直ちに改質装置３０を始動する処
理を実行して（ステップＳ１５８）、本ルーチンを終了
する。ここで、改質装置３０を始動する処理は、改質装
置３０の蒸発部３２や改質部３６，ＣＯ選択酸化部４０
の温度を各部が備える触媒が活性化する温度に昇温する
処理や十分に昇温した蒸発部３２にメタノールと水の混
合液の供給を開始する処理などである。

【００３４】一方、凍結防止処理実行フラグＦが値１の
ときには、凍結防止処理が施されたと判断し、凍結防止
解除処理を実行し（ステップＳ１４０）、凍結防止処理
実行フラグＦに値０をセットして（ステップＳ１５
６）、改質装置３０を始動する処理を実行する（ステッ
プＳ１５８）。凍結防止解除処理は、まず、凍結防止調
節弁６０を開成すると共に（ステップＳ１４２）、ポン
プ５２を逆回転駆動する処理を実行する（ステップＳ１
４４）。この処理により改質装置３０の各部に充填され
ているメタノールと水との混合液の排出が開始される。
次に、改質装置３０の各部に取り付けられた水位計３
４，３８，４２により検出される水位Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３
を読み込み（ステップＳ１４６）、読み込んだ水位Ｈ
１，Ｈ２，Ｈ３のいずれもが値０となるまで待つ（ステ
ップＳ１４８）。即ち、改質装置３０の各部に充填され
た混合液が完全に排出されるのを待つのである。そして
水位Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３のいずれもが値０となったら、ポ
ンプ５２の逆回転駆動を停止し（ステップＳ１５０）、
凍結防止調節弁６０を閉成すると共に（ステップＳ１５
２）、燃料ガス流路弁５６を開成して（ステップＳ１５
４）、凍結防止解除処理を完結する。こうした処理によ
り改質装置３０の各部に充填された混合液は排出され、
改質装置３０の始動が可能な状態となる。

【００３５】以上説明した実施例の燃料改質装置システ
ム２０では、凝固点が低いメタノールと水との混合液を
改質装置３０の各部に充填することにより、改質装置３
０の各部が凍結するのを防止することができる。しか
も、メタノールの水蒸気改質反応のために改質装置３０
に供給するメタノールと水との混合液をそのまま改質装
置３０の各部に充填するから、特別な不凍液を貯蔵する
必要がなく、システムをコンパクトなものとすることが
できる。

【００３６】実施例の燃料改質装置システム２０では、
凍結防止処理で改質装置３０の各部に混合液が完全に充
填されるのを所定時間経過することにより判定したが、
改質装置３０の各部に取り付けられた水位計３４，３
８，４２の水位Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３により各部に混合液が
完全充填されるのを判定するものとしてもよい。

【００３７】実施例の燃料改質装置システム２０では、
改質装置３０の運転を停止する際に凍結の可能性を判定
して凍結防止処理を行なうものとし、改質装置３０を始
動するときに凍結防止解除処理を行なうものとしたが、
改質装置３０の運転が停止されてから、凍結の可能性を
判定して凍結防止処理を行なったり、改質装置３０の始
動の前に凍結防止解除処理を行なうものとしてもよい。
例えば、外気の温度Ｔｏに基づいて凍結防止処理と凍結
防止解除処理を行なうものとしてもよい。この場合、図
４に例示する凍結防止処理ルーチンと図５に例示する凍
結防止解除処理ルーチンを実行すればよい。この両ルー
チンは、改質装置３０の運転が停止されてから改質装置
３０が始動されるまで所定時間毎（例えば、５分毎）に
繰り返し実行される。以下、これらのルーチンについて
簡単に説明する。

【００３８】図４の凍結防止処理ルーチンが実行される
と、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず凍結防
止処理実行フラグＦを読み込み（ステップＳ２００）、
その値を調べる処理を実行する（ステップＳ２０２）、
凍結防止処理実行フラグＦが値１のときには、既に凍結
防止処理が行なわれていると判断し、本ルーチンを終了
する。一方、凍結防止処理実行フラグＦが値０のときに
は、外気温センサ８０により検出される外気の温度Ｔｏ
を読み込み（ステップＳ２０４）、読み込んだ外気の温
度Ｔｏと閾値Ｔｒ２とを比較する処理を実行する（ステ
ップＳ２０６）。ここで、閾値Ｔｒ２は、改質装置３０
の各部の凍結の可能性を判定するために設定されるもの
であり、例えば、水の凝固点としての０℃などに定めら
れる。前述の閾値Ｔｒ１は、その後に外気の温度Ｔｏが
低下することも考慮されているが、この閾値Ｔｒ２はそ
の後の外気の温度Ｔｏの低下を考慮する必要はない。

