JP2002121002A - 燃料改質装置 - Google Patents
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Abstract
標温度に維持するための温度制御手段を備えた燃料改質
装置を提供する。 【解決手段】 燃料改質装置は、改質反応器(1)と、
改質反応器(1)に備えられ、改質反応器内の温度を検
出する温度検出手段(9)と、酸化剤供給器(2)とを
備える。改質反応器内で最も高温となる部位の温度を推
定し(ステップSa2)、温度検出手段が設置された箇
所の改質反応器内の温度を推定し(ステップSa3)、
温度検出手段の検出値と温度検出部の推定温度との偏差
に基づき、推定最高温度を補正する(ステップSa4〜
5)ので、推定値のバラツキを補正し、精度を向上でき
る。
Description
改質用燃料を改質することにより、水素を含む改質ガス
を生成する燃料改質装置の改良に関する。
料(例えばメタノールと水)と空気から水素を主成分と
する改質ガスを生成する改質反応器が備えられている。
応と、メタノールと酸化剤(例えば、空気)とを反応さ
せて生じる部分酸化反応とが発生している。改質反応の
メタノールと水の反応は吸熱反応であるため、改質反応
を維持するためには熱量を供給し、改質反応器内の温度
を所定温度に維持する必要がある。
発生させて、その発熱によって改質反応器の温度を維持
する。このように吸熱反応で失われた熱量と、発熱反応
で発生した熱量をバランスさせることによって、改質反
応器内の温度を反応に必要な最適温度に維持し、外部か
らの熱量の供給を不要としている。
のような外部熱源を用いることなしに改質反応器を所定
の温度に維持する技術が開示されている。
質反応の理論吸熱量と部分酸化反応の理論発熱量とに基
づいて決定し、改質反応器の温度を一定にするようにし
たものである。また改質反応器内の温度を測定し、測定
温度が所定の温度になるように改質反応器に導入する目
標空気流量を補正する温度フィードバック制御を開示し
ている。
改質反応と部分酸化反応ではその反応速度が異なり、部
分酸化反応の反応速度の方が改質反応の反応速度よりも
速い。このため改質ガス生成用のメタノールと水の目標
流量値と、空気の目標流量値とを算出して改質反応器内
に導入すると、まず空気導入口近傍で部分酸化反応が優
先的に生じ、その付近の温度が上昇し、この温度上昇を
受けて改質反応が発生することになる。この結果として
空気導入口付近の温度が他の部分より高く、改質反応器
内で温度差を生じることになる。また、改質反応器内の
最も高温となる部位は供給する燃料流量とその温度、酸
化剤流量とその温度に依存して変化する。
号公報に記載の技術では、部分酸化反応(発熱反応)が
吸熱反応より空気導入口付近で優先的に行われ、温度が
上昇し、改質反応器内に温度差が生じ、さらに改質反応
器内のピーク温度部位が変化するという状態を考慮して
おらず、改質反応器内で均一な反応が生じると仮定して
フィードフォワード目標空気流量を算出してフィードフ
ォワード制御するとともに、適当な位置に取り付けた改
質反応器内の温度を検出する温度センサの検出値に基づ
いてフィードバック制御を行っている。
空気を導入するとフィードフォワード目標空気流量が多
めに算出され、改質反応器内の最も部分酸化反応が生じ
る部位の温度が異常に高温となることがある。さらには
改質反応器に設けた温度センサの検出値は必ずしも改質
反応器のピーク温度を検出しているとは限らないので、
改質反応器のピーク温度測定精度が不正確で、改質反応
器内のピーク温度が許容温度を超える恐れもある。
る、改質反応器の温度を改質反応に要求される目標温度
に維持することのできる燃料改質装置を提供することを
目的とする。
すように、吸熱を伴う改質反応と発熱を伴う部分酸化反
応とを併用し、改質原燃料と酸化剤を反応させて水素を
含む改質ガスを生成する改質反応器(1)と、改質反応
器(1)に備えられ、改質反応器内の温度を検出する温
度検出手段(9)と、改質反応器に酸化剤を供給する酸
化剤供給器(2)とを備えた燃料改質装置において、改
質反応器内での温度を推定する温度分布推定手段(ステ
ップSa2)と、この推定された温度分布に基づいて最
も高温となる部位の温度を推定するピーク温度推定手段
