JP2002321902A - 改質装置 - Google Patents
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Feeding And Controlling Fuel (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 起動燃焼器を備えた改質装置において、起動
時の燃焼ガス組成を悪化させることなく改質装置および
燃料電池システムの起動時間を短縮する 【解決手段】 起動時に燃料と空気を供給して着火燃焼
させる起動燃焼器２０と、前記起動燃焼器からの燃焼ガ
ス中に空気と共に燃料を混合して改質器に供給する混合
器２１とを備えた改質装置において、起動時に起動燃焼
器にリッチ空燃比による燃焼を行わせるとともに水を供
給する。水を供給することにより起動燃焼器の燃焼ガス
温度が低下するためＮＯｘの発生を抑制でき、したがっ
てＣＯの発生が少ない、より理論空燃比に近い空燃比域
で起動燃焼器を作動させながら下流ユニットの起動を促
すことができる。
時の燃焼ガス組成を悪化させることなく改質装置および
燃料電池システムの起動時間を短縮する 【解決手段】 起動時に燃料と空気を供給して着火燃焼
させる起動燃焼器２０と、前記起動燃焼器からの燃焼ガ
ス中に空気と共に燃料を混合して改質器に供給する混合
器２１とを備えた改質装置において、起動時に起動燃焼
器にリッチ空燃比による燃焼を行わせるとともに水を供
給する。水を供給することにより起動燃焼器の燃焼ガス
温度が低下するためＮＯｘの発生を抑制でき、したがっ
てＣＯの発生が少ない、より理論空燃比に近い空燃比域
で起動燃焼器を作動させながら下流ユニットの起動を促
すことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池システムに
用いる改質装置に関し、特にその起動時間を短縮するた
めの改良に関する。
用いる改質装置に関し、特にその起動時間を短縮するた
めの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】燃料電池システムの改
質装置として、システムの起動を早めるために起動燃焼
器を設け、起動燃焼器による高温ガス中に空気と燃料を
混合して改質器に供給するようにしたものが提案されて
いる（例えば本出願人による特願2000-343569号参
照）。起動燃焼器では、起動を促すためには理論空燃比
付近もしくはややリッチな空燃比での燃焼を行わせる必
要がある。しかしながら、理論空燃比付近の燃焼では高
温雰囲気中でＮＯｘの生成量が増えるという問題が生じ
る。これに対して、リッチ空燃比による燃焼を行わせる
とＣＯ量が増加傾向となる。起動燃焼器ないし混合器の
下流側に位置する改質器や排水素燃焼器等の触媒にＣＯ
が付着すると活性が低下し、触媒が十分な性能を発揮で
きなくなるおそれを生じる。
質装置として、システムの起動を早めるために起動燃焼
器を設け、起動燃焼器による高温ガス中に空気と燃料を
混合して改質器に供給するようにしたものが提案されて
いる（例えば本出願人による特願2000-343569号参
照）。起動燃焼器では、起動を促すためには理論空燃比
付近もしくはややリッチな空燃比での燃焼を行わせる必
要がある。しかしながら、理論空燃比付近の燃焼では高
温雰囲気中でＮＯｘの生成量が増えるという問題が生じ
る。これに対して、リッチ空燃比による燃焼を行わせる
とＣＯ量が増加傾向となる。起動燃焼器ないし混合器の
下流側に位置する改質器や排水素燃焼器等の触媒にＣＯ
が付着すると活性が低下し、触媒が十分な性能を発揮で
きなくなるおそれを生じる。
【０００３】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、燃焼ガス組成を悪化させることなく改質装
置および燃料電池システムの起動時間を短縮することを
目的としている。
れたもので、燃焼ガス組成を悪化させることなく改質装
置および燃料電池システムの起動時間を短縮することを
目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、起動時に
燃料と空気を供給して着火燃焼させる起動燃焼器と、前
記起動燃焼器からの燃焼ガス中に空気と共に燃料を混合
して改質器に供給する混合器とを備えた改質装置におい
て、前記起動燃焼器に水を供給する水供給装置と、前記