【００３９】外気の温度Ｔｏが閾値Ｔｒ２より大きいと
きには、改質装置３０の各部は凍結しないと判断して、
このまま本ルーチンを終了する。外気の温度Ｔｏが閾値
Ｔｒ２以下のときには、改質装置３０の各部の凍結の可
能性があると判断し、図２におけるステップＳ１１０の
凍結防止処理と同一の凍結防止処理を実行し（ステップ
Ｓ２０８）、凍結防止処理実行フラグＦに値１をセット
して（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。

【００４０】図５の凍結防止解除処理ルーチンが実行さ
れると、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、
凍結防止処理実行フラグＦを読み込んでその値を調べる
処理を実行する（ステップＳ２２０，Ｓ２２２）。凍結
防止処理実行フラグＦが値０のときには、凍結防止処理
は施されていないと判断し、本ルーチンを終了する。凍
結防止処理実行フラグＦが値１のときには、外気の温度
Ｔｏを読み込んで閾値Ｔｒ３と比較する（ステップＳ２
２４，Ｓ２２６）。ここで、閾値Ｔｒ３は、凍結防止処
理の解除を判定するために設定されるものであり、改質
装置３０の各部が凍結しない温度より若干高めの温度に
定められる。

【００４１】外気の温度Ｔｏが閾値Ｔｒ３より小さいと
きには、まだ凍結防止の解除を行なうことができないと
判断して、このまま本ルーチンを終了する。外気の温度
Ｔｏが閾値Ｔｒ３以上のときには、凍結防止の解除を行
なってもよいと判断し、図３におけるステップＳ１４０
の凍結防止解除処理と同一の凍結防止解除処理を実行し
（ステップＳ２２８）、凍結防止処理実行フラグＦに値
０をセットして（ステップＳ２３０）、本ルーチンを終
了する。

【００４２】以上説明した改質装置３０の運転を停止し
ている間の外気の温度Ｔｏに基づいて凍結防止処理と凍
結防止解除処理とを行なう装置によれば、改質装置３０
の運転を停止している間に改質装置３０の各部に凍結の
可能性が生じたときだけ凍結防止処理を行なうことがで
きる。また、外気の温度Ｔｏが高くなったら改質装置３
０の始動時でなくても凍結防止解除処理を行なうから、
改質装置３０の始動時に凍結防止解除処理を行なう必要
がない。この結果、改質装置３０を迅速に始動すること
ができる。

【００４３】図４の凍結防止処理ルーチンと図５の凍結
防止解除処理ルーチンの説明では、改質装置３０の運転
を停止する際には、凍結防止処理の判定やその実行を行
なわないものとしたが、図２の運転停止時処理ルーチン
と図４の凍結防止処理ルーチンとを併用するものとして
もよい。この場合、閾値Ｔｒ１と閾値Ｔｒ２とを同一の
ものとしてもよく異なるものとしてもよい。

