JP2002179405A - 燃料改質器の温度制御方法 - Google Patents
燃料改質器の温度制御方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料改質器の温度制御応答を向上して、触媒
の劣化、ＣＯガス、未反応ガスの生成を防止する。 【解決手段】 改質用燃料から水素リッチな改質ガスを
生成する燃料改質器において、改質反応部１に導入され
る改質用燃料と空気との空燃比を検出する空燃比検出手
段１８の信号と、空燃比と改質反応部１の到達温度との
温度相関マップとに基づいて、燃料改質器１０に供給さ
れる改質用燃料と空気との混合比を制御することによっ
て、改質反応部１の温度を制御する。
の劣化、ＣＯガス、未反応ガスの生成を防止する。 【解決手段】 改質用燃料から水素リッチな改質ガスを
生成する燃料改質器において、改質反応部１に導入され
る改質用燃料と空気との空燃比を検出する空燃比検出手
段１８の信号と、空燃比と改質反応部１の到達温度との
温度相関マップとに基づいて、燃料改質器１０に供給さ
れる改質用燃料と空気との混合比を制御することによっ
て、改質反応部１の温度を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、改質用燃料から水
素リッチな改質ガスを生成する燃料改質器の温度制御方
法に関するものである。
素リッチな改質ガスを生成する燃料改質器の温度制御方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の燃料改質器の温度制御方法とし
て、例えば特開平１１−１３０４０３号の例がある。こ
れは、改質反応部に設置した温度センサの信号を基に改
質用燃料、空気の流量を調整することによって、触媒等
からなる改質反応部の温度を所定温度に制御するという
方法を採っている。
て、例えば特開平１１−１３０４０３号の例がある。こ
れは、改質反応部に設置した温度センサの信号を基に改
質用燃料、空気の流量を調整することによって、触媒等
からなる改質反応部の温度を所定温度に制御するという
方法を採っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の燃料改質器の温度制御方法を、車載用燃料電
池等の比較的小型軽量で廉価な燃料改質システムに適用
しようとした場合、温度センサによる温度検出の応答が
遅いため、負荷の急激な変化（供給される改質用燃料の
流量の変化）に対して、改質反応部の温度を応答良く制
御することは難しく、改質用燃料の流量が急増した場
合、触媒の温度の過昇温によって触媒の劣化を招いた
り、燃料電池の性能低下の原因となるＣＯガスの生成を
もたらし、また流量が急減した場合、触媒の温度の低下
によって反応が進まず、未反応ガスを生じる等の問題が
あった。
うな従来の燃料改質器の温度制御方法を、車載用燃料電
池等の比較的小型軽量で廉価な燃料改質システムに適用
しようとした場合、温度センサによる温度検出の応答が
遅いため、負荷の急激な変化（供給される改質用燃料の
流量の変化）に対して、改質反応部の温度を応答良く制
御することは難しく、改質用燃料の流量が急増した場
合、触媒の温度の過昇温によって触媒の劣化を招いた
り、燃料電池の性能低下の原因となるＣＯガスの生成を
もたらし、また流量が急減した場合、触媒の温度の低下
によって反応が進まず、未反応ガスを生じる等の問題が
あった。
【０００４】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを目的としている。
とを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、改質用燃
料から水素リッチな改質ガスを生成する燃料改質器にお
いて、改質反応部に導入される改質用燃料と空気との空
燃比を検出する空燃比検出手段の信号と、空燃比と改質
反応部の到達温度との温度相関マップとに基づいて、燃
料改質器に供給される改質用燃料と空気との混合比を制
御することによって、改質反応部の温度を制御する。
料から水素リッチな改質ガスを生成する燃料改質器にお
いて、改質反応部に導入される改質用燃料と空気との空
燃比を検出する空燃比検出手段の信号と、空燃比と改質
反応部の到達温度との温度相関マップとに基づいて、燃
料改質器に供給される改質用燃料と空気との混合比を制
御することによって、改質反応部の温度を制御する。
【０００６】第２の発明は、改質用燃料から水素リッチ
な改質ガスを生成する燃料改質器において、改質反応部
に導入される改質用燃料と空気との空燃比を検出する空
燃比検出手段の信号と、空燃比と改質反応部の到達温度
との温度相関マップと、改質反応部に設置された温度検
出手段の信号とに基づいて、燃料改質器に供給される改
質用燃料と空気との混合比を制御することによって、改
質反応部の温度を制御する。
な改質ガスを生成する燃料改質器において、改質反応部
に導入される改質用燃料と空気との空燃比を検出する空
燃比検出手段の信号と、空燃比と改質反応部の到達温度
との温度相関マップと、改質反応部に設置された温度検
出手段の信号とに基づいて、燃料改質器に供給される改
質用燃料と空気との混合比を制御することによって、改
質反応部の温度を制御する。
【０００７】第３の発明は、第２の発明において、前記
改質用燃料と空気との混合比を、前記空燃比検出手段の
信号と前記温度相関マップとに基づいて制御してから所
定の時間が経過した後に、前記温度検出手段の信号に基
づいて補正制御するようにした。
改質用燃料と空気との混合比を、前記空燃比検出手段の
信号と前記温度相関マップとに基づいて制御してから所