空気、燃料、水の供給を制御する制御装置とを備え、前
記制御装置は、起動燃焼器にリッチ空燃比による燃焼を
行わせるときに水を供給するように構成した。
燃料と空気を供給して着火燃焼させる起動燃焼器と、前
記起動燃焼器からの燃焼ガス中に空気と共に燃料を混合
して改質器に供給する混合器とを備えた改質装置におい
て、前記起動燃焼器に水を供給する水供給装置と、前記
空気、燃料、水の供給を制御する制御装置とを備え、前
記制御装置は、起動燃焼器にリッチ空燃比による燃焼を
行わせるときに水を供給するように構成した。
【０００５】第２の発明は、前記第１の発明の制御装置
を、起動燃焼器に供給する空気または燃料または水の量
を、混合器への空気または燃料の供給状態に応じて変更
するように構成した。
を、起動燃焼器に供給する空気または燃料または水の量
を、混合器への空気または燃料の供給状態に応じて変更
するように構成した。
【０００６】第３の発明は、前記第１の発明の制御装置
を、混合器への燃料供給を、起動燃焼器への空気供給量
を増加させた後に、開始するように構成した。
を、混合器への燃料供給を、起動燃焼器への空気供給量
を増加させた後に、開始するように構成した。
【０００７】第４の発明は、前記第１の発明の制御装置
を、起動燃焼器への燃料および水の供給量を、起動燃焼
器への空気供給量を増加させた後に、変更するように構
成した。
を、起動燃焼器への燃料および水の供給量を、起動燃焼
器への空気供給量を増加させた後に、変更するように構
成した。
【０００８】第５の発明は、前記第１の発明の制御装置
を、起動燃焼器内の温度を検出する温度検出手段を備
え、起動燃焼器への空気供給量を増加させ、前記起動燃
焼器内温度が設定値以上に達した後に、混合気への燃料
供給を開始するように構成した。
を、起動燃焼器内の温度を検出する温度検出手段を備
え、起動燃焼器への空気供給量を増加させ、前記起動燃
焼器内温度が設定値以上に達した後に、混合気への燃料
供給を開始するように構成した。
【０００９】第６の発明は、前記第１の発明の制御装置
を、前記起動燃焼器への空気供給量を増加させ、一定時
間経過した後に、混合気への燃料供給を開始するように
構成した。
を、前記起動燃焼器への空気供給量を増加させ、一定時
間経過した後に、混合気への燃料供給を開始するように
構成した。
【００１０】
【作用・効果】第１の発明によれば、起動燃焼器にメタ
ノールあるいはガソリン等の燃料とともに空気を供給し
てリッチ空燃比域で燃焼させるとき、水を供給すること
により燃焼ガス温度が低下するためＮＯｘの発生を抑制
でき、したがってＣＯの発生が少ない、より理論空燃比
に近い空燃比域で燃焼を行わせることができる。また、
仮に燃焼によりＣＯが発生したとしても、水蒸気とのあ
いだのシフト反応（ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2）と水蒸
気による希釈効果とにより燃焼ガス中のＣＯ濃度は大幅
に低減する。これにより、改質器や排水素燃焼器等（以
下「下流ユニット」という。）が備える触媒にCOが吸着
して活性化を妨げるという不具合を効果的に解消するこ
とができる。
ノールあるいはガソリン等の燃料とともに空気を供給し
てリッチ空燃比域で燃焼させるとき、水を供給すること
により燃焼ガス温度が低下するためＮＯｘの発生を抑制
でき、したがってＣＯの発生が少ない、より理論空燃比
に近い空燃比域で燃焼を行わせることができる。また、
仮に燃焼によりＣＯが発生したとしても、水蒸気とのあ
いだのシフト反応（ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2）と水蒸
気による希釈効果とにより燃焼ガス中のＣＯ濃度は大幅
に低減する。これにより、改質器や排水素燃焼器等（以
下「下流ユニット」という。）が備える触媒にCOが吸着
して活性化を妨げるという不具合を効果的に解消するこ
とができる。
【００１１】第２の発明によれば、下流ユニットの起動
を促すのにより効果的なガス組成とガス温度が得られ
る。すなわち、下流ユニット内触媒の活性化を促進する
ために混合器に燃料と空気を追加的に供給する場合、起
動燃焼器に供給する原料(燃料、水、空気等)の量を変化
させないまま混合器に燃料と空気を追加すると、下流ユ
ニットへ流入するガス温度や組成が急変してシステム起
動がかえって阻害されるおそれがある。これに対して本
発明によれば、前記混合器への燃料と空気の追加時に、