【００４４】図４の凍結防止処理ルーチンや図５の凍結
防止解除処理ルーチンでは、外気の温度Ｔｏに基づいて
凍結防止処理や凍結防止解除処理を行なうものとした
が、改質装置３０の各部の温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に基づ
いて凍結防止処理や凍結防止解除処理を行なうものとし
てもよい。この場合、図４の凍結防止処理ルーチンに代
えて図６に例示する凍結防止処理ルーチンを実行し、図
５の凍結防止解除処理ルーチンに代えて図７に例示する
凍結防止解除ルーチンを実行すればよい。図６の凍結防
止処理ルーチンや図７の凍結防止解除処理ルーチンで
は、図４の凍結防止処理ルーチンや図５の凍結防止解除
処理ルーチンの外気の温度Ｔｏの読み込み処理（ステッ
プＳ２０４，Ｓ２２４）と、外気の温度Ｔｏと閾値との
比較処理（ステップＳ２０６，Ｓ２２６）とを、改質装
置３０の各部の温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の読み込み処理
（ステップＳ３０４，Ｓ３２４）と、各部の温度Ｔ１，
Ｔ２，Ｔ３と閾値との比較処理（ステップＳ３０６，Ｓ
３２６）とに変更しているだけである。したがって、こ
の改質装置３０の温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に基づいて凍結
防止処理や凍結防止解除処理を行なうものとしても、外
気の温度Ｔｏに基づいて行なうものと同様な効果を奏す
る。ただし、図６のルーチンのステップＳ３０６の処理
は、改質装置３０の各部の温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３のいず
れか一つでも閾値Ｔｒ４以下のときには凍結防止処理が
なされるＯＲ条件であり、図７のステップＳ３２６の処
理は、改質装置３０の各部の温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３のい
ずれもが閾値Ｔｒ５以上のときに凍結防止解除処理が行
なわれるＡＮＤ条件となる。これは、より安全側となる
ようにしたものである。また、閾値Ｔｒ４は改質装置３
０の各部のいずれかが凍結する温度より若干高い温度に
設定されるものであり、閾値Ｔｒ５は、凍結防止処理と
凍結防止解除処理とが頻繁に行なわれないようヒステリ
シスを持たせるため、閾値Ｔｒ４より幾分高い温度に設
定されるものである。なお、この図６の凍結防止処理ル
ーチンや図７の凍結防止解除処理ルーチンでは、改質装
置３０の各部の温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３のいずれか一つで
も閾値Ｔｒ４以下のときに凍結防止処理を実行し、各部
の温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３のいずれもが閾値Ｔｒ５以上と
なったときに凍結防止解除処理を実行するものとした
が、改質装置３０の各部の温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３のうち
の一つあるいは二つに基づいて凍結防止処理や凍結防止
解除処理を行なうものとしてもよい。

【００４５】実施例の燃料改質装置システム２０では、
改質装置３０の運転を停止する際に外気の温度Ｔｏに基
づいて凍結防止処理を実行し、改質装置３０を始動する
際に凍結防止解除処理を実行するものとしたが、改質装
置３０の運転を停止する際に外気の温度Ｔｏに基づいて
凍結防止処理を実行し、その直後に凍結防止解除処理を
実行するものとしてもよい。この場合、図８に例示する
運転停止時処理ルーチンを、図２の運転停止時処理ルー
チンと図３の運転開始時処理ルーチンとに代えて実行す
ればよい。以下、この図８の運転停止時処理ルーチンを
実行した際の動作について簡単に説明する。

【００４６】図８の運転停止時処理ルーチンが実行され
ると、ＣＰＵ７２は外気温センサ８０により検出される
外気の温度Ｔｏを読み込み（ステップＳ４００）、読み
込んだ外気の温度Ｔｏを改質装置３０に凍結防止処理を
施す必要があるか否かを判定するための閾値Ｔｒ１と比
較し（ステップＳ４０２）、外気の温度Ｔｏが閾値Ｔｒ
１以下のときには、図２のルーチンのステップＳ１１０
の凍結防止処理と同一の凍結防止処理を実行する（ステ
ップＳ４０４）。そして、凍結防止処理が終了すると引
き続いて図３のルーチンのステップＳ１４０の凍結防止
解除処理と同一の処理を実行し（ステップＳ４０６）、
凍結防止処理実行フラグＦに値１をセットして（ステッ
プＳ４０８）、本ルーチンを終了する。この処理は、ま
ず凍結防止処理を実行することにより、凝固点の低いメ
タノールと水との混合液を改質装置３０の各部に満た
し、引き続いて凍結防止解除処理を実行することにより
改質装置３０の各部に満たされた混合液を排出する。混
合液を排出しても、改質装置３０の各部の内壁面は凝固
点の低い混合液で濡れた状態となっているから、改質装
置３０は凍結しないことになる。以上説明したように、
凍結防止処理を施した直後に凍結防止解除処理を実行し
ても改質装置３０の凍結を防止することができる。しか
も、凍結防止解除処理を凍結防止処理に引き続いて行な
うから、改質装置３０の始動時に凍結防止解除処理を実
行する必要がなく、改質装置３０を迅速に始動すること
ができる。