(ステップSa2)と、同じく温度検出手段が設置され
た箇所の改質反応器内の温度を推定する温度検出部温度
推定手段(ステップSa3)と、温度検出手段の検出値
と温度検出部温度推定手段の推定値との偏差に基づき、
ピーク温度推定手段の推定最高温度を補正するピーク温
度補正手段(ステップSa4〜5)と、を備える。
温度分布推定手段(ステップSa2)は、改質原燃料お
よび酸化剤の供給量とその温度に基づいて改質反応器内
の温度分布を推定する。
温度分布推定手段(ステップSa2)は、改質原燃料流
量とその温度、酸化剤流量とその温度のパターンから予
め改質反応器内のピーク温度が検出される領域を求め、
これに基づき設定されたデータテーブルである。
の発明において、図5に示すように前記改質反応器内の
温度の目標温度を設定する目標値制御手段(C2)と、
前記ピーク温度補正手段が補正した推定値と目標温度と
を比較し、推定値が目標温度に維持されていない場合
に、改質原燃料の流量を増量時または減量時に制限する
ピーク温度制御手段(C5)とを備える。
ピーク温度推定手段(ステップSa2)が演算毎に推定
した最高温度のデータ中から最高値をピーク温度とする
ピーク温度決定手段(ステップSa6)を備える。
の発明において、温度分布推定手段(ステップSa2)
は、改質反応器内の所定箇所での改質原燃料の流量と温
度、及び同じく酸化剤の流量と温度に基づいて求まる改
質反応器内に入る熱エネルギと、改質反応器で生じる熱
エネルギと、改質反応器外に放熱する熱エネルギと、改
質ガスが改質反応器外に持ち出すエネルギとに基づいて
改質反応器内の温度を推定する。
の発明において、前記ピーク温度補正手段(ステップS
a4〜5)が補正した推定値が目標温度となるように前
記酸化剤供給器を制御する改質反応器温度制御手段(C
4)を備える。
も高温となる部位の温度と、温度検出手段が設置された
箇所の改質反応器内の温度とを推定し、改質反応器の実
測温度と推定値との偏差に基づき、ピーク温度推定値を
補正するので、推定値のバラツキを補正し、精度を向上
できる。
質原燃料の流量とその温度、及び同じく酸化材の流量と
その温度とに基づいて改質反応器内の最高温度領域を設
定し、最高温度領域で最高温度を推定するので、良好な
演算精度を維持したまま、演算時間を短縮することがで
きる。
標温度を設定し、補正したピーク温度推定値と目標温度
とを比較し、推定値が目標温度に維持されていない場合
に、改質原燃料の流量を増量時または減量時に制限する
ので、例えば上限温度を越えた場合には、改質原燃料が
減少するのを制限し、下限温度に達しない場合には、改
質原燃料が増加するのを制限するので、改質器内の温度
変化時のオーバーシュートやアンダーシュートが未然に
防止され、且つ目標の温度範囲から逸脱することを防止
する。
算毎の最高温度のデータ中から最高値をピーク温度とし
たので、不適当なピーク温度が出力された場合でもその
影響を除外することができる。
反応器内の所定箇所での改質原燃料の流量と温度、及び
同じく酸化剤の流量と温度に基づいて求まる改質反応器
内に入る熱エネルギと、改質反応器で生じる熱エネルギ
と、改質反応器外に放熱する熱エネルギと、改質ガスが
改質反応器外に持ち出すエネルギとに基づいて改質反応
器内の温度を推定するので、精度よく改質反応器内の温
度を推定できる。
が目標温度となるように酸化剤供給器を制御するので、
確実に改質反応器内の温度を目標温度に制御できる。
質装置を備えた燃料電池システムの構成を示す。
メタノールなどの炭化水素系燃料と水)を反応させて水
素を含んだ改質ガスを生成する改質反応器1と、改質反
応器1に酸化剤としての空気を供給する空気供給機(例
えば、コンプレッサ)2と、改質反応器1で生成された
改質ガス中の一酸化炭素濃度を所定濃度まで低減する一
酸化炭素除去器8と、改質ガスと空気とを反応させて発
電する燃料電池12と、燃料電池12から排出された空
気と改質ガスを燃焼する燃焼器17と、燃焼器17の熱
を受けて改質反応器1に導入する燃料を気化する蒸発器
3を備える。
れており、コンプレッサ2から排出された空気は空気の
流量を調整する流量制御弁6を介して、改質反応器1に
導入される。なお25は空気流量を検出する流量セン
サ、同じく4は温度を検出する温度センサ4、5は空気