定の時間が経過した後に、前記温度検出手段の信号に基
づいて補正制御するようにした。
【０００８】第４の発明は、第３の発明において、前記
所定の時間は、前記空燃比検出手段の信号と前記温度相
関マップとに基づく混合比の制御に伴う前記改質反応部
での反応が終了するまでの時間である。
所定の時間は、前記空燃比検出手段の信号と前記温度相
関マップとに基づく混合比の制御に伴う前記改質反応部
での反応が終了するまでの時間である。
【０００９】第５の発明は、第２の発明において、前記
改質反応部での反応が終了するまでの時間は、前記空燃
比検出手段の信号と前記温度相関マップとに基づく混合
比の制御から前記改質反応部の温度の単位時間当たりの
変化率が基準値以下になるまでの時間である。
改質反応部での反応が終了するまでの時間は、前記空燃
比検出手段の信号と前記温度相関マップとに基づく混合
比の制御から前記改質反応部の温度の単位時間当たりの
変化率が基準値以下になるまでの時間である。
【００１０】第６の発明は、第１〜第５の発明におい
て、前記温度相関マップは、燃料改質器への燃料供給量
に応じて複数用意し、その燃料供給量に応じて選択す
る。
て、前記温度相関マップは、燃料改質器への燃料供給量
に応じて複数用意し、その燃料供給量に応じて選択す
る。
【００１１】第７の発明は、第１〜第６の発明におい
て、前記改質用燃料は、炭化水素系燃料と水とにより構
成し、前記混合比を、炭化水素系燃料と水の比率に応じ
て補正する。
て、前記改質用燃料は、炭化水素系燃料と水とにより構
成し、前記混合比を、炭化水素系燃料と水の比率に応じ
て補正する。
【００１２】第８の発明は、第１〜第７の発明におい
て、前記混合比の制御は、燃料改質器への空気供給量を
制御することによって行う。
て、前記混合比の制御は、燃料改質器への空気供給量を
制御することによって行う。
【００１３】第９の発明は、第１〜第８の発明におい
て、前記空燃比検出手段は、酸素濃度の計測手段と、改
質用燃料の蒸気濃度の計測手段とを備え、これらの計測
値から空燃比を算出する。
て、前記空燃比検出手段は、酸素濃度の計測手段と、改
質用燃料の蒸気濃度の計測手段とを備え、これらの計測
値から空燃比を算出する。
【００１４】第１０の発明は、第１〜第８の発明におい
て、前記空燃比検出手段は、空気流量の計測手段と、改
質用燃料流量の計測手段とを備え、これらの計測値から
空燃比を算出する。
て、前記空燃比検出手段は、空気流量の計測手段と、改
質用燃料流量の計測手段とを備え、これらの計測値から
空燃比を算出する。
【００１５】
【発明の効果】第１の発明では、改質用燃料と空気との
空燃比に対する改質反応部の到達温度の温度相関マップ
を基に、燃料改質器に供給される改質用燃料と空気との
混合比を制御することによって、起動時、急加減速時等
の急峻な応答にも対応した燃料改質器の温度制御ができ
る。
空燃比に対する改質反応部の到達温度の温度相関マップ
を基に、燃料改質器に供給される改質用燃料と空気との
混合比を制御することによって、起動時、急加減速時等
の急峻な応答にも対応した燃料改質器の温度制御ができ
る。
【００１６】第２、第３の発明では、第１の発明のよう
に温度相関マップを基に混合比を制御したとしても、実
際の温度が何らかの要因(触媒の劣化等)で適正範囲内に
入らなかった場合には、燃料改質器の温度は適正に制御
されない場合があるが、改質反応部の温度を併せて測定
することによって、起動時、急加減速時等の急峻な応答
に対応した後の改質反応部の温度を正確に把握して、温
度を正確に制御でき、燃料改質器の温度制御精度を向上
できる。特に、第３の発明では、混合比を温度相関マッ
プに基づいて制御してから所定の時間が経過した後に、
温度検出手段の信号に基づいて補正制御することによっ
て、燃料改質器の温度が安定した状態で適正温度に正確
に制御することができる。
に温度相関マップを基に混合比を制御したとしても、実
際の温度が何らかの要因(触媒の劣化等)で適正範囲内に
入らなかった場合には、燃料改質器の温度は適正に制御
されない場合があるが、改質反応部の温度を併せて測定
することによって、起動時、急加減速時等の急峻な応答
に対応した後の改質反応部の温度を正確に把握して、温
度を正確に制御でき、燃料改質器の温度制御精度を向上
できる。特に、第３の発明では、混合比を温度相関マッ
プに基づいて制御してから所定の時間が経過した後に、
温度検出手段の信号に基づいて補正制御することによっ
て、燃料改質器の温度が安定した状態で適正温度に正確
に制御することができる。
【００１７】第４の発明では、前記所定の時間を、温度
相関マップに基づく混合比の制御に伴う改質反応部での
反応が終了するまでの時間とするので、燃料改質器の温
度を一層正確に制御することができる。
相関マップに基づく混合比の制御に伴う改質反応部での
反応が終了するまでの時間とするので、燃料改質器の温
度を一層正確に制御することができる。
【００１８】第５の発明では、前記改質反応部での反応
が終了する時間を、温度検出手段による温度検出値の単
位時間当たりの変化率から検出することができる。
が終了する時間を、温度検出手段による温度検出値の単
位時間当たりの変化率から検出することができる。
【００１９】第６の発明では、温度相関マップを燃料供
給量に応じて複数用意して、燃料供給量に応じて選択す
るので、燃料流量が変化しても、燃料改質器の温度を適
正範囲内に制御することができる。
給量に応じて複数用意して、燃料供給量に応じて選択す
るので、燃料流量が変化しても、燃料改質器の温度を適
正範囲内に制御することができる。
【００２０】第７の発明では、炭化水素系燃料と水の比
率に対応して、燃料改質器の温度を適正範囲内に制御す