例えばまず起動燃焼器への空気供給量を増やしてガス温
度を維持または高めた状態で燃料を減らし、その後水を
供給するという操作を行うことにより、下流ユニット起
動に効果的なガス組成とガス温度を得ることが可能にな
る。
を促すのにより効果的なガス組成とガス温度が得られ
る。すなわち、下流ユニット内触媒の活性化を促進する
ために混合器に燃料と空気を追加的に供給する場合、起
動燃焼器に供給する原料(燃料、水、空気等)の量を変化
させないまま混合器に燃料と空気を追加すると、下流ユ
ニットへ流入するガス温度や組成が急変してシステム起
動がかえって阻害されるおそれがある。これに対して本
発明によれば、前記混合器への燃料と空気の追加時に、
例えばまず起動燃焼器への空気供給量を増やしてガス温
度を維持または高めた状態で燃料を減らし、その後水を
供給するという操作を行うことにより、下流ユニット起
動に効果的なガス組成とガス温度を得ることが可能にな
る。
【００１２】第３の発明によれば、混合器への燃料の供
給開始を、起動燃焼器への空気供給量を増加させた後に
行なうようにしたことにより、下流ユニットへ流入する
ガス温度の急低下を抑制して下流ユニットの起動をさら
に促すことができる。
給開始を、起動燃焼器への空気供給量を増加させた後に
行なうようにしたことにより、下流ユニットへ流入する
ガス温度の急低下を抑制して下流ユニットの起動をさら
に促すことができる。
【００１３】第４の発明によれば、起動燃焼器に供給す
る空気を除く原料の供給量変更を、起動燃焼器への空気
供給量を増加させた後に行なうようにしたので、下流ユ
ニットへ流入するガス温度の急低下を抑制して下流ユニ
ットの起動をさらに促すことができる。
る空気を除く原料の供給量変更を、起動燃焼器への空気
供給量を増加させた後に行なうようにしたので、下流ユ
ニットへ流入するガス温度の急低下を抑制して下流ユニ
ットの起動をさらに促すことができる。
【００１４】第５の発明によれば、混合器への原燃料の
供給開始を、起動燃焼器への空気供給量を増加させたう
えで、起動燃焼器内温度が設定値に達した後に行なうこ
ととしたので、下流ユニットへ流入するガスの温度と組
成をより精度良く制御することができる。
供給開始を、起動燃焼器への空気供給量を増加させたう
えで、起動燃焼器内温度が設定値に達した後に行なうこ
ととしたので、下流ユニットへ流入するガスの温度と組
成をより精度良く制御することができる。
【００１５】第６の発明によれば、混合器への燃料の供
給開始を、起動燃焼器への空気供給量を増加させたうえ
で、一定時間経過した後に行なうようにしたので、より
簡潔な制御系にて下流ユニットへ流入するガスの温度と
組成を制御することができる。
給開始を、起動燃焼器への空気供給量を増加させたうえ
で、一定時間経過した後に行なうようにしたので、より
簡潔な制御系にて下流ユニットへ流入するガスの温度と
組成を制御することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図面に基
づいて説明する。図１は本発明による改質装置の一実施
形態を示している。図において、２２は燃料、たとえば
メタノールおよび水を含有する燃料をオートサーマル条
件で改質する改質器（ＡＴＲ）、２３はその下流にて改
質器２２が発生した改質ガス中のＣＯ成分を図外の燃料
電池（燃料電池スタック。図では符号２６のみを示
す。）が許容する濃度まで低減するＣＯ除去部である。
改質器２２の入口側には、起動時に前記燃料を燃焼させ
る起動用燃焼器２０と、そこで発生した燃焼ガスと改質
器２２を起動するために必要な燃料と空気とを混合し気
化させる混合器（以下「プリミキサ」と呼称する。）２
１とが接続されている。前記のプリミキサ２１には燃料
としてこの場合燃料としてメタノールが供給される構成
であるが、炭化水素成分を含有する他の液体燃料を独立
した燃料系統から供給するようにしてもよい。前記起動
用燃焼器２０には燃料ポンプ３２からの燃料と水ポンプ
３９からの水とが噴射弁２９により供給されるととも
に、コンプレッサ３４から供給される空気が供給弁３５
により導入される。また起動用燃焼器２０には、前記燃
料に着火するためのグロープラグ４０が備えられてい
る。同様に、プリミキサ２１にも燃料、空気がそれぞれ
ガス組成調整用の噴射弁３０、供給弁３６から供給され
る。
づいて説明する。図１は本発明による改質装置の一実施