流量調整後の流量を検出する流量センサ5である。さら
に改質反応器1には改質反応器1内の温度を検出する温
度センサ9が備えられる。
導入されると改質反応が生じ、改質ガスが生成され、こ
の改質ガスが一酸化炭素除去器8に導入される。一酸化
炭素除去器8には改質ガスとともにコンプレッサ2から
の空気が供給される。コンプレッサ2からの空気は前記
流量制御弁6の上流から分岐して流量制御弁10で制御
される。なお24は流量制御弁10下流の空気流量を検
出する流量センサである。
は、燃料電池12の許容する一酸化炭素濃度まで一酸化
炭素濃度を低下させて、燃料電池12に送られる。一酸
化炭素除去器8と燃料電池12との間には改質ガスの温
度を検出する温度センサ11と燃料電池12の水素極側
の圧力を検出する圧力センサ16が備えられる。燃料電
池12に供給される改質ガスは、所定温度となるように
冷却水の流量を制御する図示しない冷却装置によって温
度を制御される。
ら空気が直接導入される。コンプレッサ2と燃料電池1
2との間には前述の流量センサ25、前述の温度センサ
4、燃料電池12の空気極側の圧力を検出する圧力セン
サ15が設置される。
され、燃料電池12で改質ガスと空気を用いて発電が行
われる。
と充電器27とに供給されており、例えば負荷としてバ
ッテリを備え、発電した電気を充電したり、または負荷
としてインバータを設けて、インバータにモータを接続
して、車両の動力源としたりすることができる。また充
電器27には充電器の充電状態を検出する充電状態検出
装置28(例えば電圧計)が備えられる。
剰空気は圧力制御弁13で調圧されて燃焼器17に供給
され、同様に余剰改質ガスは圧力制御弁14で調圧され
て燃焼器17に供給される。燃焼器17に供給されたこ
れら余剰改質ガスと余剰空気は、燃焼器17で原料タン
ク23から供給されたメタノールと混合された上で、燃
焼される。原料タンク23から供給されるメタノールの
流量はメタノール流量制御装置19(例えば、インジェ
クタ)によって制御される。
3に送られる。なお送られる燃焼ガスは温度センサ18
で温度を検出される。
原料タンク21、23から供給され、これらメタノール
と水は流量制御装置20、22によって流量を制御され
る。これらメタノールと水は燃焼ガスの熱量に応じ蒸発
器3で気化し、この気化した燃料蒸気が改質反応器1に
供給される。その温度は温度センサ7によって検出され
る。
サ2からの空気とこの燃料蒸気とが供給されて、改質反
応を生じて改質ガスを生成する。
て説明する。図1に示すように、本実施形態においてシ
ステム制御は、燃焼器温度制御手段C1、目標値制御手
段C2、非干渉制御手段C3、改質反応器温度制御手段
C4、ピーク温度制御手段C5によってなされる。ただ
し、これらの制御手段C1からC5は実在するものでは
なく、CPUと周辺インターフェースを有するマイクロ
コンピュータによって行われる制御内容を解り易くする
ために用いたものである。
出口ガス温度が目標ガス温度となるように目標空気流量
と要求燃焼器用燃料流量を算出するもので、燃焼ガスの
温度を検出する温度センサ18からの出力信号と、後述
する目標値制御手段C2の燃焼器出口目標温度算出手段
で算出される燃焼器目標温度とに基づいて、目標空気流
量と要求燃焼器用燃料流量を算出する。目標空気流量は
目標値制御手段C2に出力されるとともに、要求燃焼器
用燃料流量はメタノール流量制御装置19に出力され
て、燃焼器17に供給されるメタノール流量をコントロ
ールする。
し、前述の燃焼器出口目標温度算出手段のほか、一酸化
炭素除去器8に供給する空気流量の目標空気流量を算出
する空気流量目標値算出手段と、燃料電池12の水素極
側入口圧力の目標値を算出する水素極側入口圧力目標値
算出手段と、燃料電池12の空気極側入口圧力の目標値
を算出する空気極側入口圧力目標値算出手段と、燃焼器
温度制御手段C1で算出した目標空気流量に基づき燃料
電池システムで要求される総空気流量を算出する総空気
流量算出手段とを構成し、これらの出力値は非干渉制御
手段C3に出力される。
ムを車両に適用した場合にはアクセルの踏込み量に基づ
いて算出される。
1に供給する空気流量の目標値を算出する空気流量目標
値算出手段と、後述するピーク温度制御手段C5のメタ
