JP2003112902A - Apparatus for controlling fuel reformer - Google Patents

Apparatus for controlling fuel reformer

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JP2003112902A JP2001305540A JP2001305540A JP2003112902A JP 2003112902 A JP2003112902 A JP 2003112902A JP 2001305540 A JP2001305540 A JP 2001305540A JP 2001305540 A JP2001305540 A JP 2001305540A JP 2003112902 A JP2003112902 A JP 2003112902A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel reformer controlling apparatus for managing the peak temperature of a reformation reactor by using a small number of thermometers, controlling the supply amount of fuel according to the degree of deterioration of the reformation reactor and announcing the fact that the reformation reactor is deteriorated to such a degree that the performance of the reformation reactor can not be kept when the fact is detected. SOLUTION: A temperature sensor 9 measures the temperature of the reformation reactor 1. A temperature estimating part 45 estimates the estimate of the peak temperature being the highest temperature of the reactor 1 according to operation conditions and the temperature measured by the sensor 9. A deterioration estimating part 46 estimates the estimate of deterioration showing the degree of deterioration of the reactor 1 according to a deviation between the estimate of the peak temperature and the temperature measured by the sensor 9. An information presenting unit 32 announces abnormality when the estimate of deterioration exceeds a prescribed value. A targeted value producing part 42 restricts the supply amount of the fuel to be generated according to the estimate of deterioration.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、原燃料から水素リ
ッチな燃料ガスを生成する燃料改質器の制御装置に係
り、特に改質器が劣化しても適切な制御が行える燃料改
質器の制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for a fuel reformer that produces hydrogen-rich fuel gas from raw fuel, and more particularly, to a fuel reformer that can perform appropriate control even when the reformer deteriorates. Control device.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池用の燃料ガス生成方法として、
アルコールやガソリン等の炭化水素系の原燃料から燃料
改質により水素リッチな燃料ガスを得る方法が知られて
いる。例えば、特開平10−169908号公報には、
メタノールを改質して利用する燃料電池が開示されてい
る。この従来技術によれば、原燃料としてのメタノール
を蒸発させたメタノール蒸気と、蒸気発生器で発生させ
た水蒸気と、空気圧縮機で圧縮した空気とを改質反応器
に導入し、改質反応により水素リッチな燃料ガスを生成
している。この改質反応には、メタノールと空気中の酸
素から水素と二酸化炭素を生成する部分酸化反応と、メ
タノールと水から水素と二酸化炭素を生成する水蒸気改
質反応とがある。
2. Description of the Related Art As a method for producing a fuel gas for a fuel cell,
A method is known in which a hydrogen-rich fuel gas is obtained by reforming a fuel from a hydrocarbon-based raw fuel such as alcohol or gasoline. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 10-169908,
A fuel cell that reforms and uses methanol is disclosed. According to this conventional technique, methanol vapor obtained by evaporating methanol as a raw fuel, steam generated by a steam generator, and air compressed by an air compressor are introduced into a reforming reactor to perform a reforming reaction. To produce hydrogen-rich fuel gas. This reforming reaction includes a partial oxidation reaction that produces hydrogen and carbon dioxide from methanol and oxygen in the air, and a steam reforming reaction that produces hydrogen and carbon dioxide from methanol and water.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の改質においては、部分酸化反応は発熱反応であり、
水蒸気改質反応は吸熱反応であるので、改質反応器内の
温度が一定せず、部分的な温度上昇により改質触媒の劣
化が進行し、改質器の性能低下を招くという問題点があ
った。一度反応器の触媒が劣化してしまうと、その劣化
箇所の触媒は二度と活性化しなくなる。さらに劣化した
部分を有する触媒のまま改質反応を行なうと、反応器自
体の異常劣化や燃費の悪化につながるという問題点があ
った。
However, in the above-mentioned conventional reforming, the partial oxidation reaction is an exothermic reaction,
Since the steam reforming reaction is an endothermic reaction, the temperature inside the reforming reactor is not constant, and there is a problem in that the deterioration of the reforming catalyst progresses due to a partial temperature rise, leading to deterioration of the reformer performance. there were. Once the catalyst in the reactor has deteriorated, the catalyst in the deteriorated part will never be activated again. Further, if the reforming reaction is carried out with the catalyst having a deteriorated portion, there is a problem that abnormal deterioration of the reactor itself and deterioration of fuel consumption are caused.

【0004】そこで、信頼性向上、燃費向上の為には、
劣化を招くような高温にならないように制御するととも
に、劣化を推定し、適切に制御を行なう必要があるが、
これには、改質器内の温度を測定して目標値を超えない
よう制御することが考えられる。
Therefore, in order to improve reliability and fuel efficiency,
It is necessary to control so that the temperature does not become high enough to cause deterioration, estimate the deterioration, and perform appropriate control.
For this, it is possible to measure the temperature in the reformer and control so as not to exceed the target value.

【0005】しかし改質反応器の温度分布は、運転条件
や経時劣化によっても変化し、ピーク温度位置も変化す
る。改質反応器の温度を1個の温度計で測定した測定値
で制御すると、温度計取付位置がピーク温度になるよう
な運転条件では良いものの、運転条件が変化したり、経
時劣化が進むと、温度計取付位置では目標温度以下にな
っていても他の場所でそれ以上の温度となることが有り
得る。
However, the temperature distribution of the reforming reactor changes depending on operating conditions and deterioration with time, and the peak temperature position also changes. If the temperature of the reforming reactor is controlled by the measured value measured by one thermometer, the operating conditions such that the mounting position of the thermometer reaches the peak temperature are good, but if the operating conditions change or deterioration with time progresses. Even if the temperature is lower than the target temperature at the thermometer mounting position, the temperature may be higher at other locations.

【0006】また赤外線カメラ等で改質反応器の温度分
布を示す画像を撮影し、この画像信号に基づいて温度制
御を行なう手法も考えられるが、これらを実現する上記
センサは非常に高価である。また分布定数系センサの代
わりに複数の温度センサを用いて改質反応器の温度分布
を把握する方法も考えられるが、数十本の温度センサが
必要となるとともに制御が複雑化し、コストアップが避
けられない。
A method of taking an image showing the temperature distribution of the reforming reactor with an infrared camera and controlling the temperature on the basis of this image signal is also conceivable, but the above-mentioned sensor for realizing these is very expensive. . A method of grasping the temperature distribution of the reforming reactor by using multiple temperature sensors instead of the distributed constant type sensor is also conceivable, but it requires several tens of temperature sensors and the control becomes complicated, resulting in cost increase. Inevitable.

【0007】以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、少
ない温度計でも劣化時を含め常時ピーク温度を管理する
ことができる改質反応器の制御装置を提供することであ
る。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a control device for a reforming reactor which can manage the peak temperature at all times even with a small number of thermometers even when it is deteriorated.

【0008】また本発明の目的は、改質反応器が劣化し
ても、適切に改質反応器に流入させる燃料を制御し、か
つ、性能が維持できない劣化が発見された時は、これを
告知することができる改質反応器の制御装置を提供する
ことである。
Another object of the present invention is to appropriately control the fuel flowing into the reforming reactor even when the reforming reactor is deteriorated, and to detect the deterioration when the performance cannot be maintained. An object of the present invention is to provide a control device of a reforming reactor that can notify.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
上記目的を達成するため、原燃料を改質して水素を含む
燃料ガスを生成する燃料改質器の制御装置において、改
質用の触媒を収納した改質反応器内の温度を測定する温
度測定手段と、前記燃料改質器の運転条件に基づいて前
記改質反応器内の温度のうち少なくとも最も高い温度で
あるピーク温度を推定する温度推定手段と、該温度推定
手段が推定した温度推定値と前記温度測定手段による温
度測定値との偏差に基づいて、前記改質反応器の劣化の
程度を推定する劣化推定手段と、を備えたことを要旨と
する。
The invention according to claim 1 is
In order to achieve the above object, in a control device of a fuel reformer that reforms a raw fuel to produce a fuel gas containing hydrogen, a temperature for measuring a temperature in a reforming reactor containing a reforming catalyst. Measuring means, temperature estimating means for estimating a peak temperature which is at least the highest temperature in the reforming reactor based on operating conditions of the fuel reformer, and temperature estimation estimated by the temperature estimating means. And a deterioration estimating means for estimating the degree of deterioration of the reforming reactor based on a deviation between the value and the temperature measured by the temperature measuring means.

【0010】請求項2記載の発明は、上記目的を達成す
るため、請求項1記載の燃料改質器の制御装置におい
て、前記温度推定手段は、前記改質反応器内の前記温度
測定手段の取付位置における温度を推定する測定位置温
度推定手段と、該測定位置温度推定手段が推定した測定
位置温度推定値と、前記温度測定値との偏差に基づい
て、前記温度推定値を補正する補正手段とを備え、前記
劣化推定手段は、前記測定位置温度推定値と前記温度測
定値との偏差に基づいて、前記改質反応器の劣化の程度
を推定することを要旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 2 is the control device for a fuel reformer according to claim 1, wherein the temperature estimating means is the temperature measuring means in the reforming reactor. Measuring position temperature estimating means for estimating the temperature at the mounting position, correction means for correcting the temperature estimated value based on a deviation between the measured position temperature estimated value estimated by the measured position temperature estimating means and the temperature measured value. And the deterioration estimating means estimates the degree of deterioration of the reforming reactor based on the deviation between the measured position temperature estimated value and the temperature measured value.

【0011】請求項3記載の発明は、上記目的を達成す
るため、請求項2記載の燃料改質器の制御装置におい
て、前記温度推定手段は、運転条件と前記劣化の程度に
応じた改質反応器の温度特性を格納した複数の温度特性
マップを有し、前記補正手段は、前記測定位置温度推定
値と前記温度測定値との偏差に基づいて前記温度特性マ
ップの選択を変更することを要旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 3 is the control device for a fuel reformer according to claim 2, wherein the temperature estimating means reforms in accordance with an operating condition and the degree of deterioration. A plurality of temperature characteristic maps storing temperature characteristics of the reactor, wherein the correction means changes the selection of the temperature characteristic map based on a deviation between the measured position temperature estimated value and the temperature measured value. Use as a summary.