ることができる。
率に対応して、燃料改質器の温度を適正範囲内に制御す
ることができる。
【００２１】第８の発明では、燃料と空気の混合比を空
気供給量によって制御でき、制御が容易である。
気供給量によって制御でき、制御が容易である。
【００２２】第９、第１０の発明では、空燃比の検出手
段を具現化できる。
段を具現化できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。
て図面に基づいて説明する。
【００２４】図１、図２は、本発明の第１の実施の形態
の概略構成と、その温度制御シーケンスを示す図であ
る。
の概略構成と、その温度制御シーケンスを示す図であ
る。
【００２５】まず、図１のように燃料改質器１０のケー
シング１１には触媒等からなる改質反応部１が装填され
ている。
シング１１には触媒等からなる改質反応部１が装填され
ている。
【００２６】燃料改質器１０の改質反応部１上流のケー
シング１１には、改質反応部１に原料（改質用燃料）と
空気との混合気を供給するための混合気供給ライン１２
が接続されている。
シング１１には、改質反応部１に原料（改質用燃料）と
空気との混合気を供給するための混合気供給ライン１２
が接続されている。
【００２７】混合気供給ライン１２の上流には、原料供
給ライン１３より供給される原料と、空気供給ライン１
４より供給される空気とを混合して混合気を生成する混
合部１５が設けられている。
給ライン１３より供給される原料と、空気供給ライン１
４より供給される空気とを混合して混合気を生成する混
合部１５が設けられている。
【００２８】原料供給ライン１３には、原料供給ライン
１３を介して混合部１５に原料を供給すると共に、原料
供給量を調整するための原料供給装置１６が配置され、
空気供給ライン１４には、図示しない空気供給源から空
気供給ライン１４を介して混合部１５に供給する空気の
流量を調整するための流量調整装置１７が設置されてい
る。
１３を介して混合部１５に原料を供給すると共に、原料
供給量を調整するための原料供給装置１６が配置され、
空気供給ライン１４には、図示しない空気供給源から空
気供給ライン１４を介して混合部１５に供給する空気の
流量を調整するための流量調整装置１７が設置されてい
る。
【００２９】原料としては、炭化水素系燃料（メタノー
ル、エタノール、石油等）と水が用いられ、これらは原
料供給装置１６より所定の割合で供給されると共に、蒸
気にされて混合部１５にて空気と混合される。
ル、エタノール、石油等）と水が用いられ、これらは原
料供給装置１６より所定の割合で供給されると共に、蒸
気にされて混合部１５にて空気と混合される。
【００３０】この混合部１５にて生成された原料と空気
との混合気の空燃比を検出するための空燃比検出手段が
設けられる。
との混合気の空燃比を検出するための空燃比検出手段が
設けられる。
【００３１】この空燃比検出手段としては、混合気供給
ライン１２の混合部１５の下流に空燃比検出器１８を設
置して混合気の空燃比を検出するもの、あるいは原料供
給装置１６よりの原料供給量および流量調整装置１７よ
りの空気供給量を基に混合気の空燃比を検出するもの等
が用いられる。
ライン１２の混合部１５の下流に空燃比検出器１８を設
置して混合気の空燃比を検出するもの、あるいは原料供
給装置１６よりの原料供給量および流量調整装置１７よ
りの空気供給量を基に混合気の空燃比を検出するもの等
が用いられる。
【００３２】例えば、空燃比検出器１８を設置して混合
気の空燃比を検出するものには、混合気の酸素濃度を計
測する検出器（自動車用エンジンに使用される空燃比セ
ンサ）と原料の蒸気濃度を計測する検出器とが用いら
れ、これらの酸素濃度信号と蒸気濃度信号がコントロー
ラ２０に入力され、コントローラ２０により酸素濃度か
ら空気量を、蒸気濃度から原料量を求めて空燃比が算出
される。
気の空燃比を検出するものには、混合気の酸素濃度を計
測する検出器（自動車用エンジンに使用される空燃比セ
ンサ）と原料の蒸気濃度を計測する検出器とが用いら
れ、これらの酸素濃度信号と蒸気濃度信号がコントロー
ラ２０に入力され、コントローラ２０により酸素濃度か
ら空気量を、蒸気濃度から原料量を求めて空燃比が算出
される。
【００３３】また、原料供給量および空気供給量を基に
混合気の空燃比を検出するものの場合には、図示しない
が、原料流量を計測する検出器および空気流量を計測す
る検出器が設けられ、これらの信号がコントローラ２０
に入力され、コントローラ２０により原料流量および空
気流量を基に空燃比が算出される。
混合気の空燃比を検出するものの場合には、図示しない
が、原料流量を計測する検出器および空気流量を計測す
る検出器が設けられ、これらの信号がコントローラ２０
に入力され、コントローラ２０により原料流量および空
気流量を基に空燃比が算出される。
【００３４】原料供給装置１６、流量調整装置１７はコ
ントローラ２０によって制御される。即ち、コントロー
ラ２０によって、外部からの信号（車両等の運転信号）
等に基づく燃料改質器１０の改質ガスの要求生成量に応
じて、原料供給装置１６よりの原料供給量ならびに流量
調整装置１７よりの空気供給量が制御されると共に、改
質反応部１の温度を適正範囲に保つように、空燃比検出
手段の出力に応じて、流量調整装置１７よりの空気供給
量が調整制御される。
ントローラ２０によって制御される。即ち、コントロー
ラ２０によって、外部からの信号（車両等の運転信号）
等に基づく燃料改質器１０の改質ガスの要求生成量に応
じて、原料供給装置１６よりの原料供給量ならびに流量
調整装置１７よりの空気供給量が制御されると共に、改
質反応部１の温度を適正範囲に保つように、空燃比検出