ノール流量制限及び補正指令に基づき蒸発器3へのメタ
ノールの目標流量を算出するメタノール目標流量算出手
段と、後述するピーク温度制御手段C5の水流量制限及
び補正指令に基づき蒸発器3への水の目標流量を算出す
る水目標流量算出手段と、後述するピーク温度制御手段
C5の改質反応器の目標管理温度の変更指令に基づき改
質反応器1の目標管理温度を算出する改質反応器目標管
理温度算出手段とを備えており、空気流量目標値算出手
段と改質反応器目標管理温度算出手段の出力値は改質反
応器温度制御手段C4に出力され、メタノール目標流量
算出手段の出力値は流量制御装置22へ、また水目標流
量算出手段の出力値は流量制御装置20へ出力される。
これら流量制御装置20、22によって蒸発器3W介し
て改質反応器1に供給される改質原燃料の流量が目標流
量となるように制御される。なお流量制御装置20、2
2は例えばインジェクタによって構成される。
標値制御手段C2から出力された信号の一部が入力さ
れ、目標値制御手段C2からの信号のほかに、ピーク温
度制御手段C5から改質反応器内のピーク温度及び改質
反応器1に供給される空気補正量の出力信号が入力され
る。
器1で要求される最終的な目標空気流量を算出する。目
標値制御手段C2で算出される空気流量目標値と改質反
応器温度制御手段C4内に備えられた温度フィードバッ
ク制御手段の補正量とを加算する(加算したものを空気
流量要求値と呼ぶ)。
手段C3に出力し、この空気流量要求値に基づいて非干
渉制御手段C3が流量制御弁6の開度を制御することで
改質反応器1に供給する空気流量を制御できる。
量とを測定する流量センサを取付けていないため、目標
値制御手段C2で求めたメタノール及び水の目標流量に
基づいて制御を行ったが、それぞれの流量を検出する流
量センサを設け、このセンサの検出値に基づいて制御を
行うようにしてもよい。
ほか、一酸化炭素除去器8に供給する空気流量の目標空
気流量値と、燃料電池12の水素極側入口圧力目標値
と、燃料電池12の空気極側入口圧力目標値と、燃焼器
温度制御手段C1から出力された目標空気流量に基づい
て燃料電池システムで要求される総空気流量が目標値制
御手段C2から入力され、さらに圧力センサ15、1
6、流量センサ5、24、25の検出値が入力される。
非干渉制御手段C3はこれらの目標値をそれぞれ圧力と
空気流量との間の干渉なしに制御する。つまり非干渉制
御手段C3はこれら目標値のうちの一つの圧力あるいは
空気流量を変更しても他の圧力、空気流量の制御に影響
を及ぼさないように制御する。
流量を制御するためにコンプレッサ2の回転速度を制御
し、一酸化炭素除去器8への空気流量を制御するために
流量制御弁10の開度を制御する。さらに改質反応器1
への空気流量を制御するために流量制御弁6の開度を制
御する。さらにまた燃料電池12の空気極側圧力を制御
するために圧力制御弁13の開度を制御し、一方、水素
極側圧力を制御するために圧力制御弁14の開度を制御
する。
制御するためのピーク温度制御手段C5の制御内容を示
すフローチャートである。
される改質原燃料流量と温度、及び空気の流量と温度を
各センサ4、5、7、9を用いて検出する。これらの検
出値に基づいて改質反応器1内での最高温度が発生され
るピーク温度領域をピーク温度制御手段C5で算出す
る。
とピーク温度領域は下流側に移動し(燃料の流速が増加
し、入り口付近だけの触媒だけでは反応しきれなくなっ
て、下流側の触媒も反応するため)、改質原燃料の温度
と空気の温度が上昇するとピーク温度領域は上流側に移
動する(触媒は改質原燃料や空気の温度が高い方が活性
が高くなり、改質反応のピークが上流側に移動するた
め)傾向がある。
の流量と温度の組合せからピーク温度領域を予め設定し
ておくことが可能であり、これをデータテーブルあるい
は関数として表すことができる。
量を測定するセンサ等を設置していないので、目標値制
御手段C2で設定した目標値を用いたが、メタノールと
水の流量を検出するセンサ等を用いて、これらの検出値
を使用してもよい。さらにメタノールと水の温度は改質
反応器1に供給される燃料改質蒸気の温度を検出する温
度センサ7の検出値を用いている。空気流量は流量セン
サ5、空気温度は温度センサ4の検出値を用いている。
度を推定し、その中からピーク温度領域の温度を推定す