【００４７】この凍結防止解除処理を凍結防止処理に引
き続いて実行するタイプとしては、上述の改質装置３０
の運転を停止する際に外気の温度Ｔｏに基づいて行なう
ものの他、図９の凍結防止処理ルーチンに例示するよう
に改質装置３０の運転停止中の外気の温度Ｔｏに基づい
て行なうものや、図１０の凍結防止処理ルーチンに例示
するように改質装置３０の運転停止中の改質装置３０の
各部の温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に基づいて行なうものなど
もある。図９の凍結防止処理ルーチンは、図４の凍結防
止処理ルーチンにおけるステップＳ２０８の凍結防止処
理の後に、この処理に引き続いて凍結防止解除処理を実
行するものとしたものであり（ステップＳ５０８，Ｓ５
１０）、図１０の凍結防止処理ルーチンは、図６の凍結
防止処理ルーチンにおけるステップＳ３０８の凍結防止
処理の後に、この処理に引き続いて凍結防止解除処理を
実行するものとしたものである（ステップＳ６０８，Ｓ
６１０）。したがって、これ以上の説明は重複し、冗長
となるから、その図９および図１０のルーチンを用いる
処理についての詳細な説明は省略する。なお、この図９
および図１０の凍結防止処理ルーチンを実行するもの
は、前述した図８の運転停止時処理ルーチンを実行する
ものが奏する効果、即ち、改質装置３０の凍結を防止す
ることができる効果と改質装置３０の始動を迅速に行な
うことができる効果とを奏する他、改質装置３０の凍結
防止処理を行なうか否かの判定を外気の温度Ｔｏや改質
装置３０の各部の温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に基づいてきめ
細かく行なうことができるという効果も奏する。

【００４８】以上説明した実施例の燃料改質装置システ
ム２０やその変形例では、メタノールの水蒸気改質反応
のために改質装置３０に供給するメタノールと水との混
合液をそのまま改質装置３０の各部に充填するものとし
たが、メタノールと水との混合比を水蒸気改質反応のた
めの混合比と異なるものとしても差し支えない。この場
合、メタノールと水との混合比は、混合液の凝固点が外
気の最低温度未満となるように定めればよいから、改質
装置３０を使用する場所によって定めることができる。
例えば外気の冷え込みが強くない地方では、メタノール
の濃度を低く設定することができ、５％や１０％あるい
は１５％以上とすることもできる。

【００４９】また、実施例の燃料改質装置システム２０
やその変形例では、メタノールを水蒸気改質する改質装
置３０に適用したが、メタノール以外の他の炭化水素系
の燃料、例えばエタノールなどの他のアルコール類やエ
ーテル類などを改質する装置に適用するものとしてもよ
い。この場合、炭化水素系の燃料としては水溶性を呈す
る必要がある。

【００５０】実施例の燃料改質装置システム２０やその
変形例では、改質装置３０の各部のすべてにメタノール
と水との混合液を充填するものとしたが、改質装置３０
の各部の一部にのみ混合液を充填するものとしてもかま
わない。

【００５１】以上、本発明の実施の形態について実施例
を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である燃料改質装置システ
ム２０の構成の概略を示す構成図である。