【0012】請求項4記載の発明は、上記目的を達成す
るため、請求項1ないし請求項3のいずれか1項記載の
燃料改質器の制御装置において、前記劣化推定手段は、
起動初期状態の時は劣化推定を行なわないことを要旨と
する。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 4 is the control device for a fuel reformer according to any one of claims 1 to 3, wherein the deterioration estimating means comprises:
The point is that deterioration is not estimated in the initial state of startup.

【0013】請求項5記載の発明は、上記目的を達成す
るため、請求項1ないし請求項4のいずれか1項記載の
燃料改質器の制御装置において、前記劣化推定手段は、
運転過渡状態の時は劣化推定を行なわないことを要旨と
する。
According to a fifth aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the fuel reformer control device according to any one of the first to fourth aspects, the deterioration estimating means includes:
The main point is that the deterioration is not estimated during the operation transient state.

【0014】請求項6記載の発明は、上記目的を達成す
るため、請求項1ないし請求項5のいずれか1項記載の
燃料改質器の制御装置において、外気の温度を測定する
外気温度測定手段を備え、前記温度推定手段は、前記外
気温度により温度推定値を補正することを要旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 6 is the outside air temperature measurement for measuring the temperature of outside air in the control device for a fuel reformer according to any one of claims 1 to 5. The gist of the present invention is that the temperature estimation means corrects the temperature estimation value according to the outside air temperature.

【0015】請求項7記載の発明は、上記目的を達成す
るため、請求項2記載の燃料改質器の制御装置におい
て、前記偏差が第1所定値以上、かつ第2所定位置以下
の範囲の場合、前記劣化推定手段は経年劣化として判断
して、前記補正手段は温度推定方法を正常時の温度推定
方法から経年劣化時の温度推定方法に切り替えることを
要旨とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the fuel reformer control device according to the second aspect, the deviation is within a range of a first predetermined value or more and a second predetermined position or less. In this case, the gist is that the deterioration estimating means determines that the temperature is aged, and the correcting means switches the temperature estimating method from the temperature estimating method in the normal state to the temperature estimating method in the aged deterioration.

【0016】請求項8記載の発明は、上記目的を達成す
るため、請求項2記載の燃料改質器の制御装置におい
て、前記偏差が第2所定値を超える場合、前記劣化推定
手段は異常劣化として判断することを要旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 8 is the control device for a fuel reformer according to claim 2, wherein when the deviation exceeds a second predetermined value, the deterioration estimating means is abnormally deteriorated. It is the gist to judge as.

【0017】請求項9記載の発明は、上記目的を達成す
るため、請求項8記載の燃料改質器の制御装置におい
て、異常劣化として判断した時に、燃料改質器の異常を
告知する告知手段を備えたことを要旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 9 is, in the control device for a fuel reformer according to claim 8, notifying means for notifying an abnormality of the fuel reformer when it is judged as abnormal deterioration. The summary is that

【0018】請求項10記載の発明は、上記目的を達成
するため、請求項2記載の燃料改質器の制御装置におい
て、前記燃料改質器が改質した燃料ガスを用いて発電す
る燃料電池の実セル電圧を検出する電圧検出器と、燃料
電池に対する要求電力に応じた要求セル電圧を算出する
要求電圧算出手段と、前記偏差が第2所定値以下の場
合、前記実セル電圧と前記要求セル電圧との差が第3所
定値以上であれば、燃料改質器の異常を告知する告知手
段と、を備えたことを要旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 10 is the fuel reformer controller according to claim 2, wherein the fuel reformer uses the reformed fuel gas to generate electricity. Voltage detector for detecting the actual cell voltage, required voltage calculation means for calculating the required cell voltage according to the required power for the fuel cell, and the actual cell voltage and the demand when the deviation is equal to or less than a second predetermined value. If the difference from the cell voltage is equal to or larger than the third predetermined value, a notification means for notifying an abnormality of the fuel reformer is provided.

【0019】請求項11記載の発明は、上記目的を達成
するため、請求項1ないし請求項10のいずれか1項記
載の燃料改質器の制御装置において、前記劣化推定手段
による劣化の程度に応じて、前記改質反応器に供給する
原燃料の量を制御することを要旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 11 is the control device for a fuel reformer according to any one of claims 1 to 10, wherein the degree of deterioration due to the deterioration estimating means is determined. Accordingly, the gist is to control the amount of raw fuel supplied to the reforming reactor.

【0020】[0020]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、原燃料を
改質して水素を含む燃料ガスを生成する燃料改質器の制
御装置において、改質用の触媒を収納した改質反応器内
の温度を測定する温度測定手段と、前記燃料改質器の運
転条件に基づいて前記改質反応器内の温度のうち少なく
とも最も高い温度であるピーク温度を推定する温度推定
手段と、該温度推定手段が推定した温度推定値と前記温
度測定手段による温度測定値との偏差に基づいて、前記
改質反応器の劣化の程度を推定する劣化推定手段と、を
備えたことにより、改質反応器の劣化がその温度の変化
として現れることを利用して改質反応器の劣化の程度を
推定できるようになり、劣化の程度から運転条件に応じ
た改質反応器の温度分布を推定できることを利用して、
劣化による影響を含めて改質反応器内で最も温度が高い
ピーク温度が管理温度以下になるように制御することが
できるようになるので、改質反応器内で異常に高温な部
分の発生及びこれによる劣化を防止できるという効果が
ある。
According to the first aspect of the present invention, in a control device of a fuel reformer for reforming a raw fuel to produce a fuel gas containing hydrogen, a reforming reaction containing a reforming catalyst. Temperature measuring means for measuring a temperature in the reactor, temperature estimating means for estimating a peak temperature which is at least the highest temperature in the reforming reactor based on operating conditions of the fuel reformer, The deterioration estimation means for estimating the degree of deterioration of the reforming reactor based on the deviation between the temperature estimation value estimated by the temperature estimation means and the temperature measurement value by the temperature measurement means, It becomes possible to estimate the degree of deterioration of the reforming reactor by utilizing the fact that the deterioration of the reactor appears as a change in temperature, and it is possible to estimate the temperature distribution of the reforming reactor according to the operating conditions from the degree of deterioration. By using
It becomes possible to control the peak temperature, which is the highest temperature in the reforming reactor, to be below the control temperature, including the effect of deterioration. This has the effect of preventing deterioration.

【0021】請求項2記載の発明によれば、請求項1記
載の発明の効果に加えて、前記温度推定手段は、前記改
質反応器内の前記温度測定手段の取付位置における温度
を推定する測定位置温度推定手段と、該測定位置温度推
定手段が推定した測定位置温度推定値と、前記温度測定
値との偏差に基づいて、前記温度推定値を補正する補正
手段とを備え、前記劣化推定手段は、前記測定位置温度
推定値と前記温度測定値との偏差に基づいて、前記改質
反応器の劣化の程度を推定することにより、更に正確な
温度推定値に基づいて温度推定値と温度測定値との間の
偏差を算出できるようになり、劣化推定の確度を高める
ことができるという効果がある。
According to the invention of claim 2, in addition to the effect of the invention of claim 1, the temperature estimating means estimates the temperature at the mounting position of the temperature measuring means in the reforming reactor. The deterioration estimation is provided with a measurement position temperature estimation means, a measurement position temperature estimation value estimated by the measurement position temperature estimation means, and a correction means for correcting the temperature estimation value based on a deviation between the temperature measurement value. The means estimates a degree of deterioration of the reforming reactor based on a deviation between the measured position temperature estimated value and the temperature measured value, thereby further estimating the temperature estimated value and the temperature based on the more accurate temperature estimated value. The deviation from the measured value can be calculated, and the accuracy of the deterioration estimation can be increased.

【0022】請求項3記載の発明によれば、請求項2記
載の発明の効果に加えて、前記温度推定手段は、運転条
件と前記劣化の程度に応じた改質反応器の温度特性を格
納した複数の温度特性マップを有し、前記補正手段は、
前記測定位置温度推定値と前記温度測定値との偏差に基
づいて前記温度特性マップの選択を変更するようにした
ので、前記温度推定手段が簡素な構成になるという効果
がある。
According to the invention of claim 3, in addition to the effect of the invention of claim 2, the temperature estimating means stores the temperature characteristic of the reforming reactor according to the operating condition and the degree of deterioration. A plurality of temperature characteristic maps, the correction means,
Since the selection of the temperature characteristic map is changed based on the deviation between the measured position temperature estimated value and the temperature measured value, there is an effect that the temperature estimating means has a simple configuration.

【0023】請求項4記載の発明によれば、請求項1な
いし請求項3記載の発明の効果に加えて、前記劣化推定
手段は、起動初期状態の時は劣化推定を行なわないよう
にしたので、改質反応器の温度が不安定な起動初期を除
いて、劣化判断できるようになり、劣化推定精度が向上
するという効果がある。
According to the invention of claim 4, in addition to the effects of the invention of claims 1 to 3, the deterioration estimating means does not perform deterioration estimation in the initial state of activation. In addition, it is possible to judge deterioration except in the initial stage of starting when the temperature of the reforming reactor is unstable, and it is possible to improve the accuracy of deterioration estimation.

【0024】請求項5記載の発明によれば、請求項1な
いし請求項4記載の発明の効果に加えて、前記劣化推定
手段は、運転過渡状態の時は劣化推定を行なわないよう
にしたので、運転過渡状態で正確に劣化推定を行なうた
めに必要な複雑なモデル、もしくは高密度なマップが不
要となり、劣化推定手段の構成を簡略化できるという効
果がある。
According to the invention of claim 5, in addition to the effects of the inventions of claims 1 to 4, the deterioration estimating means does not perform deterioration estimation during an operation transient state. In addition, there is no need for a complicated model or a high-density map necessary for accurately estimating deterioration in an operating transient state, and there is an effect that the structure of the deterioration estimating means can be simplified.