る。推定は目標値制御手段C2で算出したメタノールと
水の目標流量と、燃料改質蒸気の温度(温度センサ7の
検出値)と、コンプレッサ2から供給される空気の温度
(温度センサ4の検出値)と流量(流量センサ5の検出
値)を入力として、改質反応器内のピーク温度を算出す
る関数を作成し行う。
が活発になり改質反応器内の温度は上昇し、減少すれば
温度は下がる。空気温度が上昇すれば空気の持ち込む熱
量が増加するので、改質反応器内の温度も上昇し、空気
温度が下がれば改質反応器内の温度も低下する。
とする)の流量を増加すると吸熱反応である改質反応が
活発となり、改質反応器内の温度は低下し、流量を減ら
すと改質反応器内の温度は上昇する。改質原燃料の温度
が上昇すれば改質原燃料の持ち込む熱量が増加するの
で、改質反応器内の温度も上昇し、改質原燃料の温度が
下がれば改質反応器内の温度も低下する。
燃料および空気の流量、温度と密接な関係にあり、改質
反応器内の温度は予め実験で得たデータテーブルあるい
は多変量解析に基づく関数として求めることができる。
求めることもできる。
u1は空気流速[m/s]で、流量センサ5の出力[m3/
s]/流路断面積[m2]で算出される。
u1と同様に求めることができる。
様に求めることができる。なお、メタノール、水の流量
センサは本実施形態では使用していないので、目標値を
用いる。
であり、−49500[J/mol]とする。
熱)であり、189600[J/mol]とする。
平均熱容量[J/kg*K]である。
H3OH)*(H2O) k2=A2*EXP(−E2/RT)*(CH3OH)*
(O2)0.5 E1、E2は活性化エネルギー定数であり、A1、A2
は頻度係数と呼ぶ適当な定数である。
度[mol/m3]を表す。
(mol*K)]とする。
る。
実施形態では測定していないので、固定値とした。
る。
sを一定とすると式(1)が求まる。
するために空間微分を消去する。そのため本実施形態で
は1次後退差分を用いる。また改質反応器1の全長をL
(m)として、これを適当なN個のサブ領域に分割する
と、Δzは式(3)で求まる。
なる。
メタノール、空気の平均温度である。なお空気の温度は
温度センサ4の測定値を、水とメタノールの温度はこれ
らが混合されて蒸気となっているので、温度センサ7の
測定値を用いる。
ランスを表す式であり、これは積分すれば熱量変化を表
す式として利用できる。なお式(5)に示されるように
熱量変化は指数関数を含んでおり、温度に関して非線形
性を有することがわかる。
ら算出でき、濃度は下式で求められる。
る流量センサを設置していないので、目標値制御手段C
2で算出した目標値を用いる。流量センサを設置してい
る場合には流量センサの検出値を用いればよい。
改質反応器入口に近い場合には式(5)、(6)の演算
回数は多くなく、問題とはならないが、ピーク温度の領
域が入口より遠くにある場合には、演算回数が多くなり
時間が掛かることになる。
小さくしてピーク温度領域を算出し、次に算出したピー
ク温度領域をさらに分割してピーク温度領域を算出すれ
ば、精度よくピーク温度領域を算出するとともに、演算
時間の短縮を図ることができる。
様の手法を用いて改質反応器1に設けた温度センサ9の
位置での改質反応器内温度を推定する。
出(推定)した温度センサ位置での温度と温度センサ9
が検出した実際の温度との偏差を算出する。
ップSa2で算出したピーク温度推定値にステップSa
4で求めた偏差を加算し補正する。本実施形態ではピー
ク温度推定値に偏差をそのまま加算したが、偏差に補正
パラメータを乗じて加算してもよい。
正されたピーク温度推定値を所定時間、複数個保存する
ようにするとともに、新しい推定値を算出する毎に最も
古い推定値と置き換えるようにする。
すると、次の推定値を算出したら、保存されていた3回
分の推定値のうち最も古い推定値と置き換えて、データ
上は常に3回分のピーク温度推定値を保存しておく。
の推定値をピーク温度として決定する。このような判定
をすることにより、ピーク温度制御手段C5が明らかに
不適切な推定値を出力した場合でも、その影響を受けな
いようにしている。
定したピーク温度を改質反応器温度制御手段C4に出力
する。改質反応器温度制御手段C4は入力されたピーク