【図２】改質装置３０の運転を停止する際に電子制御
ユニット７０により実行される運転停止時処理ルーチン
の一例を示すフローチャートである。

【図３】改質装置３０を始動する際に電子制御ユニッ
ト７０により実行される運転開始時処理ルーチンの一例
を示すフローチャートである。

【図４】改質装置３０の運転停止中に電子制御ユニッ
ト７０により実行される凍結防止処理ルーチンの一例を
示すフローチャートである。

【図５】改質装置３０の運転停止中に電子制御ユニッ
ト７０により実行される凍結防止解除処理ルーチンの一
例を示すフローチャートである。

【図６】変形例の凍結防止処理ルーチンの一例を示す
フローチャートである。

【図７】変形例の凍結防止解除処理ルーチンの一例を
示すフローチャートである。

【図８】変形例の運転停止時処理ルーチンの一例を示
すフローチャートである。

【図９】変形例の凍結防止処理ルーチンの一例を示す
フローチャートである。

【図１０】変形例の凍結防止処理ルーチンの一例を示
すフローチャートである。

【符号の説明】

２０燃料改質装置システム、３０改質装置、３２
蒸発部、３３，３７，４１温度センサ、３４，３８，
４２水位計、３６改質部、３９ブロワ、４０Ｃ
Ｏ選択酸化部、４３流出管、４４メタノールタン
ク、４５，４７，５２ポンプ、４６水タンク、５０
混合液タンク、５１水位計、５４分岐管、５６
燃料ガス流路弁、５７，６１，６３アクチュエータ、
５８ドレン管、６０凍結防止調節弁、７０電子制
御ユニット、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡ
Ｍ、８０外気温センサ、８２始動スイッチ、８４
停止スイッチ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化水素系の燃料を水蒸気を用いて水素
を含有する燃料ガスに改質する改質装置を備える燃料改
質装置システムであって、少なくとも０℃未満の凝固点を有する低凝固点液体を貯
蔵する低凝固点液体貯蔵手段と、該貯蔵された低凝固点液体を少なくとも前記改質装置の
一部に充填可能な液体充填手段と、前記改質装置から前記低凝固点液体を排出可能な液体排
出手段とを備える燃料改質装置システム。
【請求項２】請求項１記載の燃料改質装置システムで
あって、前記改質装置は、前記炭化水素系の燃料と水を気化する
気化部と、該気化した炭化水素系の燃料と水蒸気とを水
素を含有する水素リッチガスに改質する改質部と、該水
素リッチガス中の一酸化炭素を低減して燃料ガスとする
一酸化炭素低減部とを備え、前記液体充填手段は、前記気化部と前記改質部と前記一
酸化炭素低減部のうちの少なくとも一つに前記低凝固点
液体を充填する手段である燃料改質装置システム。
【請求項３】前記低凝固点液体は、前記炭化水素系の
燃料と水の混合液である請求項１または２記載の燃料改
質装置システム。
【請求項４】前記混合液は、前記炭化水素系の燃料の
濃度が５％以上の割合で該炭化水素系の燃料と水とを混
合してなる請求項３記載の燃料改質装置システム。
【請求項５】前記混合液は、前記炭化水素系の燃料と
水とを前記改質装置に供給する際の混合比で混合してな
る請求項３記載の燃料改質装置システム。
【請求項６】前記炭化水素系の燃料はメタノールであ
る請求項１ないし５いずれか記載の燃料改質装置システ
ム。
【請求項７】請求項１ないし６いずれか記載の燃料改
質装置システムであって、前記改質装置の状態を検出する装置状態検出手段と、該検出された前記改質装置の状態に基づいて前記液体充
填手段と前記液体排出手段とを制御する液体充填制御手
段とを備える燃料改質装置システム。
【請求項８】請求項７記載の燃料改質装置システムで
あって、前記装置状態検出手段は、前記改質装置の外気の温度を
検出する外気温検出手段を備え、前記液体充填制御手段は、前記改質装置の運転を停止す
る際に前記外気温検出手段により検出された前記外気の
温度が所定温度以下のとき、前記低凝固点液体が該改質
装置に充填されるよう前記液体充填手段を制御する手段
である燃料改質装置システム。
【請求項９】請求項７記載の燃料改質装置システムで
あって、前記装置状態検出手段は、前記改質装置の外気の温度を
検出する外気温検出手段を備え、前記液体充填制御手段は、前記改質装置の運転が停止さ
れた状態で前記外気温検出手段により検出される外気の
温度が所定温度以下になったとき、前記低凝固点液体が
該改質装置に充填されるよう前記液体充填手段を制御す
る手段である燃料改質装置システム。
【請求項１０】請求項７記載の燃料改質装置システム