手段の出力に応じて、流量調整装置１７よりの空気供給
量が調整制御される。
【００３５】次に、図２に示す制御フローチャートにし
たがって燃料改質器１０の温度制御動作を説明する。
たがって燃料改質器１０の温度制御動作を説明する。
【００３６】外部からの運転信号入力により、この制御
フローに入る。
フローに入る。
【００３７】ステップ１０では、外部からの改質ガスの
要求生成量に応じて制御する原料供給装置１６の制御値
から原料供給量を読み込む。また、その要求生成量に応
じて流量調整装置１７を制御する。
要求生成量に応じて制御する原料供給装置１６の制御値
から原料供給量を読み込む。また、その要求生成量に応
じて流量調整装置１７を制御する。
【００３８】ステップ２０では、原料供給量に応じた、
原料と空気との空燃比と、改質反応部１の到達温度との
関係を表す温度相関マップを選択する。
原料と空気との空燃比と、改質反応部１の到達温度との
関係を表す温度相関マップを選択する。
【００３９】この温度相関マップは、空燃比と、その空
燃比の混合気の改質を行った場合に、到達する改質反応
部１の到達温度との関係を実験等によって求めたもの
で、原料供給量が異なると発熱量が変わるため、原料供
給量に応じて温度相関マップを複数用意して、複数の温
度相関マップの中から原料供給量に応じて選択する。
燃比の混合気の改質を行った場合に、到達する改質反応
部１の到達温度との関係を実験等によって求めたもの
で、原料供給量が異なると発熱量が変わるため、原料供
給量に応じて温度相関マップを複数用意して、複数の温
度相関マップの中から原料供給量に応じて選択する。
【００４０】ステップ３０では、空燃比検出手段の信号
を取り込み、原料と空気との空燃比を読み込む。
を取り込み、原料と空気との空燃比を読み込む。
【００４１】ステップ４０では、ステップ２０で選択し
た温度相関マップと、ステップ３０で読み込んだ空燃比
とから、改質反応部１の到達温度を計算する。
た温度相関マップと、ステップ３０で読み込んだ空燃比
とから、改質反応部１の到達温度を計算する。
【００４２】ステップ４０中の温度相関マップは、所定
範囲における空燃比と改質反応部１の到達温度との関係
を示したもので、このマップの場合、改質反応部１が適
正温度になる空燃比に対して、空燃比が小さいときほど
到達温度は低く、空燃比が大きくなるほど到達温度は高
くなる特性となっている。
範囲における空燃比と改質反応部１の到達温度との関係
を示したもので、このマップの場合、改質反応部１が適
正温度になる空燃比に対して、空燃比が小さいときほど
到達温度は低く、空燃比が大きくなるほど到達温度は高
くなる特性となっている。
【００４３】ステップ５０では、ステップ４０で計算し
た温度が改質反応部１の適正温度かどうかを判断する。
適正範囲である場合、制御フローを終了する。適正範囲
でない場合、次のステップに進む。
た温度が改質反応部１の適正温度かどうかを判断する。
適正範囲である場合、制御フローを終了する。適正範囲
でない場合、次のステップに進む。
【００４４】ステップ６０では、ステップ２０で選択し
た温度相関マップから、改質反応部１が適正温度になる
空燃比を割り出し、その空燃比を基に必要な空気量を計
算する。
た温度相関マップから、改質反応部１が適正温度になる
空燃比を割り出し、その空燃比を基に必要な空気量を計
算する。
【００４５】ステップ７０では、流量調整装置１７の空
気流量をステップ６０で計算した値に調整するように、
流量調整装置１７を制御する。
気流量をステップ６０で計算した値に調整するように、
流量調整装置１７を制御する。
【００４６】これらの処理は、燃料改質器１０の運転が
終了するまで、繰り返す。
終了するまで、繰り返す。
【００４７】このように、原料と空気との空燃比に対す
る改質反応部１の到達温度の関係を表す温度相関マップ
を基に、改質反応部１に供給される原料と空気との混合
比を制御するので、負荷の急激な変化（供給される原料
の流量の変化）に対して、改質反応部１の温度を応答良
く適正温度に制御することができる。
る改質反応部１の到達温度の関係を表す温度相関マップ
を基に、改質反応部１に供給される原料と空気との混合
比を制御するので、負荷の急激な変化（供給される原料
の流量の変化）に対して、改質反応部１の温度を応答良
く適正温度に制御することができる。
【００４８】したがって、起動時、急加減速時等、原料
流量が急増した場合、改質反応部１の温度の過昇温によ
って、触媒の劣化やＣＯガスの生成を招くことはなく、
また原料流量が急減した場合、触媒の温度の低下によっ
て、反応が進まずに未反応ガスを生じるといったことを
防止できる。
流量が急増した場合、改質反応部１の温度の過昇温によ
って、触媒の劣化やＣＯガスの生成を招くことはなく、
また原料流量が急減した場合、触媒の温度の低下によっ
て、反応が進まずに未反応ガスを生じるといったことを
防止できる。
【００４９】また、温度相関マップを原料供給量に応じ
て複数用意して、複数の温度相関マップの中から原料供
給量に応じて選択するので、原料流量が変化しても、改
質反応部１の温度を適正範囲内に制御することができ
る。
て複数用意して、複数の温度相関マップの中から原料供
給量に応じて選択するので、原料流量が変化しても、改
質反応部１の温度を適正範囲内に制御することができ
る。
【００５０】一方、原料の炭化水素系燃料と水の比率
は、通常一定の割合（例えば、１：１．５）に設定する
が、これらの比率が変わった場合、改質反応部１の到達
温度が変わるため、温度相関マップも変わってくる。こ
のため、このような炭化水素系燃料と水の比率に対し
て、前述の温度相関マップの改質反応部１の到達温度に