【0025】請求項6記載の発明によれば、請求項1な
いし請求項5記載の発明の効果に加えて、外気の温度を
測定する外気温度測定手段を備え、前記温度推定手段
は、前記外気温度により温度推定値を補正するようにし
たので、外気温度の影響を受けやすい改質反応器温度を
より正確に推定することができるという効果がある。
According to the invention of claim 6, in addition to the effects of the inventions of claims 1 to 5, there is provided an outside air temperature measuring means for measuring the temperature of the outside air, and the temperature estimating means comprises the outside air. Since the estimated temperature value is corrected by the temperature, there is an effect that the reforming reactor temperature that is easily affected by the outside air temperature can be estimated more accurately.

【0026】請求項7記載の発明によれば、請求項2記
載の発明の効果に加えて、前記偏差が第1所定値以上、
かつ第2所定位置以下の範囲の場合、前記劣化推定手段
は経年劣化として判断して、前記補正手段は温度推定方
法を正常時の温度推定方法から経年劣化時の温度推定方
法に切り替えるようにしたので、経年劣化後も正確に温
度推定を行うことができるという効果がある。
According to the invention of claim 7, in addition to the effect of the invention of claim 2, the deviation is not less than a first predetermined value,
In addition, when it is within the range of the second predetermined position or less, the deterioration estimating unit judges that the deterioration is due to aging, and the correcting unit switches the temperature estimation method from the temperature estimation method at the normal time to the temperature estimation method at the deterioration over time. Therefore, there is an effect that the temperature can be accurately estimated even after deterioration over time.

【0027】請求項8記載の発明によれば、請求項2記
載の発明の効果に加えて、前記偏差が第2所定値を超え
る場合、前記劣化推定手段は異常劣化として判断するよ
うにしたので、異常劣化の早期検出が可能となるという
効果がある。
According to the invention described in claim 8, in addition to the effect of the invention described in claim 2, when the deviation exceeds the second predetermined value, the deterioration estimating means determines that the deterioration is abnormal. The effect is that early detection of abnormal deterioration is possible.

【0028】請求項9記載の発明によれば、請求項8記
載の発明の効果に加えて、異常劣化として判断した時
に、燃料改質器の異常を告知する告知手段を備えたこと
により、検出した異常劣化を燃料改質器の運用者に告知
することができるという効果がある。
According to the invention described in claim 9, in addition to the effect of the invention described in claim 8, when it is judged as abnormal deterioration, a notifying means for notifying the abnormality of the fuel reformer is provided, so that the detection can be performed. This is effective in notifying the operator of the fuel reformer of the abnormal deterioration.

【0029】請求項10記載の発明によれば、請求項2
記載の発明の効果に加えて、前記燃料改質器が改質した
燃料ガスを用いて発電する燃料電池の実セル電圧を検出
する電圧検出器と、燃料電池に対する要求電力に応じた
要求セル電圧を算出する要求電圧算出手段と、前記偏差
が第2所定値以下の場合、前記実セル電圧と前記要求セ
ル電圧との差が第3所定値以上であれば、燃料改質器の
異常を告知する告知手段と、を備えたことにより、温度
に基づく燃料改質器の異常が検出できない場合でも、要
求セル電圧と実セル電圧が異なり、燃料改質器の改質処
理能力が低下している可能性がある場合には、燃料改質
器の異常を検出することができるという効果がある。
According to the invention of claim 10, claim 2
In addition to the effects of the invention described, a voltage detector that detects the actual cell voltage of a fuel cell that generates power using the fuel gas reformed by the fuel reformer, and a required cell voltage according to the required power for the fuel cell. If the difference is less than or equal to a second predetermined value and the difference between the actual cell voltage and the required cell voltage is greater than or equal to a third predetermined value, an abnormality of the fuel reformer is notified. Even if the abnormality of the fuel reformer based on the temperature cannot be detected, the required cell voltage and the actual cell voltage are different, and the reforming capacity of the fuel reformer is lowered. If there is a possibility, it is possible to detect an abnormality in the fuel reformer.

【0030】請求項11記載の発明によれば、請求項1
ないし請求項10記載の発明の効果に加えて、前記劣化
推定手段による劣化の程度に応じて、前記改質反応器に
供給する原燃料の量を制御するようにしたので、経年劣
化があっても改質反応器の負荷能力を最大限まで引き出
すことができ、かつ、必要以上の原燃料を流入させない
ことも可能となったので、劣化による燃費の悪化を防止
することができるという効果がある。
According to the invention of claim 11, claim 1
In addition to the effects of the invention according to claim 10, since the amount of raw fuel supplied to the reforming reactor is controlled according to the degree of deterioration by the deterioration estimating means, there is deterioration over time. Since the load capacity of the reforming reactor can be maximized and it is possible to prevent the raw fuel from flowing in more than necessary, it is possible to prevent deterioration of fuel efficiency due to deterioration. .

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】次に図面を参照して、本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明に係る燃料
改質器の制御装置を適用した燃料電池システムの構成を
示すブロック図であり、原燃料としてメタノールと水と
使用し、燃料改質器で生成した水素で発電する燃料電池
を動力源とする電気自動車を示している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a fuel cell system to which a control device for a fuel reformer according to the present invention is applied, in which methanol and water are used as raw fuels and hydrogen is generated by the fuel reformer. 1 shows an electric vehicle powered by a fuel cell that operates.

【0032】図1において、燃料改質器は、蒸発器3
と、改質用の触媒を収納した改質反応器1と、一酸化炭
素(CO)除去器8であり、燃料改質器の制御装置は、
ECU40である。
In FIG. 1, the fuel reformer is an evaporator 3
A reforming reactor 1 containing a reforming catalyst and a carbon monoxide (CO) remover 8, and the control device of the fuel reformer is
The ECU 40.

【0033】まず最初に、ガス経路に従って、上記燃料
改質器及び燃料電池本体12及びその周辺の構成要素を
説明し、次に、ECU40で実現される制御装置及びそ
の他の構成要素を説明する。
First, the fuel reformer, the fuel cell main body 12 and its peripheral components will be described according to the gas path, and then the control device and other components realized by the ECU 40 will be described.

【0034】燃料タンク23から供給されるメタノール
と、水タンク21から供給される水とは、それぞれ燃料
制御装置22、水流量制御装置20で流量が制御され
て、蒸発器3へ供給される。蒸発器3は、後述する燃焼
器17からの排ガスの熱量を利用して、供給されたメタ
ノールと水とを加熱して蒸発させ、メタノール蒸気と水
蒸気とを生成する。メタノール蒸気と水蒸気とは、温度
センサ77で温度が測定されて、改質反応器1へ流入す
る。
The flow rates of methanol supplied from the fuel tank 23 and water supplied from the water tank 21 are controlled by the fuel control device 22 and the water flow rate control device 20, respectively, and are supplied to the evaporator 3. The evaporator 3 uses the heat quantity of the exhaust gas from the combustor 17 described later to heat and evaporate the supplied methanol and water to generate methanol vapor and water vapor. The temperature of the methanol vapor and the water vapor are measured by the temperature sensor 77 and flow into the reforming reactor 1.

【0035】一方、空気供給装置であるコンプレッサ2
は、図示しないフィルタを介して取り込んだ空気を圧縮
して、燃料電池本体12の空気極12aへ供給すると共
に、空気流量調整弁6、10をそれぞれ介して、改質反
応器1、CO(一酸化炭素)除去器8へ供給する。コン
プレッサ2から改質反応器1へ流入する空気流量を調整
する空気流量調整弁6の手前には、温度センサ4及び流
量センサ5が設けられている。
On the other hand, the compressor 2 which is an air supply device
Compresses the air taken in via a filter (not shown) and supplies the compressed air to the air electrode 12a of the fuel cell main body 12, and the reforming reactor 1, CO (one The carbon oxide) remover 8 is supplied. A temperature sensor 4 and a flow rate sensor 5 are provided in front of an air flow rate adjusting valve 6 that adjusts the flow rate of air flowing into the reforming reactor 1 from the compressor 2.

【0036】改質用の触媒を収納した改質反応器1は、
蒸発器3から供給されるメタノール蒸気、水蒸気、およ
びコンプレッサから供給される圧縮空気を利用して、メ
タノールの部分酸化反応(発熱反応)、水蒸気改質反応
(吸熱反応)により、水素と二酸化炭素(CO2 )を生
成し、これらを含む改質ガスをCO除去器8へ送る。改
質反応器1は、改質反応と部分酸化反応で生じたCOを
燃焼するシフト反応一体型であるが、改質反応器1から
出力される水素リッチな改質ガスには多少のCOが含ま
れている。また、改質反応器1には、その内部の温度を
測定する温度センサ9が取り付けられている。
The reforming reactor 1 containing the reforming catalyst is
Using methanol vapor and steam supplied from the evaporator 3 and compressed air supplied from the compressor, hydrogen and carbon dioxide (exothermic reaction) and hydrogen reforming reaction (endothermic reaction) of methanol are carried out. CO 2 ) is produced and the reformed gas containing these is sent to the CO remover 8. The reforming reactor 1 is a shift reaction integrated type that burns CO generated by the reforming reaction and the partial oxidation reaction, but some CO is present in the hydrogen-rich reformed gas output from the reforming reactor 1. include. Further, the reforming reactor 1 is equipped with a temperature sensor 9 for measuring the temperature inside thereof.

【0037】CO除去器8は、改質反応器1から送られ
た改質ガス中の残留COをコンプレッサ2からの空気を
利用して選択酸化反応(発熱反応)させ、燃料電池本体
12に無害なCO2 に変える。
The CO remover 8 uses the air from the compressor 2 to selectively oxidize residual CO in the reformed gas sent from the reforming reactor 1 (exothermic reaction), and harmless the fuel cell main body 12. Change to CO 2 .