形態を示している。図において、２２は燃料、たとえば
メタノールおよび水を含有する燃料をオートサーマル条
件で改質する改質器（ＡＴＲ）、２３はその下流にて改
質器２２が発生した改質ガス中のＣＯ成分を図外の燃料
電池（燃料電池スタック。図では符号２６のみを示
す。）が許容する濃度まで低減するＣＯ除去部である。
改質器２２の入口側には、起動時に前記燃料を燃焼させ
る起動用燃焼器２０と、そこで発生した燃焼ガスと改質
器２２を起動するために必要な燃料と空気とを混合し気
化させる混合器（以下「プリミキサ」と呼称する。）２
１とが接続されている。前記のプリミキサ２１には燃料
としてこの場合燃料としてメタノールが供給される構成
であるが、炭化水素成分を含有する他の液体燃料を独立
した燃料系統から供給するようにしてもよい。前記起動
用燃焼器２０には燃料ポンプ３２からの燃料と水ポンプ
３９からの水とが噴射弁２９により供給されるととも
に、コンプレッサ３４から供給される空気が供給弁３５
により導入される。また起動用燃焼器２０には、前記燃
料に着火するためのグロープラグ４０が備えられてい
る。同様に、プリミキサ２１にも燃料、空気がそれぞれ
ガス組成調整用の噴射弁３０、供給弁３６から供給され
る。
【００１７】一方、ＣＯ除去部２３の下流には改質装置
起動時に発生した改質ガスの全量を排水素燃焼器２７に
供給する切替バルブ２４と、同時に燃料電池２６への改
質ガスの流入を遮断する切替バルブ２５が設けられてい
る。排水素燃焼器２７ではコンプレッサ３４から供給さ
れる空気を供給弁３８にて流量調整し、排水素燃焼器２
７で混合後、触媒燃焼により高温の燃焼ガスを発生させ
る。その後、燃焼ガスは下流の蒸発器２８に流入し蒸発
器２８を昇温させたのち外部へ排出される。また、ＣＯ
除去部２３、排水素燃焼器２７の燃焼に必要な空気は、
それぞれ供給弁３７、３８から供給される。
起動時に発生した改質ガスの全量を排水素燃焼器２７に
供給する切替バルブ２４と、同時に燃料電池２６への改
質ガスの流入を遮断する切替バルブ２５が設けられてい
る。排水素燃焼器２７ではコンプレッサ３４から供給さ
れる空気を供給弁３８にて流量調整し、排水素燃焼器２
７で混合後、触媒燃焼により高温の燃焼ガスを発生させ
る。その後、燃焼ガスは下流の蒸発器２８に流入し蒸発
器２８を昇温させたのち外部へ排出される。また、ＣＯ
除去部２３、排水素燃焼器２７の燃焼に必要な空気は、
それぞれ供給弁３７、３８から供給される。
【００１８】前述した起動燃焼器２０またはプリミキサ
２１に供給する燃料、空気または水の量は、図示しない
制御装置が各ポンプ３２，３９の吐出圧または噴射弁２
９，３０、供給弁３５，３６の開度を調整することで制
御する。制御装置はその他の各部についても制御を行う
機能を担っており、起動時についてその詳細を説明する
と次の通りである。
２１に供給する燃料、空気または水の量は、図示しない
制御装置が各ポンプ３２，３９の吐出圧または噴射弁２
９，３０、供給弁３５，３６の開度を調整することで制
御する。制御装置はその他の各部についても制御を行う
機能を担っており、起動時についてその詳細を説明する
と次の通りである。
【００１９】すなわち、改質器ないし燃料電池システム
の起動時には、まず燃料電池２６への改質ガスの流入を
切替弁２５により遮断するとともに、全量を排水素燃焼
器２７へ供給する切替弁２４を開く。次に燃料ポンプ３
２、水ポンプ３９、コンプレッサ３４を起動し、それぞ
れの吐出圧を所定圧に調圧する。起動用燃焼器２０のグ
ロープラグ４０に通電し、排水素燃焼器２７への空気も
供給弁３８により流量調整して供給する。これに引き続
き燃料および純水と空気をそれぞれ噴射弁２９、供給弁
３５から供給、混合させ、グロープラグ４０により着火
燃焼させて燃焼ガスを発生させる。このとき、温度検出
器５０での温度検出結果に基づき、燃料、水または空気
の量を調整して所定のガス温度に調整する。
の起動時には、まず燃料電池２６への改質ガスの流入を
切替弁２５により遮断するとともに、全量を排水素燃焼
器２７へ供給する切替弁２４を開く。次に燃料ポンプ３
２、水ポンプ３９、コンプレッサ３４を起動し、それぞ
れの吐出圧を所定圧に調圧する。起動用燃焼器２０のグ
ロープラグ４０に通電し、排水素燃焼器２７への空気も
供給弁３８により流量調整して供給する。これに引き続
き燃料および純水と空気をそれぞれ噴射弁２９、供給弁
３５から供給、混合させ、グロープラグ４０により着火