対する空燃比の補正値を求め、この補正値に応じて原料
と空気との混合比を補正制御するようにすれば、炭化水
素系燃料と水の比率に対応することができ、改質反応部
１の温度を適正範囲内に制御することができる。また、
この場合炭化水素系燃料と水の比率に応じて複数の温度
相関マップを用意して、原料と空気との混合比を制御す
るようにしても良い。
は、通常一定の割合（例えば、１：１．５）に設定する
が、これらの比率が変わった場合、改質反応部１の到達
温度が変わるため、温度相関マップも変わってくる。こ
のため、このような炭化水素系燃料と水の比率に対し
て、前述の温度相関マップの改質反応部１の到達温度に
対する空燃比の補正値を求め、この補正値に応じて原料
と空気との混合比を補正制御するようにすれば、炭化水
素系燃料と水の比率に対応することができ、改質反応部
１の温度を適正範囲内に制御することができる。また、
この場合炭化水素系燃料と水の比率に応じて複数の温度
相関マップを用意して、原料と空気との混合比を制御す
るようにしても良い。
【００５１】また、原料と空気との混合比を空気量によ
って制御するので、制御が容易である。
って制御するので、制御が容易である。
【００５２】図３、図４は、本発明の第２の実施の形態
を示す。これは、改質反応部１の温度を検出する温度検
出手段（温度センサ）３０を設け、前述の第１の実施の
形態のように、原料と空気との空燃比と、改質反応部１
の到達温度との温度相関マップを基に、改質反応部１に
供給される原料と空気との混合比を制御すると共に、そ
の温度検出手段３０の温度検出値に基づき、改質反応部
１に供給される原料と空気との混合比を補正制御するも
のである。なお、前図１と同一の部分には同符号を付し
てある。
を示す。これは、改質反応部１の温度を検出する温度検
出手段（温度センサ）３０を設け、前述の第１の実施の
形態のように、原料と空気との空燃比と、改質反応部１
の到達温度との温度相関マップを基に、改質反応部１に
供給される原料と空気との混合比を制御すると共に、そ
の温度検出手段３０の温度検出値に基づき、改質反応部
１に供給される原料と空気との混合比を補正制御するも
のである。なお、前図１と同一の部分には同符号を付し
てある。
【００５３】次に、図４に示す制御フローチャートにし
たがって燃料改質器１０の温度制御動作を説明する。な
お、ステップ５０を除くステップ１０からステップ７０
までは、前図２と同一である。
たがって燃料改質器１０の温度制御動作を説明する。な
お、ステップ５０を除くステップ１０からステップ７０
までは、前図２と同一である。
【００５４】即ち、ステップ１０では、外部からの改質
ガスの要求生成量に応じて制御する原料供給装置１６の
制御値から原料供給量を読み込む。また、その要求生成
量に応じて流量調整装置１７を制御する。
ガスの要求生成量に応じて制御する原料供給装置１６の
制御値から原料供給量を読み込む。また、その要求生成
量に応じて流量調整装置１７を制御する。
【００５５】ステップ２０では、原料供給量に応じた、
原料と空気との空燃比と、改質反応部１の到達温度との
関係を表す温度相関マップを選択する。
原料と空気との空燃比と、改質反応部１の到達温度との
関係を表す温度相関マップを選択する。
【００５６】ステップ３０では、空燃比検出手段の信号
を取り込み、原料と空気との空燃比を読み込む。
を取り込み、原料と空気との空燃比を読み込む。
【００５７】ステップ４０では、ステップ２０で選択し
た温度相関マップと、ステップ３０で読み込んだ空燃比
とから、改質反応部１の到達温度を計算する。
た温度相関マップと、ステップ３０で読み込んだ空燃比
とから、改質反応部１の到達温度を計算する。
【００５８】ステップ５０では、ステップ４０で計算し
た温度が改質反応部１の適正温度かどうかを判断する。
適正範囲である場合、ステップ８０に進む。適正範囲で
ない場合、次のステップに進む。
た温度が改質反応部１の適正温度かどうかを判断する。
適正範囲である場合、ステップ８０に進む。適正範囲で
ない場合、次のステップに進む。
【００５９】ステップ６０では、ステップ２０で選択し
た温度相関マップから、改質反応部１が適正温度になる
空燃比を割り出し、その空燃比を基に必要な空気量を計
算する。
た温度相関マップから、改質反応部１が適正温度になる
空燃比を割り出し、その空燃比を基に必要な空気量を計
算する。
【００６０】ステップ７０では、流量調整装置１７の空
気流量をステップ６０で計算した値に調整するように、
流量調整装置１７を制御する。
気流量をステップ６０で計算した値に調整するように、
流量調整装置１７を制御する。
【００６１】そして、ステップ８０では、温度検出手段
３０の温度検出値が改質反応部１の適正温度にあるかど
うかを判断する。適正範囲である場合、次のステップに
進む。適正範囲でない場合、ステップ９０に進み、温度
検出手段３０の温度検出値に基づいて流量調整装置１７
の空気流量を計算する。
３０の温度検出値が改質反応部１の適正温度にあるかど
うかを判断する。適正範囲である場合、次のステップに
進む。適正範囲でない場合、ステップ９０に進み、温度
検出手段３０の温度検出値に基づいて流量調整装置１７
の空気流量を計算する。
【００６２】これらの処理は、燃料改質器１０の運転が
終了するまで、繰り返す。
終了するまで、繰り返す。
【００６３】このようにすれば、改質反応部１の温度を
正確に把握して、改質反応部１の温度を正確に適正温度
に制御することができ、改質反応部１の温度制御精度を
向上できる。
正確に把握して、改質反応部１の温度を正確に適正温度
に制御することができ、改質反応部１の温度制御精度を
向上できる。
【００６４】図５は、本発明の第３の実施の形態を示