【0038】CO除去器8でCOが除去された改質ガス
は、流量センサ24で流量が測定され、温度センサ11
で温度が測定されて、燃料電池本体12の水素極12b
の入口へ供給される。本実施形態では、CO除去器8の
出口ガス温度は、温度センサ11が管理温度になるよう
に図示しない冷却装置が冷媒流量を調整する。
The flow rate sensor 24 measures the flow rate of the reformed gas from which CO has been removed by the CO remover 8, and the temperature sensor 11
The temperature is measured at the hydrogen electrode 12b of the fuel cell body 12
Is supplied to the entrance. In the present embodiment, the outlet gas temperature of the CO remover 8 is adjusted by the cooling device (not shown) so that the temperature sensor 11 reaches the control temperature.

【0039】一方、燃料電池本体12の空気極12aの
入口には、コンプレッサ2で圧縮された空気が供給され
る。そして、燃料電池本体12で改質ガス中の水素と空
気中の酸素とを利用した電気化学反応により発電が行わ
れ、後述する負荷26へ直流電力が供給される。
On the other hand, the air compressed by the compressor 2 is supplied to the inlet of the air electrode 12a of the fuel cell body 12. Then, in the fuel cell main body 12, electricity is generated by an electrochemical reaction using hydrogen in the reformed gas and oxygen in the air, and DC power is supplied to the load 26 described later.

【0040】尚、燃料電池本体12には、図示しない冷
却液通路が設けられ、燃料電池本体12の温度が発電に
適切な温度に維持されるように、図示しない冷却装置に
より冷媒の循環が制御されている。
A cooling liquid passage (not shown) is provided in the fuel cell main body 12, and the circulation of the refrigerant is controlled by a cooling device (not shown) so that the temperature of the fuel cell main body 12 is maintained at an appropriate temperature for power generation. Has been done.

【0041】燃料電池本体12の空気極12aの出口に
は、その圧力を測定する圧力センサ15と、圧力調整弁
13を介して燃焼器17に接続する配管が設けられてい
る。同様に、水素極12bの出口には、その圧力を測定
する圧力センサ16と、圧力調整弁14を介して燃焼器
17に接続する配管が設けられている。圧力調整弁1
3,14は、それぞれ圧力センサ15,16で測定され
る空気極12aの圧力、水素極12bの圧力が制御目標
値となるように、後述するECU40により制御され
る。
At the outlet of the air electrode 12a of the fuel cell main body 12, there is provided a pressure sensor 15 for measuring the pressure of the fuel cell main body 12 and a pipe connected to the combustor 17 via the pressure regulating valve 13. Similarly, at the outlet of the hydrogen electrode 12b, a pressure sensor 16 for measuring the pressure thereof and a pipe connected to the combustor 17 via the pressure adjusting valve 14 are provided. Pressure control valve 1
The ECUs 3 and 14 are controlled by the ECU 40, which will be described later, so that the pressure of the air electrode 12a and the pressure of the hydrogen electrode 12b measured by the pressure sensors 15 and 16 respectively become control target values.

【0042】燃焼器17は、空気極12aから供給され
る酸素が残留した排空気と、水素極12bから供給され
る水素が残留した排改質ガスとが供給され、水素と酸素
とを燃焼させて高温の排ガスを生成し、蒸発器3に熱源
として供給する一方、余剰の排ガスを車外へ放出できる
構成となっている。また、燃焼器17には、その温度を
検出する温度センサ18が設けられている。
The combustor 17 is supplied with the exhaust air containing oxygen remaining supplied from the air electrode 12a and the exhaust reformed gas containing hydrogen remaining supplied from the hydrogen electrode 12b, and burns the hydrogen and oxygen. The exhaust gas having a high temperature is generated and supplied to the evaporator 3 as a heat source, while the surplus exhaust gas is discharged to the outside of the vehicle. Further, the combustor 17 is provided with a temperature sensor 18 that detects the temperature thereof.

【0043】本発明に係る燃料改質器の制御装置である
ECU40は、管理温度生成部41と、空気目標流量お
よび改質ガス目標流量を生成する目標値生成部42と、
コンプレッサ2から空気が供給される各部の空気流量が
それぞれ目標値となるように非干渉制御する非干渉制御
部43と、改質反応器1の温度を制御する温度制御部4
4と、運転条件に基づいて改質反応器1内で最も高い温
度であるピーク温度を推定する温度推定手段および温度
測定手段である温度センサ9の取付位置における温度で
ある測定位置温度を推定する測定位置温度推定手段とし
ての温度推定部45と、測定位置温度推定値と温度測定
値との偏差に基づいて、改質反応器1の劣化の程度を示
す劣化推定値を推定する劣化推定手段としての劣化推定
部46と、を備えている。このECU40は、例えば、
CPUと周辺インターフェースを有するマイクロコンピ
ュータで実現される。
The ECU 40, which is the control device of the fuel reformer according to the present invention, includes a control temperature generating section 41, a target value generating section 42 for generating an air target flow rate and a reformed gas target flow rate,
A non-interference control unit 43 that performs non-interference control so that the air flow rate of each unit to which air is supplied from the compressor 2 becomes a target value, and a temperature control unit 4 that controls the temperature of the reforming reactor 1.
4 and the measurement position temperature which is the temperature at the mounting position of the temperature sensor 9 which is the temperature estimating means and the temperature measuring means which estimates the peak temperature which is the highest temperature in the reforming reactor 1 based on the operating conditions. A temperature estimating unit 45 as a measuring position temperature estimating means, and a deterioration estimating means for estimating a deterioration estimated value indicating the degree of deterioration of the reforming reactor 1 based on a deviation between the measured position temperature estimated value and the temperature measured value. And the deterioration estimation unit 46. This ECU 40 is, for example,
It is realized by a microcomputer having a CPU and a peripheral interface.

【0044】管理温度生成部41では、燃焼器17の出
口に設けられた温度センサ18が検出する出口ガス温度
が目標ガス温度になるように、それぞれ必要とする要求
空気流量と、要求燃料流量を算出する。
In the control temperature generation unit 41, the required air flow rate and the required fuel flow rate are set so that the outlet gas temperature detected by the temperature sensor 18 provided at the outlet of the combustor 17 becomes the target gas temperature. calculate.

【0045】管理温度生成部41で算出した空気要求量
は目標値生成部42へ入力して、燃料電池システム全体
で必要とする総空気流量を算出する。
The required air amount calculated by the control temperature generator 41 is input to the target value generator 42 to calculate the total air flow rate required for the entire fuel cell system.

【0046】目標値生成部42は、コンプレッサ2から
空気が供給される改質反応器1、CO除去器8及び空気
極12aのそれぞれの目標流量を算出するとともに、こ
れら目標流量の合計である空気の目標総流量を算出す
る。また目標値生成部42は、蒸発器3へ供給する原燃
料であるメタノール及び水の目標流量を算出する。
The target value generator 42 calculates the target flow rate of each of the reforming reactor 1, the CO remover 8 and the air electrode 12a to which the air is supplied from the compressor 2, and the air which is the total of these target flow rates. To calculate the target total flow rate. The target value generation unit 42 also calculates the target flow rates of methanol and water that are raw fuels to be supplied to the evaporator 3.

【0047】非干渉制御部43は、改質反応器1、CO
除去器8及び空気極12aにおける空気流量がそれぞれ
目標値となるように、空気流量制御弁6の開度、空気流
量制御弁10の開度、及びコンプレッサ2の駆動力を制
御し、それぞれの空気流量が他の空気流量に影響されな
いように非干渉制御する。
The non-interference control section 43 includes the reforming reactor 1, CO
The opening degree of the air flow rate control valve 6, the opening degree of the air flow rate control valve 10, and the driving force of the compressor 2 are controlled so that the air flow rates at the remover 8 and the air electrode 12a reach the respective target values, and the respective air flows are controlled. Non-interference control is performed so that the flow rate is not affected by other air flow rates.

【0048】非干渉制御部43では、目標値生成部42
で算出した燃料電池システム全体で必要とする空気の目
標総流量を受取り、それぞれの流量センサで測定されて
いる空気の流量の合計が目標総流量になるようにコンプ
レッサ2を制御する。本実施形態では、コンプレッサの
回転数を非干渉制御部43で他の流量、圧力の制御と非
干渉になるように制御する。
In the non-interference control section 43, the target value generation section 42
The target total flow rate of air required for the entire fuel cell system calculated in step 3 is received, and the compressor 2 is controlled so that the total of the flow rates of air measured by the respective flow rate sensors becomes the target total flow rate. In this embodiment, the rotation speed of the compressor is controlled by the non-interference control unit 43 so as not to interfere with the control of other flow rates and pressures.

【0049】燃料電池本体12の空気極12aへの空気
流量は、総空気流量が目標値に制御されて、改質反応器
1への空気流量と、CO除去器8への空気流量が目標値
に制御されるので、燃料電池本体12の空気極12aの
空気流量制御用のバルブを設置することなしに目標値を
制御することができる。
Regarding the air flow rate to the air electrode 12a of the fuel cell body 12, the total air flow rate is controlled to a target value, and the air flow rate to the reforming reactor 1 and the air flow rate to the CO remover 8 are the target values. Therefore, the target value can be controlled without installing a valve for controlling the air flow rate of the air electrode 12a of the fuel cell body 12.

【0050】燃料電池本体12の空気極12a側の圧力
と、水素極12b側の圧力は非干渉制御部43で制御す
る。空気極12a側の目標圧力と、水素極12b側の目
標圧力は、目標値生成部42で算出され、その目標値を
非干渉制御部43へ入力して、非干渉制御部43で、圧
力センサ15で測定している空気極12a側の圧力が目
標値になるように、圧力調整弁13の開度を他の空気流
量、圧力の制御と非干渉に制御する。
The pressure on the air electrode 12a side and the pressure on the hydrogen electrode 12b side of the fuel cell body 12 are controlled by the non-interference control section 43. The target pressure on the air electrode 12a side and the target pressure on the hydrogen electrode 12b side are calculated by the target value generation unit 42, and the target values are input to the non-interference control unit 43, and the non-interference control unit 43 causes the pressure sensor to operate. The opening of the pressure regulating valve 13 is controlled so as not to interfere with other air flow rate and pressure control so that the pressure on the side of the air electrode 12a measured at 15 becomes a target value.