燃焼させて燃焼ガスを発生させる。このとき、温度検出
器５０での温度検出結果に基づき、燃料、水または空気
の量を調整して所定のガス温度に調整する。
【００２０】起動燃焼器２０からの燃焼ガスはプリミキ
サ２１に入るとともに燃料噴射弁３０、供給弁３６から
それぞれ供給する燃料と空気を混合し燃料を気化させ
る。このとき供給される燃料と空気の量により後流の改
質器２２で改質反応を開始する組成に調整される。改質
器２２に流入した高温ガスは改質反応により改質器を昇
温させながらＣＯ除去部２３へ流入する。
サ２１に入るとともに燃料噴射弁３０、供給弁３６から
それぞれ供給する燃料と空気を混合し燃料を気化させ
る。このとき供給される燃料と空気の量により後流の改
質器２２で改質反応を開始する組成に調整される。改質
器２２に流入した高温ガスは改質反応により改質器を昇
温させながらＣＯ除去部２３へ流入する。
【００２１】改質ガスは、ＣＯ除去部２３入口で供給弁
３７から供給した空気により所定の温度、組成に調整さ
れた後、ＣＯ除去部に供給されるため、反応による自己
発熱によりＣＯ除去部２３を昇温したのち、排水素燃焼
器２７に流入する。排水素燃焼器で改質ガスは空気と混
合し、触媒反応により改質ガスの燃焼が行われるととも
に、発熱により昇温した燃焼ガスを蒸発器２８へ送る。
蒸発器２８はこの燃焼ガスにより加熱、昇温するが、燃
焼ガスは蒸発器との熱交換により温度が低下するため初
めは蒸発器２８の出口温度（温度検出器５２で検出）は
低いが、改質装置の暖機が進むとともに上昇する。
３７から供給した空気により所定の温度、組成に調整さ
れた後、ＣＯ除去部に供給されるため、反応による自己
発熱によりＣＯ除去部２３を昇温したのち、排水素燃焼
器２７に流入する。排水素燃焼器で改質ガスは空気と混
合し、触媒反応により改質ガスの燃焼が行われるととも
に、発熱により昇温した燃焼ガスを蒸発器２８へ送る。
蒸発器２８はこの燃焼ガスにより加熱、昇温するが、燃
焼ガスは蒸発器との熱交換により温度が低下するため初
めは蒸発器２８の出口温度（温度検出器５２で検出）は
低いが、改質装置の暖機が進むとともに上昇する。
【００２２】前記温度検出器５２の値が所定値を超えた
場合、蒸発器２８に燃料と水を供給弁３１、３３から供
給するとともに起動用燃焼器２０への燃料、空気の供給
を停止し、プリミキサ２１への燃料の供給も停止する。
同時に、燃料電池２６への改質ガスの供給を切替弁２５
を開放することにより行う。このとき切替弁２４は遮断
し、排水素燃焼器２７側への改質ガスの流入を遮断す
る。以後、改質器２２には蒸発器２８で気化した原料蒸
気が供給され、改質反応を持続する。また蒸発器の加熱
は燃料電池２６にて余った改質ガスを図示しない流路よ
り流入し排水素燃焼器２７で触媒燃焼することにより行
い、定常運転状態を持続する。
場合、蒸発器２８に燃料と水を供給弁３１、３３から供
給するとともに起動用燃焼器２０への燃料、空気の供給
を停止し、プリミキサ２１への燃料の供給も停止する。
同時に、燃料電池２６への改質ガスの供給を切替弁２５
を開放することにより行う。このとき切替弁２４は遮断
し、排水素燃焼器２７側への改質ガスの流入を遮断す
る。以後、改質器２２には蒸発器２８で気化した原料蒸
気が供給され、改質反応を持続する。また蒸発器の加熱
は燃料電池２６にて余った改質ガスを図示しない流路よ
り流入し排水素燃焼器２７で触媒燃焼することにより行
い、定常運転状態を持続する。
【００２３】本発明の特徴は、前述した起動過程におい
て起動燃焼器２０にて理論空燃比よりもリッチな燃焼を
行わせるとともに起動燃焼器２０の燃焼ガス中に水を供
給する点にある。このときのより詳細な制御内容を図２
〜図４を参照しながら説明する。なお図２は前記制御装
置によって起動の間に実行される起動制御の制御ルーチ
ンを示したフローチャート、図３は起動制御の間の各部
の状態変化を示したタイミングチャートであり、以下の
説明中で符号Ｓを付して示した数字は図２のステップ番
号を表している。
て起動燃焼器２０にて理論空燃比よりもリッチな燃焼を
行わせるとともに起動燃焼器２０の燃焼ガス中に水を供
給する点にある。このときのより詳細な制御内容を図２
〜図４を参照しながら説明する。なお図２は前記制御装
置によって起動の間に実行される起動制御の制御ルーチ
ンを示したフローチャート、図３は起動制御の間の各部
の状態変化を示したタイミングチャートであり、以下の