す。これは、原料と空気との空燃比と、改質反応部１の
到達温度との温度相関マップを基に、改質反応部１に供
給される原料と空気との混合比を制御してから所定時間
が経過した後に、その温度検出手段３０の温度検出値に
基づき、改質反応部１に供給される原料と空気との混合
比を補正制御するものである。なお、概略構成は前図２
と同一である。
す。これは、原料と空気との空燃比と、改質反応部１の
到達温度との温度相関マップを基に、改質反応部１に供
給される原料と空気との混合比を制御してから所定時間
が経過した後に、その温度検出手段３０の温度検出値に
基づき、改質反応部１に供給される原料と空気との混合
比を補正制御するものである。なお、概略構成は前図２
と同一である。
【００６５】図５の制御フローチャートにしたがって燃
料改質器１０の温度制御動作を説明する。なお、ステッ
プ５０を除くステップ１０からステップ７０までは、前
図２と同一である。
料改質器１０の温度制御動作を説明する。なお、ステッ
プ５０を除くステップ１０からステップ７０までは、前
図２と同一である。
【００６６】即ち、ステップ１０では、外部からの改質
ガスの要求生成量に応じて制御する原料供給装置１６の
制御値から原料供給量を読み込む。また、その要求生成
量に応じて流量調整装置１７を制御する。
ガスの要求生成量に応じて制御する原料供給装置１６の
制御値から原料供給量を読み込む。また、その要求生成
量に応じて流量調整装置１７を制御する。
【００６７】ステップ２０では、原料供給量に応じた、
原料と空気との空燃比と、改質反応部１の到達温度との
関係を表す温度相関マップを選択する。
原料と空気との空燃比と、改質反応部１の到達温度との
関係を表す温度相関マップを選択する。
【００６８】ステップ３０では、空燃比検出手段の信号
を取り込み、原料と空気との空燃比を読み込む。
を取り込み、原料と空気との空燃比を読み込む。
【００６９】ステップ４０では、ステップ２０で選択し
た温度相関マップと、ステップ３０で読み込んだ空燃比
とから、改質反応部１の到達温度を計算する。
た温度相関マップと、ステップ３０で読み込んだ空燃比
とから、改質反応部１の到達温度を計算する。
【００７０】ステップ５０では、ステップ４０で計算し
た温度が改質反応部１の適正温度かどうかを判断する。
適正範囲である場合、ステップ１２０に進む。適正範囲
でない場合、次のステップに進む。
た温度が改質反応部１の適正温度かどうかを判断する。
適正範囲である場合、ステップ１２０に進む。適正範囲
でない場合、次のステップに進む。
【００７１】ステップ６０では、ステップ２０で選択し
た温度相関マップから、改質反応部１が適正温度になる
空燃比を割り出し、その空燃比を基に必要な空気量を計
算する。
た温度相関マップから、改質反応部１が適正温度になる
空燃比を割り出し、その空燃比を基に必要な空気量を計
算する。
【００７２】ステップ７０では、流量調整装置１７の空
気流量をステップ６０で計算した値に調整するように、
流量調整装置１７を制御する。
気流量をステップ６０で計算した値に調整するように、
流量調整装置１７を制御する。
【００７３】そして、ステップ１１０では、温度検出手
段３０の温度検出値に基づく温度制御を開始するまでの
所定時間を計算する。この所定時間は、ステップ７０で
空気流量を調整してから、その調整に伴う改質反応部１
での反応の変化が終了するまでの時間、即ち単位時間当
たりの改質反応部１の温度変化が基準値以内にサチレー
トするのに要する時間である。この所定時間は、改質反
応部１の空気流量の変化に基づいて、例えば予め実験的
に求められた所定時間のマップ等を参照して求める。
段３０の温度検出値に基づく温度制御を開始するまでの
所定時間を計算する。この所定時間は、ステップ７０で
空気流量を調整してから、その調整に伴う改質反応部１
での反応の変化が終了するまでの時間、即ち単位時間当
たりの改質反応部１の温度変化が基準値以内にサチレー
トするのに要する時間である。この所定時間は、改質反
応部１の空気流量の変化に基づいて、例えば予め実験的
に求められた所定時間のマップ等を参照して求める。
【００７４】ステップ１２０では、前記所定時間が経過
する前に改質反応部１の温度が適正範囲内に入ったかど
うかを、ステップ１３０では、所定時間が経過したかど
うかを判断する。前記所定時間が経過する前に改質反応
部１の温度が適正範囲内に入った場合は、後に続く温度
制御を行う必要がないので、制御を終了する。所定時間
経過しても温度が適正範囲に入っていない場合には、ス
テップ１４０に進む。
する前に改質反応部１の温度が適正範囲内に入ったかど
うかを、ステップ１３０では、所定時間が経過したかど
うかを判断する。前記所定時間が経過する前に改質反応
部１の温度が適正範囲内に入った場合は、後に続く温度
制御を行う必要がないので、制御を終了する。所定時間
経過しても温度が適正範囲に入っていない場合には、ス
テップ１４０に進む。
【００７５】そして、ステップ１４０では、温度検出手
段３０の温度検出値に基づいて流量調整装置１７の空気
流量を調整し、ステップ１５０で温度検出手段３０の温
度検出値が適正範囲に入った場合には、制御を終了す
る。
段３０の温度検出値に基づいて流量調整装置１７の空気
流量を調整し、ステップ１５０で温度検出手段３０の温
度検出値が適正範囲に入った場合には、制御を終了す
る。
【００７６】このようにすれば、温度相関マップに基づ
いて応答性良く空気供給量を調整した後、その調整に伴
う改質反応部１での反応の変化が終了して、改質反応部
１の温度が安定した状態で、温度検出手段３０によって
改質反応部１の実際の温度に基づき、改質反応部１の温