【0051】圧力センサ16で測定している水素極12
b側の圧力が目標値になるように、圧力調整弁14の開
度を他の空気流量、圧力の制御と非干渉に制御する。
Hydrogen electrode 12 measured by pressure sensor 16
The opening of the pressure regulating valve 14 is controlled so as not to interfere with other air flow rate and pressure control so that the pressure on the b side becomes a target value.

【0052】温度制御部44は改質反応器1の温度制御
器である。温度推定部45で推定される改質反応器1の
ピーク温度が目標管理温度になるように、フィードバッ
ク制御で改質反応器1へ供給すべき空気の流量を求め
る。
The temperature controller 44 is a temperature controller of the reforming reactor 1. The flow rate of the air to be supplied to the reforming reactor 1 is calculated by feedback control so that the peak temperature of the reforming reactor 1 estimated by the temperature estimating unit 45 becomes the target control temperature.

【0053】また、温度制御部44は目標値生成部42
より、改質反応器1へ供給する空気流量の目標値を受け
取っている。温度制御部44では、これはフィードフォ
ワード項として、温度制御部44内にあるフィードバッ
ク制御で求めた改質反応器1へ供給すべき空気の流量に
加算する。
Further, the temperature control unit 44 includes the target value generation unit 42.
Therefore, the target value of the air flow rate to be supplied to the reforming reactor 1 is received. In the temperature control unit 44, this is added as a feedforward term to the flow rate of air to be supplied to the reforming reactor 1 obtained by the feedback control in the temperature control unit 44.

【0054】このようにして算出した改質反応器1へ供
給すべき空気の流量の目標値は、非干渉制御部43へ送
って非干渉制御部43が改質反応器1の空気流量を制御
するために、空気流量制御弁6の開度を制御する。
The target value of the flow rate of air to be supplied to the reforming reactor 1 calculated in this way is sent to the non-interference control section 43, and the non-interference control section 43 controls the air flow rate of the reforming reactor 1. In order to do so, the opening degree of the air flow control valve 6 is controlled.

【0055】温度推定部45は、改質反応器1内の温度
をモデルを使って、改質反応器1内のピーク温度及び測
定位置温度を推定する。温度推定には、目標値生成部4
2で算出した原燃料(メタノール蒸気及び水蒸気)の目
標流量と、温度センサ7で測定した原燃料の温度と、流
量センサ5で測定した空気流量と、温度センサ4で検出
した空気温度とを運転状態として入力し、改質反応器1
の内部のピーク温度及び測定位置温度を運転条件に応じ
て出力する温度モデル関数を予め記憶しておき、この温
度モデル関数を参照して、改質反応器1の温度推定を行
う。
The temperature estimating section 45 estimates the peak temperature and the measured position temperature in the reforming reactor 1 by using the temperature in the reforming reactor 1 as a model. For temperature estimation, the target value generator 4
Operate the target flow rate of the raw fuel (methanol vapor and water vapor) calculated in 2, the temperature of the raw fuel measured by the temperature sensor 7, the air flow rate measured by the flow rate sensor 5, and the air temperature detected by the temperature sensor 4. Input as state, reforming reactor 1
A temperature model function for outputting the internal peak temperature and the measured position temperature according to the operating conditions is stored in advance, and the temperature of the reforming reactor 1 is estimated with reference to this temperature model function.

【0056】次に、本実施形態で使用する温度モデル関
数の性質を説明する。
Next, the properties of the temperature model function used in this embodiment will be described.

【0057】空気流量を増加させると、改質反応器内の
部分酸化反応が活発になるため改質反応器内温度は上昇
し、逆に空気流量を減少させると温度は下がる。
When the air flow rate is increased, the partial oxidation reaction in the reforming reactor becomes active, so that the temperature inside the reforming reactor rises, and conversely, when the air flow rate is reduced, the temperature decreases.

【0058】また、空気の温度が上昇すると、空気の持
ち込む熱量が増えるので、改質反応器内温度は上昇し、
逆に空気の温度が低下すると改質反応器内の温度は下が
る。
When the temperature of the air rises, the amount of heat carried into the air also increases, so the temperature inside the reforming reactor rises,
On the contrary, when the temperature of the air decreases, the temperature inside the reforming reactor decreases.

【0059】原燃料の流量を増加すると(ただし水とメ
タノール比は一定)、改質反応器内の吸熱反応である水
蒸気改質反応が活発になるため、改質反応器内温度は低
下し、逆に減少させると温度は上がる。
When the flow rate of the raw fuel is increased (however, the ratio of water and methanol is constant), the steam reforming reaction which is an endothermic reaction in the reforming reactor becomes active, so that the temperature in the reforming reactor decreases, On the contrary, if it is decreased, the temperature rises.

【0060】また、原燃料の温度が上昇すると、原燃料
の持ち込む熱量が増えるので、改質反応器内温度は上昇
し、逆に原燃料の温度が低下すると改質反応器内の温度
は下がる。
Further, when the temperature of the raw fuel rises, the amount of heat carried into the raw fuel increases, so the temperature inside the reforming reactor rises, and conversely, when the temperature of the raw fuel falls, the temperature inside the reforming reactor falls. .

【0061】また同じ運転条件(改質反応器に供給され
る原燃料の量、原燃料の温度、空気の量、空気の温度)
であっても、改質反応器1の経時劣化が進むと、ピーク
温度が下がるとともにピーク温度が発生する位置が改質
反応器の出口側に近づくように変化する。
The same operating conditions (amount of raw fuel supplied to the reforming reactor, temperature of raw fuel, amount of air, temperature of air)
However, as the deterioration of the reforming reactor 1 with time progresses, the peak temperature decreases and the position where the peak temperature occurs changes so as to approach the outlet side of the reforming reactor.

【0062】このように、改質反応器1内の温度は、原
燃料の流量と温度、空気流量と温度に密接な関係がある
ため、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、予め記憶
しておくことが出来る。
As described above, since the temperature in the reforming reactor 1 is closely related to the flow rate and temperature of the raw fuel and the air flow rate and temperature, the temperature in the reforming reactor is obtained from data obtained in advance by experiments. It can be stored in advance as a table or a function based on multivariate analysis.

【0063】本発明の温度推定手段は、改質反応器1の
温度を推定する温度推定部45であり、以下の機能を有
する。
The temperature estimating means of the present invention is the temperature estimating section 45 for estimating the temperature of the reforming reactor 1 and has the following functions.

【0064】(1)温度推定部45は、運転条件に基づ
いて、改質反応器1の温度を推定し、温度推定値を算出
する。
(1) The temperature estimating section 45 estimates the temperature of the reforming reactor 1 based on the operating conditions, and calculates an estimated temperature value.

【0065】(2)温度推定部45は、外気温度センサ
35より外気温度を取得し、温度推定値を補正する。
(2) The temperature estimating section 45 acquires the outside air temperature from the outside air temperature sensor 35 and corrects the estimated temperature value.

【0066】本発明の劣化推定手段は、改質反応器1の
劣化を推定する劣化推定部46であり、以下の機能を有
する。
The deterioration estimating means of the present invention is the deterioration estimating unit 46 which estimates the deterioration of the reforming reactor 1 and has the following functions.

【0067】(1)劣化推定部46は温度推定部45で
推定した改質反応器1の測定位置温度推定値と、実際に
温度センサ9で測定した温度測定値との偏差により劣化
状態を推定する。
(1) The deterioration estimating unit 46 estimates the deterioration state based on the deviation between the temperature measured value of the reforming reactor 1 estimated by the temperature estimating unit 45 and the temperature measured value actually measured by the temperature sensor 9. To do.

【0068】(2)劣化推定部46は改質反応器1の劣
化状態を検出し、異常判断が行われた時、情報提供装置
32により劣化状態をドライバへ情報提供する。本実施
形態では、情報提供装置32は、インストルメントパネ
ルに設けられたランプであり、劣化状態の異常を検出し
たときにランプを点灯させることにより、異常検出の情
報をドライバへ提供している。
(2) The deterioration estimating unit 46 detects the deterioration state of the reforming reactor 1, and when the abnormality judgment is made, informs the driver of the deterioration state by the information providing device 32. In the present embodiment, the information providing device 32 is a lamp provided on the instrument panel, and when the abnormality in the deterioration state is detected, the lamp is turned on to provide the abnormality detection information to the driver.

【0069】(3)劣化推定部46は発電状態検出装置
34と充電状態検出装置31の和と要求トルク検出装置
33から算出された電圧を比較し、異常劣化を推定す
る。本実施形態では、要求トルク検出装置33をアクセ
ルペダルと線形関係とし、アクセルペダルストロークを
ドライバ要求トルクとして算出している。
(3) The deterioration estimating unit 46 compares the sum of the power generation state detecting device 34 and the charging state detecting device 31 with the voltage calculated from the required torque detecting device 33 to estimate abnormal deterioration. In the present embodiment, the required torque detection device 33 has a linear relationship with the accelerator pedal, and the accelerator pedal stroke is calculated as the driver required torque.

【0070】負荷26は燃料電池本体12に接続されて
いる負荷であり、燃料電池本体12の余剰電力を後述す
る二次電池29へ充電する充電器27、インバータ2
8、二次電池29が接続されている。
The load 26 is a load connected to the fuel cell main body 12, and a charger 27 and an inverter 2 for charging a secondary battery 29 described later with surplus electric power of the fuel cell main body 12.
8. A secondary battery 29 is connected.

【0071】インバータ28は、燃料電池本体12また
は二次電池29から供給される直流電力を交流電力に変
換して駆動用モータ30を駆動させ、車両走行の動力と
して使うことができる。
The inverter 28 can convert the direct current power supplied from the fuel cell main body 12 or the secondary battery 29 into alternating current power to drive the drive motor 30 and use it as power for running the vehicle.