説明中で符号Ｓを付して示した数字は図２のステップ番
号を表している。
【００２４】この起動制御では、まずグローブラグ４０
を加熱後、起動燃焼器２０に燃料と空気および純水を第
一の所定量供給し、CO、ＮＯｘの発生が少なく、下流ユ
ニットの暖機に適した温度領域で燃焼させる（Ｓ１〜Ｓ
２）。図４に示したように、このときの空燃比（図４で
は空気過剰率λで示してある。）は、例えば水供給を行
わない場合（ａ点）と同程度としても、燃焼温度は水供
給により前述したように暖機に適した温度（ｂ点）にま
で抑えられる。
を加熱後、起動燃焼器２０に燃料と空気および純水を第
一の所定量供給し、CO、ＮＯｘの発生が少なく、下流ユ
ニットの暖機に適した温度領域で燃焼させる（Ｓ１〜Ｓ
２）。図４に示したように、このときの空燃比（図４で
は空気過剰率λで示してある。）は、例えば水供給を行
わない場合（ａ点）と同程度としても、燃焼温度は水供
給により前述したように暖機に適した温度（ｂ点）にま
で抑えられる。
【００２５】この状態を継続して下流ユニットを暖機
し、第１の所定時間が経過したところ（図３の点）で
起動燃焼器２０に供給する空気量を第二の所定量まで増
加させる（同点）。図２のＳ３からＳ５がこの処理に
相当し、前記第１の所定時間に対応する設定値ａを計測
するためのカウンタ値ｔ１をリセットし、カウンタ値ｔ
１が設定値ａに達するまでカウントアップしたのち空気
量を増加させる。このようにして空気量を増加させる
と、供給する燃料−空気の空燃比がリーン側にシフト
し、起動燃焼器２０内の温度が上昇し始め、その下流の
プリミキサ２１および改質器２２へ流入するガス温度も
上昇し始める。同時に、起動燃焼器２０内で発生するCO
濃度や改質器入口ガスのCO濃度も若干上がり始める。こ
のとき起動燃焼器２０内の温度は、図４に示したように
空燃比からはｃ点に向かって上昇しようとするが、水供
給により温度低下するため実際にはｄ点の付近に保たれ
る。なお、起動の当初から図４のｄ点での燃焼を行わせ
ようとすると、起動燃焼器２０の着火を判断してプリミ
キサ２１に燃料および空気を供給する前にＣＯの多い燃
焼ガスが下流ユニットへと流れ込んでしまうおそれがあ
る。また、大量の水供給が必要となるので、下流ユニッ
トにて水凝縮が発生する等の不具合を起こすおそれもあ
る。
し、第１の所定時間が経過したところ（図３の点）で
起動燃焼器２０に供給する空気量を第二の所定量まで増
加させる（同点）。図２のＳ３からＳ５がこの処理に
相当し、前記第１の所定時間に対応する設定値ａを計測
するためのカウンタ値ｔ１をリセットし、カウンタ値ｔ
１が設定値ａに達するまでカウントアップしたのち空気
量を増加させる。このようにして空気量を増加させる
と、供給する燃料−空気の空燃比がリーン側にシフト
し、起動燃焼器２０内の温度が上昇し始め、その下流の
プリミキサ２１および改質器２２へ流入するガス温度も
上昇し始める。同時に、起動燃焼器２０内で発生するCO
濃度や改質器入口ガスのCO濃度も若干上がり始める。こ
のとき起動燃焼器２０内の温度は、図４に示したように
空燃比からはｃ点に向かって上昇しようとするが、水供
給により温度低下するため実際にはｄ点の付近に保たれ
る。なお、起動の当初から図４のｄ点での燃焼を行わせ
ようとすると、起動燃焼器２０の着火を判断してプリミ
キサ２１に燃料および空気を供給する前にＣＯの多い燃
焼ガスが下流ユニットへと流れ込んでしまうおそれがあ
る。また、大量の水供給が必要となるので、下流ユニッ
トにて水凝縮が発生する等の不具合を起こすおそれもあ
る。
【００２６】次に起動燃焼器２０へ供給する空気流量を
変更し始めてから第２の所定時間が経過した後（図３の
点）にプリミキサ２１へ改質用の燃料および空気を供
給する。図２のＳ６〜Ｓ８がこの処理に相当し、前記第
２の所定時間に対応する設定値ｂを計測するためのカウ
ンタ値ｔ２をリセットし、カウンタ値ｔ２が設定値ｂに
達するまでカウントアップしたのちプリミキサ２１への
燃料、空気の供給を開始する。さらに、起動燃焼器２０
に供給している燃料や純水の供給量も変化させる（Ｓ
９）。すると、プリミキサ２１内のガス温度は追加され
た燃料の気化潜熱によって低下し始め、最終的に改質器
２２の入口ガス温度は適正値に安定することとなる（図
３の点）。このとき、起動燃焼器２０内のCO濃度は当
初は必ずしも十分に低下するわけではないが、改質器入
口部で上昇しかけたCO濃度は追加燃料により希釈される