温度と目標温度との偏差を求め、この偏差に基づいて改
質反応器1に供給すべき空気流量を算出して、非干渉制
御手段C3に出力する。非干渉制御手段C3ではこの空
気流量となるように、空気流量を制御する流量制御弁6
の開度を制御する。
出されたピーク温度に基づいて改質原燃料の流量を制限
する。この制御については図3のフローチャートを用い
て詳しく説明する。
標管理温度範囲に維持することができ、たとえば改質反
応器内で異常に高温となる部位が生じることによって損
傷するようなことがない。
原燃料の流量制限を説明するフローチャートである。
が設定した改質反応器目標管理温度をステップSa6で
算出されたピーク温度が超えているかどうかを判定す
る。越えている場合にはステップSb2へ、越えていな
い場合にはステップSb4へ進む。
が限界であると解釈し、改質原燃料のメタノールと水の
流量を現在値より減少しないように制御する。この流量
制限の信号は目標値制御手段C2に送られる。目標値制
御手段C2ではメタノールと水の目標流量を算出する際
に、この信号の有無を確認し、信号が入力されている場
合には、メタノールと水の流量を現在の流量より減少さ
せないようにする。
標管理温度内に収まるように空気流量補正量を算出す
る。
としている。これは予め空気流量変化に対してどの程度
変化するかを調べるステップ応答試験から決定したもの
である。なお、より正確な制御のためにステップ応答試
験のデータから作成するダイナミックモデル(時系列モ
デル)を使ったモデル予測制御手法を使って計算するよ
うにしてもよい。
C4に出力する。一方、ステップSa6で求めたピーク
温度と目標値制御手段C2で算出した目標値との偏差を
求め、この偏差に基づき、改質反応器1に供給すべき空
気流量を改質反応器温度制御手段C4で算出する。この
空気流量と空気流量補正量を加算する。さらにこの値に
目標値制御手段C2で算出した改質反応器1に供給する
空気流量目標値をフィードフォワード項として加算し、
この値を非干渉制御手段C3に出力する。
はステップSb4に進み、ピーク温度が目標管理温度の
下限を下回っているかどうかを判定する。下回っている
場合にはステップSb5に進み、下回っていない場合に
は制御を終了する。
が限界であると解釈し、改質原燃料のメタノールと水の
流量を現在値より増加しないように制御する。この流量
制限の信号は目標値制御手段C2に送られる。目標値制
御手段C2ではメタノールと水の目標流量を算出する際
に、この信号の有無を確認し、信号が入力されている場
合には、メタノールと水の流量を現在の流量より増加さ
せないようにする。
標管理温度内に収まるように空気流量補正量を算出す
る。
としている。これは予め空気流量変化に対してどの程度
変化するかを調べるステップ応答試験から決定したもの
であるのはステップSb3の場合と同様である。
C4に出力する。一方、ステップSa6で求めたピーク
温度と目標値制御手段C2で算出した目標値との偏差を
求め、この偏差に基づき、改質反応器1に供給すべき空
気流量を改質反応器温度制御手段C4で算出する。この
空気流量と空気流量補正量を加算する。さらにこの値に
目標値制御手段C2で算出した改質反応器1に供給する
空気流量目標値をフィードフォワード項として加算し、
この値を非干渉制御手段C3に出力する。
き、改質反応器8内の温度を目標管理温度に維持し、温
度変化のオーバーシュートやアンダーシュートが未然に
防止された状態で改質反応器8を運転することが可能と
なる。
適用したものであるが、これに限定されるものではな
く、一酸化炭素除去器8に適用することもできる。たと
えば一酸化炭素除去器8内で部位によって温度差が生じ
た場合、一酸化炭素除去器8を破損しないように温度を
目標管理温度内に制御する必要がある。その場合には吸
熱は熱交換器によってなされる。よって本実施形態に熱
交換器を追加して、一酸化炭素除去器8に本発明を適用
することで、一酸化炭素除去器8の温度を目標管理温度
に制御することができる。
ーチャートである。
ーチャートである。
Claims (7)
- 【請求項1】吸熱を伴う改質反応と発熱を伴う部分酸化
反応とを併用し、改質原燃料と酸化剤を反応させて水素
を含む改質ガスを生成する改質反応器と、 改質反応器に備えられ、改質反応器内の温度を検出する