【0072】充電状態検出装置31は、充電器27によ
る二次電池29の充電状態を検出するである。本実施形
態では電圧計である。
The charge state detection device 31 detects the charge state of the secondary battery 29 by the charger 27. In this embodiment, it is a voltmeter.

【0073】次に、図2のフローチャートを参照して、
温度推定部45及び劣化推定部46の動作を詳細に説明
する。
Next, referring to the flowchart of FIG.
The operations of the temperature estimating unit 45 and the deterioration estimating unit 46 will be described in detail.

【0074】まずステップS1では、燃料改質システム
が起動初期状態か否かを判断する。
First, in step S1, it is determined whether or not the fuel reforming system is in the initial startup state.

【0075】本実施形態では、図1の改質反応器1の触
媒が活性温度範囲になっているか、かつ、CO除去器8
の触媒が活性温度範囲になっているか、という条件に基
づき、もし起動後一度も上記2条件を満たしていなけれ
ば、起動初期状態であると判断し、劣化推定を行なわな
い。
In this embodiment, the catalyst of the reforming reactor 1 of FIG. 1 is in the active temperature range, and the CO remover 8
Based on the condition that the catalyst is in the activation temperature range, if the above two conditions are not satisfied even after the start, it is judged that the initial state is the start and the deterioration is not estimated.

【0076】次いで、ステップS2では、要求トルク検
出装置33が検出したドライバの要求トルクが過渡状態
にあるか、否かの判断をする。本実施形態では、ドライ
バ要求トルクの変化率がある値以上のとき、過渡状態と
し、前記変化率の算出は、アクセルペダルストローク量
の微分値を変化率として用いる。
Next, in step S2, it is determined whether or not the required torque of the driver detected by the required torque detection device 33 is in a transient state. In the present embodiment, when the rate of change of the driver request torque is equal to or greater than a certain value, the transient state is set, and the rate of change is calculated by using the differential value of the accelerator pedal stroke amount as the rate of change.

【0077】ステップS3では、改質反応器1に供給さ
れる原燃料(メタノールと水)の量、原燃料の温度、空
気の量、空気の温度からなる運転条件、改質反応器1に
設けられた温度センサ9の測定値、外気温度センサ35
による外気温度の測定値を読み込む。
In step S3, operating conditions including the amount of raw fuel (methanol and water) supplied to the reforming reactor 1, the temperature of the raw fuel, the amount of air, and the temperature of the air, and the reforming reactor 1 are provided. Measured value of the temperature sensor 9 and the outside air temperature sensor 35
Read the measured value of outside temperature by.

【0078】ステップS4では、先に読み込んだ運転条
件に基づいて、温度推定部45が改質反応器1内の最も
高い温度であるピーク温度及び温度センサ9の取付位置
の温度である測定位置温度の温度推定値を算出する。こ
の温度推定値を算出するため、図3に示すような改質反
応器1の温度分布マップを運転条件毎に予め実験で得た
データテーブルとして用意しておく。
In step S4, the temperature estimation unit 45 causes the peak temperature, which is the highest temperature in the reforming reactor 1, and the measured position temperature, which is the temperature at the mounting position of the temperature sensor 9, based on the previously read operating conditions. Calculate the estimated temperature value of. In order to calculate this temperature estimated value, a temperature distribution map of the reforming reactor 1 as shown in FIG. 3 is prepared for each operating condition as a data table obtained in advance by experiments.

【0079】ステップS5では、ステップS4で算出し
た温度推定値を、外気温度の測定値を参照して補正す
る。この補正に用いる補正値の算出のために、改質反応
器1内の位置と外気温とから温度補正値を求める図4の
ようなマップを予め実験で求め、記憶しておく。図4が
示すマップの構成は、外気温が高ければ高いほど、補正
温度を上げ、低ければ低いほど補正温度を下げることと
する。また改質反応器1の温度分布に依存した補正マッ
プとなるような構成にした。
In step S5, the estimated temperature value calculated in step S4 is corrected with reference to the measured value of the outside air temperature. In order to calculate the correction value used for this correction, a map as shown in FIG. 4 for obtaining the temperature correction value from the position inside the reforming reactor 1 and the outside air temperature is previously obtained by experiment and stored. The configuration of the map shown in FIG. 4 is such that the higher the outside air temperature, the higher the correction temperature, and the lower the outside temperature, the lower the correction temperature. In addition, the correction map depends on the temperature distribution of the reforming reactor 1.

【0080】ステップS6では、ステップS5で求めた
測定位置温度推定値と温度センサ9の温度測定値との偏
差の過去100回の移動平均を算出し、これをerrと
する。
In step S6, a moving average of the past 100 times of the deviation between the measured position temperature estimated value obtained in step S5 and the temperature measured value of the temperature sensor 9 is calculated, and this is set as err.

【0081】ステップS10、S16では、S6で算出
した、errに基づき、異常劣化か経年劣化か正常かを
判断するフローへの分岐を行なう。
In steps S10 and S16, a branch is made to a flow for determining whether abnormal deterioration, aged deterioration, or normal is based on err calculated in S6.

【0082】本実施形態では、図5に示すように、co
nst2とconst3という2つの所定値(閾値)と
の比較により、異常劣化、経年劣化、正常判断の処理ル
ーチンの分岐を行なった。
In this embodiment, as shown in FIG.
By comparing two predetermined values (threshold values) of nst2 and const3, a processing routine for abnormal deterioration, aged deterioration, and normality determination is branched.

【0083】ステップS10では、|err|>con
st3であるか、否かを判定する。ステップS10の条
件が満足されれば、異常劣化と判断してステップS20
へ進む。ステップS10の条件が満足されなければ、ス
テップS11へ進む。
In step S10, | err |> con
Whether or not st3 is determined. If the condition of step S10 is satisfied, it is determined that the deterioration is abnormal and step S20 is performed.
Go to. If the condition of step S10 is not satisfied, the process proceeds to step S11.

【0084】ステップS11では、図1の要求トルク検
出装置33が算出した要求セル電圧Vnと、発電状態検
出装置34または充電状態検出装置31が検出した燃料
電池本体12の実セル電圧Vrを読み込む。
In step S11, the required cell voltage Vn calculated by the required torque detection device 33 of FIG. 1 and the actual cell voltage Vr of the fuel cell main body 12 detected by the power generation state detection device 34 or the charging state detection device 31 are read.

【0085】ステップS12では、要求セル電圧Vnと
実セル電圧Vrの差分と、ある値const5と、を比
較し、その大小関係より、異常劣化か否かを判断する。
もし、要求セル電圧Vnと実セル電圧Vrの差分が、c
onst5より大きな値であれば異常劣化として判断す
る。本実施形態では、const5=(Vr+Vn)/
2*0.5とした。
In step S12, the difference between the required cell voltage Vn and the actual cell voltage Vr is compared with a certain value const5, and it is determined from the magnitude relationship whether or not there is abnormal deterioration.
If the difference between the required cell voltage Vn and the actual cell voltage Vr is c
If the value is larger than onst5, it is determined as abnormal deterioration. In the present embodiment, const5 = (Vr + Vn) /
It was set to 2 * 0.5.

【0086】ステップS13では、異常劣化と判断し
て、ECU40内部処理で異常劣化判断結果を記憶す
る。
In step S13, it is determined that abnormal deterioration has occurred, and the abnormal deterioration judgment result is stored in the internal processing of the ECU 40.

【0087】ステップS14では、ステップS12の時
点でシステムが異常と判断されたので、改質反応器1へ
供給する原燃料の量を制限する。本実施形態では、図6
に示すように、errが大きくなればなるほど、供給す
る原燃料の上限値を減少させる構成にした。また、本実
施形態では、要求セル電圧Vnが実セル電圧Vrを超え
ないように、要求セル電圧Vnを変更し、変更された要
求セル電圧に見合う原燃料を供給するように制限をかけ
る。これにより蒸発器3へ供給する原燃料であるメタノ
ールと水の流量をそれぞれ燃料制御装置22と水流量制
御装置20により制限するように目標流量を変更する。
In step S14, since the system is judged to be abnormal at the time of step S12, the amount of raw fuel supplied to the reforming reactor 1 is limited. In the present embodiment, FIG.
As shown in, the upper limit value of the raw fuel to be supplied is reduced as the err increases. In addition, in the present embodiment, the required cell voltage Vn is changed so that the required cell voltage Vn does not exceed the actual cell voltage Vr, and a limitation is imposed so as to supply the raw fuel commensurate with the changed required cell voltage. As a result, the target flow rate is changed so that the fuel control device 22 and the water flow rate control device 20 limit the flow rates of methanol and water that are raw fuels to be supplied to the evaporator 3.

【0088】ステップS15では、情報提供装置32を
作動させて、改質反応器1の異常劣化をドライバへ情報
提供する。本実施形態では、情報提供装置32は、運転
席前方のインスツルメントパネル内に設けたランプを点
灯させることにより、燃料改質器の劣化情報を提供して
いる。
In step S15, the information providing device 32 is operated to provide the driver with information about abnormal deterioration of the reforming reactor 1. In this embodiment, the information providing device 32 provides the deterioration information of the fuel reformer by turning on the lamp provided in the instrument panel in front of the driver's seat.

【0089】ステップS16では、|err|>con
st2であるか否かを判定する。この判定がYesであ
れば、ステップS17で、errの値は、経年劣化の範
囲であるとして、ECU40内部処理で経年劣化判断結
果を記憶する。
In step S16, | err |> con
It is determined whether or not st2. If this determination is Yes, it is determined in step S17 that the value of err is within the range of aged deterioration, and the aged deterioration determination result is stored in the ECU 40 internal processing.