ので、結果的には下流ユニットに対して全く問題がない
濃度にまで低下する。なお前記Ｓ９の処理はＳ５の動作
の後に行えばよく、必ずしもＳ８の動作の後でなくとも
よい。
変更し始めてから第２の所定時間が経過した後（図３の
点）にプリミキサ２１へ改質用の燃料および空気を供
給する。図２のＳ６〜Ｓ８がこの処理に相当し、前記第
２の所定時間に対応する設定値ｂを計測するためのカウ
ンタ値ｔ２をリセットし、カウンタ値ｔ２が設定値ｂに
達するまでカウントアップしたのちプリミキサ２１への
燃料、空気の供給を開始する。さらに、起動燃焼器２０
に供給している燃料や純水の供給量も変化させる（Ｓ
９）。すると、プリミキサ２１内のガス温度は追加され
た燃料の気化潜熱によって低下し始め、最終的に改質器
２２の入口ガス温度は適正値に安定することとなる（図
３の点）。このとき、起動燃焼器２０内のCO濃度は当
初は必ずしも十分に低下するわけではないが、改質器入
口部で上昇しかけたCO濃度は追加燃料により希釈される
ので、結果的には下流ユニットに対して全く問題がない
濃度にまで低下する。なお前記Ｓ９の処理はＳ５の動作
の後に行えばよく、必ずしもＳ８の動作の後でなくとも
よい。
【００２７】図５に、本発明に係る起動制御の第２の実
施形態を示す。この制御では図の〜の間の制御は図
２と同様であるが、起動燃焼器２０の温度を温度検出器
５０（図１参照）により検出し、この検出結果に基づい
てプリミキサ２１への燃料および空気の供給を開始する
ようにした点で異なる。
施形態を示す。この制御では図の〜の間の制御は図
２と同様であるが、起動燃焼器２０の温度を温度検出器
５０（図１参照）により検出し、この検出結果に基づい
てプリミキサ２１への燃料および空気の供給を開始する
ようにした点で異なる。
【００２８】すなわち、この制御では起動燃焼器２０に
供給する空気量を第二の所定量まで増加させたのち、起
動燃焼器２０の温度が所定値（Δｔ）だけ上昇したこと
を検出したときにプリミキサ２１に燃料および空気を供
給すると共に、起動燃焼器２０に供給している燃料や純
水の供給量も変化させる。
供給する空気量を第二の所定量まで増加させたのち、起
動燃焼器２０の温度が所定値（Δｔ）だけ上昇したこと
を検出したときにプリミキサ２１に燃料および空気を供
給すると共に、起動燃焼器２０に供給している燃料や純
水の供給量も変化させる。
【００２９】この実施形態によれば、起動燃焼器２０の
実際の温度を検出しているので、第１の実施形態による
制御に比較してより確実かつ制度の高い温度制御が可能
である。さらに、改質器入口ガス温度あるいは改質器内
温度を検出して、プリミキサ２１に追加供給する燃料や
空気の量を、前記改質器入口ガス温度や改質器内温度が
所定の値になるように制御してもよい。
実際の温度を検出しているので、第１の実施形態による
制御に比較してより確実かつ制度の高い温度制御が可能
である。さらに、改質器入口ガス温度あるいは改質器内
温度を検出して、プリミキサ２１に追加供給する燃料や
空気の量を、前記改質器入口ガス温度や改質器内温度が
所定の値になるように制御してもよい。
【図１】本発明による改質装置の一実施形態の概略構成
図。
図。
【図２】本発明による起動制御の第１の実施形態の作動
内容を示す流れ図。
内容を示す流れ図。
【図３】本発明による起動制御の第１の実施形態による
タイミング図。
タイミング図。
【図４】空気過剰率と燃焼火炎温度の関係を示す特性線
図。
図。
【図５】本発明による起動制御の第２の実施形態による
タイミング図。ァ
タイミング図。ァ
２０ 起動燃焼器 ２１ プリミキサ（混合器） ２２ 改質器（ＡＴＲ） ２３ ＣＯ除去部 ２４ 切替バルブ ２５ 切替バルブ ２６ 燃料電池（スタック） ２７ 排水素燃焼器 ２８ 蒸発器 ２９ 噴射弁 ３０ 噴射弁 ３１ 供給弁 ３２ 燃料ポンプ ３４ コンプレッサ ３５ 供給弁 ３６ 供給弁 ３７ 供給弁 ３８ 供給弁 ３９ 水ポンプ ４０ グロープラグ
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K068 AA15 AA18 AB03 AB21 BA07 BB02 BB05 BB12 BB21 CA04 CA11 CB01 4G040 EA02 EA03 EA06 EA07 EB03 EB43 5H027 BA01 KK41 MM13
Claims (6)
- 【請求項１】起動時に燃料と空気を供給して着火燃焼さ