温度検出手段と、 改質反応器に酸化剤を供給する酸化剤供給器と、を備え
た燃料改質装置において、 改質反応器内での温度を推定する温度分布推定手段と、 この推定された温度分布に基づいて最も高温となる部位
の温度を推定するピーク温度推定手段と、 同じく温度検出手段が設置された箇所の改質反応器内の
温度を推定する温度検出部温度推定手段と、 温度検出手段の検出値と温度検出部温度推定手段の推定
値との偏差に基づき、ピーク温度推定手段の推定値を補
正するピーク温度補正手段と、を備えたことを特徴とす
る燃料改質装置。 - 【請求項2】前記温度分布推定手段は、改質原燃料およ
び酸化剤の供給量とその温度に基づいて改質反応器内の
温度分布を推定することを特徴とする請求項1に記載の
燃料改質装置。 - 【請求項3】前記温度分布推定手段は、改質原燃料流量
とその温度、酸化剤流量とその温度のパターンから予め
改質反応器内のピーク温度が検出される領域を求め、こ
れに基づき設定されたデータテーブルであることを特徴
とする請求項1に記載の燃料改質装置。 - 【請求項4】前記改質反応器内の温度の目標温度を設定
する目標温度制御手段と、 前記ピーク温度補正手段が補正した推定値と目標温度と
を比較し、推定値が目標温度に維持されていない場合
に、改質原燃料の流量を増量時又は減量時に制限するピ
ーク温度制御手段とを備えたことを特徴とする請求項1
から3のいずれか一つに記載の燃料改質装置。 - 【請求項5】前記ピーク温度推定手段が演算毎に推定し
た最高温度のデータ中から最高値をピーク温度とするピ
ーク温度決定手段を備えたことを特徴とする請求項1に
記載の燃料改質装置。 - 【請求項6】温度分布推定手段は、改質反応器内の所定
箇所での改質原燃料の流量と温度、及び同じく酸化剤の
流量と温度に基づいて求まる改質反応器内に入る熱エネ
ルギと、改質反応器で生じる熱エネルギと、改質反応器
外に放熱する熱エネルギと、改質ガスが改質反応器外に
持ち出すエネルギとに基づいて改質反応器内の温度を推
定することを特徴とする請求項1から5のいずれか一つ
に記載の燃料改質装置。 - 【請求項7】前記ピーク温度補正手段が補正した推定値
が目標温度となるように前記酸化剤供給器を制御する改
質反応器温度制御手段を備えたことを特徴とする請求項
1から6のいずれか一つに記載の燃料改質装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004026596A (ja) * | 2002-06-27 | 2004-01-29 | Nippon Soken Inc | 燃料改質装置 |
JP2007308318A (ja) * | 2006-05-17 | 2007-11-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 改質装置及びその運転方法 |
EP2246294A1 (en) * | 2008-02-13 | 2010-11-03 | Honda Motor Co., Ltd. | Control apparatus for fuel reformer |
WO2019234934A1 (ja) * | 2018-06-08 | 2019-12-12 | 日産自動車株式会社 | 温度制御方法及び燃料電池システム |
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2000
- 2000-10-12 JP JP2000312070A patent/JP3709778B2/ja not_active Expired - Fee Related
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EP2246294B1 (en) * | 2008-02-13 | 2014-09-03 | Honda Motor Co., Ltd. | Control method for fuel reformer |
WO2019234934A1 (ja) * | 2018-06-08 | 2019-12-12 | 日産自動車株式会社 | 温度制御方法及び燃料電池システム |
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