【0090】次いで、ステップS18で、経年劣化用の
温度推定モデルへ温度推定モデルを切り替える。この温
度推定モデルである図3の改質反応器1の温度分布マッ
プは、err値が大きくなるほど、改質反応器1のピー
ク温度が低くなると共に、ピーク温度となる改質反応器
内の位置が入口側から出口側へ移動するようなマップで
ある。
Then, in step S18, the temperature estimation model is switched to the temperature estimation model for aging deterioration. In the temperature distribution map of the reforming reactor 1 of FIG. 3 which is the temperature estimation model, the peak temperature of the reforming reactor 1 becomes lower as the err value becomes larger, and the position in the reforming reactor becomes the peak temperature. Is a map that moves from the entrance side to the exit side.

【0091】ステップS16の判断がNoであれば、e
rr値は、正常範囲であるとして、ECU40内部処理
で正常判断結果を記憶し、リターンする。
If the determination in step S16 is no, e
Assuming that the rr value is in the normal range, the normal determination result is stored in the internal processing of the ECU 40, and the process returns.

【0092】ステップS20では、直前のerr値の判
断が異常劣化であったので、異常劣化と判断して、EC
U40内部処理で異常劣化判断結果を記憶する。
In step S20, since the immediately previous determination of the err value was abnormal deterioration, it is judged as abnormal deterioration and EC
The abnormal deterioration determination result is stored in U40 internal processing.

【0093】ステップS21では、ステップS14と同
様に、ステップS10の時点でシステムが異常と判断さ
れたので、改質反応器1へ供給する原燃料の量を制限す
る。具体的な制限方法は、ステップS14で説明したこ
とと同じである。
In step S21, as in step S14, since the system is judged to be abnormal at the time of step S10, the amount of raw fuel supplied to the reforming reactor 1 is limited. The specific limiting method is the same as that described in step S14.

【0094】ステップS22では、ステップS15と同
様に、情報提供装置32を作動させて、改質反応器1の
異常劣化をドライバへ情報提供する。本実施形態では、
情報提供装置32は、運転席前方のインスツルメントパ
ネル内に設けたランプを点灯させることにより、燃料改
質器の劣化情報を提供している。
In step S22, as in step S15, the information providing device 32 is operated to provide the driver with information about abnormal deterioration of the reforming reactor 1. In this embodiment,
The information providing device 32 provides the deterioration information of the fuel reformer by turning on a lamp provided in the instrument panel in front of the driver's seat.

【0095】なお本実施形態の温度推定部45は、温度
推定にデータテーブルを用いたがこれに限らず、下記の
ように改質反応器1の温度変化をモデル化した関数を用
いて演算を行い、劣化を判定するとともに劣化に応じて
モデルの関数の定数を変更することで劣化後の正しいピ
ーク温度を算出することも出来る。また、以下の各式に
おいて、乗算記号として「*」を用いて、Xとの区別を
明瞭にする。
The temperature estimation unit 45 of the present embodiment uses the data table for temperature estimation, but the present invention is not limited to this, and calculation is performed using a function that models the temperature change of the reforming reactor 1 as follows. It is also possible to calculate the correct peak temperature after deterioration by performing the deterioration determination and changing the constant of the function of the model according to the deterioration. Further, in each of the following formulas, "*" is used as a multiplication symbol to make the distinction from X clear.

【0096】[0096]

【数1】 (∂(T)/∂t +(u1+u2+u3)*∂(T)/∂z)*(cp*p) = k1*H1 + K2*H2 - U*A*(T-Tw) …(1) T:改質反応器内の温度[K] u1:空気流速[m/s] 空気の流速は、流量センサ5の出力[m3/s]/配管の断
面積[m2]で求まる。
[Equation 1] (∂ (T) / ∂t + (u1 + u2 + u3) * ∂ (T) / ∂z) * (cp * p) = k1 * H1 + K2 * H2-U * A * (T -Tw) (1) T: Temperature in reforming reactor [K] u1: Air velocity [m / s] Air velocity is output of flow sensor 5 [m3 / s] / cross-sectional area of pipe [m2] ]]

【0097】u2:メタノールの流速[m/s]。メタノー
ルの場合にも同様にすれば求めることができる。
U2: Methanol flow rate [m / s]. In the case of methanol, it can be determined in the same manner.

【0098】u3:水の流速。水の場合にも同様にすれば
求めることができる。
U3: Flow rate of water. In the case of water, the same can be calculated.

【0099】ただし、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使うことにす
る。
However, since the flow rate sensor for methanol and water is not used in this embodiment, the target value is used.

【0100】H1:水とメタノールの反応熱量(吸熱)、
−49500[J/mol] H2:酸素とメタノールの反応熱量(発熱)、18960
0[J/mol] p:平均密度[kg/m3] cp:平均熱容量[J/(kg*K)] k1=A1*EXP(-E1/RT)*(CH3OH)*(H2O) k2=A2*EXP(-E2/RT)*(CH3OH)*(O2)0.5 E1,E2は活性化エネルギー定数、A1,A2は頻度係数と呼ば
れる適当な定数である。
H1: heat of reaction between water and methanol (endotherm),
-49500 [J / mol] H2: Heat of reaction between oxygen and methanol (exothermic), 18960
0 [J / mol] p: Average density [kg / m3] cp: Average heat capacity [J / (kg * K)] k1 = A1 * EXP (-E1 / RT) * (CH3OH) * (H2O) k2 = A2 * EXP (-E2 / RT) * (CH3OH) * (O2) 0.5 E1 and E2 are activation energy constants, and A1 and A2 are appropriate constants called frequency coefficients.

【0101】[CH3OH]、[H2O]、[O2]は濃度[mol/m3]を表
す。
[CH3OH], [H2O], and [O2] represent concentrations [mol / m3].

【0102】R:ガス定数、8.314[J/(mol*K)] U:熱伝達率[J/(K*s*m2)] A:壁の伝熱面積[m2] Tw:反応器外気温度[K](本実施形態では外気温度を測定
してないので固定値とした。) 外気温を測定している場合にはその値を使うようにすれ
ばよい。
R: gas constant, 8.314 [J / (mol * K)] U: heat transfer coefficient [J / (K * s * m2)] A: heat transfer area of wall [m2] Tw: reactor Outside air temperature [K] (In this embodiment, the outside air temperature is not measured, so it is set to a fixed value.) If outside air temperature is being measured, that value may be used.

【0103】zは空間を表し、tは時間を表す。Z represents space and t represents time.

【0104】式(1)をマイコンで計算するために空間
微分を消去する。そのために本実施形態では1次後退差
分を使う。また、改質反応器全体(入口から出口まで)
の長さをL[m]として、これを適当なN個のサブ領域に
分割する。一つのサブ領域の長さをΔzとすると、次の
式(2)となる。
The spatial derivative is deleted in order to calculate the equation (1) by the microcomputer. Therefore, in this embodiment, the first-order backward difference is used. Also, the entire reforming reactor (from the inlet to the outlet)
Is set to L [m], and this is divided into appropriate N sub-regions. When the length of one sub-region is Δz, the following equation (2) is obtained.

【0105】[0105]

【数2】 Δz=L/N …(2) 1次の後退差分は、次の式(3)となる。[Equation 2] Δz = L / N (2) The first-order backward difference is given by the following equation (3).

【0106】[0106]

【数3】 (∂(T)/∂z)n=(Tn-Tn-1)/Δz …(3) 添え字nは、N個に分割したサブ領域のn番めのサブ領
域であることを表す。
(3) (∂ (T) / ∂z) n = (T n -T n-1 ) / Δz (3) The subscript n is the nth sub-region of the N sub-regions. Indicates that there is.

【0107】式(2)を使って式(1)を表すと、次の
式(4)となる。
When the equation (1) is expressed using the equation (2), the following equation (4) is obtained.

【0108】[0108]

【数4】 (d(Tn)/dt +(u1+u2+u3)*(Tn-Tn-1)/Δz)*cp*p =k1*H1+k2*H2-U*A*(Tn-Tw) [J/s] …(4) 本実施形態では、n=1のとき、T0は、空気、メタノー
ル、水の平均温度とする。空気の温度は温度センサ4の
出力、メタノールと水とは混合して蒸気となっているの
で、温度センサ7の出力を使った。式(3)はエネルギ
ーバランス式であり、これは積分すれば、温度の変化を
表す式として利用できる。
(4) (d (T n ) / dt + (u1 + u2 + u3) * (T n -T n-1 ) / Δz) * cp * p = k1 * H1 + k2 * H2-U * A * (T n -Tw) [J / s] (4) In the present embodiment, when n = 1, T0 is the average temperature of air, methanol, and water. The output of the temperature sensor 7 was used because the temperature of the air is the output of the temperature sensor 4 and the mixture of methanol and water is steam. Equation (3) is an energy balance equation, which can be used as an equation representing the change in temperature if integrated.

【0109】式(3)を計算するためには、In order to calculate the equation (3),

【数5】 k1=A1*EXP(-E1/RTn)*(CH3OH)*(H2O) k2=A2*EXP(-E2/RTn)*(CH3OH)*(O2)0.5 を計算する必要がある。[Equation 5] k1 = A1 * EXP (-E1 / RT n ) * (CH3OH) * (H2O) k2 = A2 * EXP (-E2 / RT n ) * (CH3OH) * (O2) 0.5 needs to be calculated. is there.

【0110】k1,k2は濃度が分かれば計算できるので、
濃度を次の式で計算する。
Since k1 and k2 can be calculated if the concentrations are known,
The concentration is calculated by the following formula.