せる起動燃焼器と、前記起動燃焼器からの燃焼ガス中に
空気と共に燃料を混合して改質器に供給する混合器とを
備えた改質装置において、 前記起動燃焼器に水を供給する水供給装置と、 前記空気、燃料、水の供給を制御する制御装置とを備
え、 前記制御装置は、起動燃焼器にリッチ空燃比による燃焼
を行わせるときに水を供給するように構成したことを特
徴とする改質装置。 - 【請求項２】前記制御装置は、起動燃焼器に供給する空
気または燃料または水の量を、混合器への空気または燃
料の供給状態に応じて変更するように構成した請求項１
に記載の改質装置。 - 【請求項３】前記制御装置は、混合器への燃料供給を、
起動燃焼器への空気供給量を増加させた後に、開始する
ように構成した請求項１に記載の改質装置。 - 【請求項４】前記制御装置は、起動燃焼器への燃料およ
び水の供給量を、起動燃焼器への空気供給量を増加させ
た後に、変更するように構成した請求項１に記載の改質
装置。 - 【請求項５】前記制御装置は、起動燃焼器内の温度を検
出する温度検出手段を備え、起動燃焼器への空気供給量
を増加させ、前記起動燃焼器内温度が設定値以上に達し
た後に、混合気への燃料供給を開始するように構成した
請求項１に記載の改質装置。 - 【請求項６】前記制御装置は、前記起動燃焼器への空気
供給量を増加させ、一定時間経過した後に、混合気への
燃料供給を開始するように構成した請求項１に記載の改
質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001125314A JP3815248B2 (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | 改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001125314A JP3815248B2 (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | 改質装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002321902A true JP2002321902A (ja) | 2002-11-08 |
| JP3815248B2 JP3815248B2 (ja) | 2006-08-30 |
Family
ID=18974558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001125314A Expired - Fee Related JP3815248B2 (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | 改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3815248B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005187325A (ja) * | 2003-12-24 | 2005-07-14 | General Electric Co <Ge> | 水素と電気を同時に発生させるシステム及び方法 |
| KR101328536B1 (ko) | 2011-06-21 | 2013-11-13 | 이상훈 | 개질기용 물 공급 장치 및 이를 이용한 정량 공급 테스트 방법 |
-
2001
- 2001-04-24 JP JP2001125314A patent/JP3815248B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005187325A (ja) * | 2003-12-24 | 2005-07-14 | General Electric Co <Ge> | 水素と電気を同時に発生させるシステム及び方法 |
| KR101328536B1 (ko) | 2011-06-21 | 2013-11-13 | 이상훈 | 개질기용 물 공급 장치 및 이를 이용한 정량 공급 테스트 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3815248B2 (ja) | 2006-08-30 |
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