であって、前記装置状態検出手段は、前記改質装置の温度を検出す
る装置温検出手段を備え、前記液体充填制御手段は、前記改質装置の運転が停止さ
れた状態で前記装置温検出手段により検出される前記外
気の温度が所定温度以下になったとき、前記低凝固点液
体が前記改質装置に充填されるよう前記液体充填手段を
制御する手段である燃料改質装置システム。
【請求項１１】請求項７ないし１０いずれか記載の燃
料改質装置システムであって、前記装置状態検出手段は、前記改質装置内の前記低凝固
点液体を検出する液体検出手段を備え、前記液体充填制御手段は、前記液体検出手段により前記
改質装置内に前記低凝固点液体が検出されなくなるま
で、前記低凝固点液体が前記改質装置から排出されるよ
う前記液体排出手段を制御する手段である燃料改質装置
システム。
【請求項１２】前記液体充填制御手段は、前記改質装
置を始動するとき、該始動に先立って前記低凝固点液体
が前記改質装置から排出されるよう前記液体排出手段を
制御する手段である請求項７ないし１１いずれか記載の
燃料改質装置システム。
【請求項１３】請求項７ないし１１いずれか記載の燃
料改質装置システムであって、前記装置状態検出手段は、前記改質装置の外気の温度を
検出する外気温検出手段を備え、前記液体充填制御手段は、前記外気温検出手段により検
出される前記外気の温度が所定温度以上になったとき、
前記低凝固点液体が前記改質装置から排出されるよう前
記液体排出手段を制御する手段である燃料改質装置シス
テム。
【請求項１４】請求項７ないし１１いずれか記載の燃
料改質装置システムであって、前記装置状態検出手段は、前記改質装置の温度を検出す
る装置温検出手段を備え、前記液体充填制御手段は、前記装置温検出手段により検
出される前記改質装置の温度が所定温度以上となったと
きに、前記低凝固点液体が前記改質装置から排出される
よう前記液体排出手段を制御する手段である燃料改質装
置システム。
【請求項１５】請求項７記載の燃料改質装置システム
であって、前記装置状態検出手段は、前記改質装置の外気の温度を
検出する外気温検出手段と、前記液体充填手段による前
記低凝固点液体の前記改質装置への充填の完了を検出す
る充填完了検出手段とを備え、前記液体充填制御手段は、前記改質装置の運転を停止す
る際に前記外気温検出手段により検出された外気の温度
が所定温度以下のとき、前記充填完了検出手段により充
填の完了が検出されるまで前記改質装置に前記低凝固点
液体が充填されるよう前記液体充填手段を制御し、前記
充填完了検出手段により充填の完了が検出されたとき、
前記改質装置への前記低凝固点液体の充填を停止するよ
う前記液体充填手段を制御すると共に該低凝固点液体が
該改質装置から排出されるよう前記液体排出手段を制御
する手段である燃料改質装置システム。
【請求項１６】請求項７記載の燃料改質装置システム
であって、前記装置状態検出手段は、前記改質装置の外気の温度を
検出する外気温検出手段と、前記液体充填手段による前
記低凝固点液体の前記改質装置への充填の完了を検出す
る充填完了検出手段とを備え、前記液体充填制御手段は、前記改質装置の運転を停止し
た状態で前記外気温検出手段により検出される外気の温
度が所定温度以下になったとき、前記充填完了検出手段
により充填の完了が検出されるまで前記改質装置に前記
低凝固点液体が充填されるよう前記液体充填手段を制御
し、前記充填完了検出手段により充填の完了が検出され
たとき、前記改質装置への前記低凝固点液体の充填を停
止するよう前記液体充填手段を制御すると共に該低凝固
点液体が該改質装置から排出されるよう前記液体排出手
段を制御する手段である燃料改質装置システム。
【請求項１７】請求項７記載の燃料改質装置システム
であって、前記装置状態検出手段は、前記改質装置の温度を検出す
る装置温検出手段と、前記液体充填手段による前記低凝
固点液体の前記改質装置への充填の完了を検出する充填
完了検出手段とを備え、前記液体充填制御手段は、前記改質装置の運転を停止し
た状態で前記装置温検出手段により検出される前記改質
装置の温度が所定温度以下になったとき、前記充填完了
検出手段により充填の完了が検出されるまで前記改質装
置に前記低凝固点液体が充填されるよう前記液体充填手
段を制御し、前記充填完了検出手段により充填の完了が
検出されたとき、前記改質装置への前記低凝固点液体の
充填を停止するよう前記液体充填手段を制御すると共に
該低凝固点液体が該改質装置から排出されるよう前記液
体排出手段を制御する手段である燃料改質装置システ
ム。