度制御を一層精度良く行うことができる。また、触媒の
劣化等により、あらかじめ用意した空燃比と温度の相関
マップにより求めた温度がずれたとしても、正確に温度
制御することができる。
いて応答性良く空気供給量を調整した後、その調整に伴
う改質反応部１での反応の変化が終了して、改質反応部
１の温度が安定した状態で、温度検出手段３０によって
改質反応部１の実際の温度に基づき、改質反応部１の温
度制御を一層精度良く行うことができる。また、触媒の
劣化等により、あらかじめ用意した空燃比と温度の相関
マップにより求めた温度がずれたとしても、正確に温度
制御することができる。
【００７７】なお、この実施の形態では、前記所定時間
を計算によって求めるようにしたが、前記所定時間が経
過したことを、温度検出手段３０の検出による改質反応
部１の単位時間当たりの温度変化に基づき判断すること
もできる。即ち、改質反応部１の温度の単位時間当たり
の変化率が基準値以下になったときに、前記所定時間が
経過したと判断できる。これによれば、温度相関マップ
に基づいて応答性良く空気供給量を調整した後、その調
整に伴う改質反応部１での反応の変化の終了を精度良く
判断でき、したがって温度検出手段３０による改質反応
部１の温度制御に速やかに移行できる。
を計算によって求めるようにしたが、前記所定時間が経
過したことを、温度検出手段３０の検出による改質反応
部１の単位時間当たりの温度変化に基づき判断すること
もできる。即ち、改質反応部１の温度の単位時間当たり
の変化率が基準値以下になったときに、前記所定時間が
経過したと判断できる。これによれば、温度相関マップ
に基づいて応答性良く空気供給量を調整した後、その調
整に伴う改質反応部１での反応の変化の終了を精度良く
判断でき、したがって温度検出手段３０による改質反応
部１の温度制御に速やかに移行できる。
【００７８】なお、各実施の形態において、ステップ６
０以降の処理中に、原料供給量が急峻に変化した場合
は、制御を中断してスタートに戻るためのステップを含
ませてもよい。
０以降の処理中に、原料供給量が急峻に変化した場合
は、制御を中断してスタートに戻るためのステップを含
ませてもよい。
【図１】第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】その制御内容を示すフローチャートである。
【図３】第２の実施の形態を示す概略構成図である。
【図４】その制御内容を示すフローチャートである。
【図５】第３の実施の形態を示すフローチャートであ
る。
る。
１ 改質反応部 １０ 燃料改質器 １２ 混合気供給ライン １５ 混合部 １６ 原料供給装置 １７ 流量調整装置 １８ 空燃比検出器 ２０ コントローラ ３０ 温度検出手段
Claims (10)
- 【請求項１】 改質用燃料から水素リッチな改質ガスを
生成する燃料改質器において、 改質反応部に導入される改質用燃料と空気との空燃比を
検出する空燃比検出手段の信号と、空燃比と改質反応部
の到達温度との温度相関マップとに基づいて、燃料改質
器に供給される改質用燃料と空気との混合比を制御する
ことによって、改質反応部の温度を制御することを特徴
とする燃料改質器の温度制御方法。 - 【請求項２】 改質用燃料から水素リッチな改質ガスを
生成する燃料改質器において、 改質反応部に導入される改質用燃料と空気との空燃比を
検出する空燃比検出手段の信号と、空燃比と改質反応部
の到達温度との温度相関マップと、改質反応部に設置さ
れた温度検出手段の信号とに基づいて、燃料改質器に供
給される改質用燃料と空気との混合比を制御することに
よって、改質反応部の温度を制御することを特徴とする
燃料改質器の温度制御方法。 - 【請求項３】 前記改質用燃料と空気との混合比を、前
記空燃比検出手段の信号と前記温度相関マップとに基づ
いて制御してから所定の時間が経過した後に、前記温度
検出手段の信号に基づいて補正制御するようにしたこと
を特徴とする請求項２に記載の燃料改質器の温度制御方
法。 - 【請求項４】 前記所定の時間は、前記空燃比検出手段
の信号と前記温度相関マップとに基づく混合比の制御に
伴う前記改質反応部での反応が終了するまでの時間であ
ることを特徴とする請求項３に記載の燃料改質器の温度
制御方法。 - 【請求項５】 前記改質反応部での反応が終了するまで
の時間は、前記空燃比検出手段の信号と前記温度相関マ
ップとに基づく混合比の制御から前記改質反応部の温度
の単位時間当たりの変化率が基準値以下になるまでの時
間であることを特徴とする請求項４に記載の燃料改質器
の温度制御方法。 - 【請求項６】 前記温度相関マップは、燃料改質器への
燃料供給量に応じて複数用意し、その燃料供給量に応じ
て選択することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１
つに記載の燃料改質器の温度制御方法。 - 【請求項７】 前記改質用燃料は、炭化水素系燃料と水
とにより構成し、前記混合比を、炭化水素系燃料と水の
比率に応じて補正することを特徴とする請求項１〜６の
いずれか１つに記載の燃料改質器の温度制御方法。 - 【請求項８】 前記混合比の制御は、燃料改質器への空
気供給量を制御することによって行うことを特徴とする
請求項１〜７のいずれか１つに記載の燃料改質器の温度
制御方法。 - 【請求項９】 前記空燃比検出手段は、酸素濃度の計測
手段と、改質用燃料の蒸気濃度の計測手段とを備え、こ
れらの計測値から空燃比を算出することを特徴とする請
求項１〜８のいずれか１つに記載の燃料改質器の温度制
御方法。 - 【請求項１０】 前記空燃比検出手段は、空気流量の計
測手段と、改質用燃料流量の計測手段とを備え、これら
の計測値から空燃比を算出することを特徴とする請求項
１〜８のいずれか１つに記載の燃料改質器の温度制御方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000376821A JP3738689B2 (ja) | 2000-12-12 | 2000-12-12 | 燃料改質器の温度制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000376821A JP3738689B2 (ja) | 2000-12-12 | 2000-12-12 | 燃料改質器の温度制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002179405A true JP2002179405A (ja) | 2002-06-26 |
| JP3738689B2 JP3738689B2 (ja) | 2006-01-25 |
Family
ID=18845631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000376821A Expired - Fee Related JP3738689B2 (ja) | 2000-12-12 | 2000-12-12 | 燃料改質器の温度制御方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3738689B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6997142B2 (en) | 2003-01-28 | 2006-02-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Internal combustion engine and method of operating internal combustion engine |
| JP2008140686A (ja) * | 2006-12-04 | 2008-06-19 | Toshiba Corp | 燃料電池発電装置およびその制御方法 |
| WO2009104735A1 (ja) * | 2008-02-20 | 2009-08-27 | 本田技研工業株式会社 | 燃料改質装置 |
| JP2011144053A (ja) * | 2010-01-12 | 2011-07-28 | Honda Motor Co Ltd | 燃料改質器 |
| US9116528B2 (en) | 2011-04-26 | 2015-08-25 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Hydrogen generation apparatus, fuel cell system, and method of operating the same |
| JP2018043911A (ja) * | 2016-09-14 | 2018-03-22 | トヨタ自動車株式会社 | 熱、水素生成装置 |
-
2000
- 2000-12-12 JP JP2000376821A patent/JP3738689B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6997142B2 (en) | 2003-01-28 | 2006-02-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Internal combustion engine and method of operating internal combustion engine |
| JP2008140686A (ja) * | 2006-12-04 | 2008-06-19 | Toshiba Corp | 燃料電池発電装置およびその制御方法 |
| WO2009104735A1 (ja) * | 2008-02-20 | 2009-08-27 | 本田技研工業株式会社 | 燃料改質装置 |
| JP2009196837A (ja) * | 2008-02-20 | 2009-09-03 | Honda Motor Co Ltd | 燃料改質装置 |
| US8500832B2 (en) | 2008-02-20 | 2013-08-06 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel reforming device |
| JP2011144053A (ja) * | 2010-01-12 | 2011-07-28 | Honda Motor Co Ltd | 燃料改質器 |
| US9116528B2 (en) | 2011-04-26 | 2015-08-25 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Hydrogen generation apparatus, fuel cell system, and method of operating the same |
| JP2018043911A (ja) * | 2016-09-14 | 2018-03-22 | トヨタ自動車株式会社 | 熱、水素生成装置 |
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|---|---|
| JP3738689B2 (ja) | 2006-01-25 |
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