【0111】[0111]

【数6】 d(CH3OHn)/dt+u1*(CH3OHn-CH3OHn-1)/Δz =-A1*EXP(-E1/RTn)*(CH3OHn)*(H2On) d(H2On)/dt+u2*(H2On-H2On-1)/Δz =-A1*EXP(-E1/RTn)*(CH3OHn)*(H2On) d(O2n)/dt+u3*(O2n-O2n-1)/Δz =-A2*EXP(-E2/RTn)*(CH3OH)*(O2)0.5 …(5) 本実施形態では、原燃料であるメタノールと水との流量
を測定する流量センサを備えていないので、目標値生成
部42で算出しているそれぞれの目標値を使った。原燃
料の流量を測定するセンサを取り付けている場合には、
それらの値を使うようにすればよい。
[Formula 6] d (CH3OH n ) / dt + u1 * (CH3OH n -CH3OH n-1 ) / Δz = -A1 * EXP (-E1 / RT n ) * (CH3OH n ) * (H2O n ) d (H2O n ) / dt + u2 * (H2O n -H2O n-1 ) / Δz = -A1 * EXP (-E1 / RT n ) * (CH3OH n ) * (H2O n ) d (O2 n ) / dt + u3 * (O2 n- O2 n-1 ) / Δz = -A2 * EXP (-E2 / RT n ) * (CH3OH) * (O2) 0.5 (5) In the present embodiment, the raw fuel methanol and water are used. Since the flow rate sensor for measuring the flow rate is not provided, each target value calculated by the target value generation unit 42 was used. If a sensor that measures the flow rate of raw fuel is installed,
You should use those values.

【0112】なお、改質反応器1の全領域についての温
度推定演算を行っても良いが、より効率的には、予め運
転条件に応じてピーク温度が発生する領域を予測してお
き、この領域が改質反応器1の入り口に近い場合には、
上式(4)、(5)を使っても計算回数はそれほど多く
ならないのでそのまま使える。
The temperature estimation calculation may be performed for the entire region of the reforming reactor 1, but more efficiently, the region where the peak temperature will occur is predicted in advance according to the operating conditions, and this If the area is near the inlet of the reforming reactor 1,
Even if the above equations (4) and (5) are used, the number of calculations does not increase so much, and therefore the equations can be used as they are.

【0113】しかし、ピーク温度領域が改質反応器1の
入り口から遠く、計算回数が多くなる場合には、まず、
荒いΔz(式2)でピーク温度領域設定手段で設定した
領域までを上式(4)、(5)を使って計算する。
However, when the peak temperature region is far from the inlet of the reforming reactor 1 and the number of calculations is large, first,
The rough Δz (formula 2) is calculated up to the region set by the peak temperature region setting means by using the above formulas (4) and (5).

【0114】次にピーク温度領域では、上記計算結果を
初期値とするとともに、細かく分割したΔz(式2)で
上式(4)、(5)を使って計算するようにすれば少な
い計算量で正確な推定ができる。なお、荒いΔzのまま
計算してもよいが、誤差が大きくなるので、ピーク温度
領域設内では細かいΔzで計算したほうがよい。温度セ
ンサ9が設けられている位置の温度を推定する時も、上
記手法と同様にすればよい。
Next, in the peak temperature region, if the above calculation result is used as the initial value and the finely divided Δz (Equation 2) is calculated using the above Equations (4) and (5), a small amount of computation is required. You can make an accurate estimation with. It should be noted that the calculation may be performed with a rough Δz, but since an error becomes large, it is better to calculate with a fine Δz in the peak temperature region. When estimating the temperature at the position where the temperature sensor 9 is provided, the same method as described above may be used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る燃料改質器の制御装置が適用され
た燃料電池システムの構成を説明するシステム構成図で
ある。
FIG. 1 is a system configuration diagram illustrating a configuration of a fuel cell system to which a control device for a fuel reformer according to the present invention is applied.

【図2】改質反応器の劣化推定の動作を説明するフロー
チャートである。
FIG. 2 is a flowchart illustrating an operation of estimating deterioration of a reforming reactor.

【図3】改質反応器の温度推定で参照する改質反応器内
の温度マップの例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a temperature map in the reforming reactor referred to in estimating the temperature of the reforming reactor.

【図4】外気温による改質反応器の温度補正を説明する
図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining temperature correction of the reforming reactor according to the outside air temperature.

【図5】改質反応器の温度推定値と温度測定値との偏差
による劣化判定基準を説明する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a deterioration determination criterion based on a deviation between an estimated temperature value of a reforming reactor and a measured temperature value.

【図6】改質反応器の温度推定値と温度測定値との偏差
による原燃料供給量の上限との関係を説明する図であ
る。
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between an upper limit of a raw fuel supply amount due to a deviation between an estimated temperature value of a reforming reactor and a measured temperature value.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…改質反応器 2…コンプレッサ 3…蒸発器 4…温度センサ 5…流量センサ 6…空気流量制御弁 7…温度センサ 8…CO除去器 9…温度センサ 10…空気流量制御弁 11…温度センサ 12…燃料電池本体 13…圧力調整弁 14…圧力調整弁 15…圧力センサ 16…圧力センサ 17…燃焼器 18…温度センサ 20…水流量制御装置 21…水タンク 22…燃料制御装置 23…燃料タンク 24…流量センサ 32…情報提供装置 35…外気温度センサ 40…ECU 41…管理温度生成部 42…目標値生成部 43…非干渉制御部 44…温度制御部 45…温度推定部 46…劣化推定部 1 ... Reforming reactor 2 ... Compressor 3 ... Evaporator 4 ... Temperature sensor 5 ... Flow rate sensor 6 ... Air flow control valve 7 ... Temperature sensor 8 ... CO remover 9 ... Temperature sensor 10 ... Air flow control valve 11 ... Temperature sensor 12 ... Fuel cell body 13 ... Pressure control valve 14 ... Pressure control valve 15 ... Pressure sensor 16 ... Pressure sensor 17 ... Combustor 18 ... Temperature sensor 20 ... Water flow controller 21 ... Water tank 22 ... Fuel control device 23 ... Fuel tank 24 ... Flow rate sensor 32 ... Information providing device 35 ... Outside air temperature sensor 40 ... ECU 41 ... Management temperature generation unit 42 ... Target value generator 43 ... Non-interference control unit 44 ... Temperature control unit 45 ... Temperature estimation unit 46 ... Deterioration estimation unit

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 原燃料を改質して水素を含む燃料ガスを
生成する燃料改質器の制御装置において、 改質用の触媒を収納した改質反応器内の温度を測定する
温度測定手段と、 前記燃料改質器の運転条件に基づいて前記改質反応器内
の温度のうち少なくとも最も高い温度であるピーク温度
を推定する温度推定手段と、 該温度推定手段が推定した温度推定値と前記温度測定手
段による温度測定値との偏差に基づいて、前記改質反応
器の劣化の程度を推定する劣化推定手段と、 を備えたことを特徴とする燃料改質器の制御装置。
1. A fuel reformer control device for reforming raw fuel to produce a fuel gas containing hydrogen, wherein the temperature measuring means measures the temperature in a reforming reactor containing a reforming catalyst. A temperature estimation means for estimating at least the highest peak temperature of the temperatures in the reforming reactor based on the operating conditions of the fuel reformer; and a temperature estimation value estimated by the temperature estimation means. A fuel reformer control device comprising: a deterioration estimating unit that estimates a degree of deterioration of the reforming reactor based on a deviation from a temperature measurement value obtained by the temperature measuring unit.
【請求項2】 前記温度推定手段は、 前記改質反応器内の前記温度測定手段の取付位置におけ
る温度を推定する測定位置温度推定手段と、 該測定位置温度推定手段が推定した測定位置温度推定値
と、前記温度測定手段による温度測定値との偏差に基づ
いて、前記温度推定値を補正する補正手段とを備え、 前記劣化推定手段は、前記測定位置温度推定値と前記温
度測定値との偏差に基づいて、前記改質反応器の劣化の
程度を推定することを特徴とする請求項1記載の燃料改
質器の制御装置。
2. The temperature estimation means estimates a temperature at a mounting position of the temperature measurement means in the reforming reactor, and a measurement position temperature estimation estimated by the measurement position temperature estimation means. And a correction unit that corrects the temperature estimated value based on a deviation between the value and the temperature measured value obtained by the temperature measuring unit, wherein the deterioration estimating unit includes the measured position temperature estimated value and the temperature measured value. The control device of the fuel reformer according to claim 1, wherein the degree of deterioration of the reforming reactor is estimated based on the deviation.
【請求項3】 前記温度推定手段は、 運転条件と前記劣化の程度に応じた改質反応器の温度特
性を格納した複数の温度特性マップを有し、 前記補正手段は、 前記測定位置温度推定値と前記温度測定値との偏差に基
づいて前記温度特性マップの選択を変更することを特徴
とする請求項2記載の燃料改質器の制御装置。
3. The temperature estimating means has a plurality of temperature characteristic maps storing temperature characteristics of the reforming reactor according to operating conditions and the degree of deterioration, and the correcting means estimates the measured position temperature. The fuel reformer control device according to claim 2, wherein selection of the temperature characteristic map is changed based on a deviation between a value and the temperature measurement value.
【請求項4】 前記劣化推定手段は、起動初期状態の時
は劣化推定を行なわないことを特徴とする請求項1ない
し請求項3のいずれか1項記載の燃料改質器の制御装
置。
4. The control device for a fuel reformer according to claim 1, wherein the deterioration estimating unit does not perform deterioration estimation in an initial state of startup.
【請求項5】 前記劣化推定手段は、運転過渡状態の時
は劣化推定を行なわないことを特徴とする請求項1ない
し請求項4のいずれか1項記載の燃料改質器の制御装
置。
5. The fuel reformer control device according to claim 1, wherein the deterioration estimating unit does not perform deterioration estimation during an operating transient state.
【請求項6】 外気の温度を測定する外気温度測定手段
を備え、 前記温度推定手段は、前記外気温度により温度推定値を
補正することを特徴とする請求項1ないし請求項5のい
ずれか1項記載の燃料改質器の制御装置。
6. An outside air temperature measuring means for measuring the temperature of outside air, wherein the temperature estimating means corrects the estimated temperature value according to the outside air temperature. A control device for a fuel reformer according to the item.
【請求項7】 前記偏差が第1所定値以上、かつ第2所
定位置以下の範囲の場合、前記劣化推定手段は経年劣化
として判断して、前記補正手段は温度推定方法を正常時
の温度推定方法から経年劣化時の温度推定方法に切り替
えることを特徴とする請求項2記載の燃料改質器の制御
装置。
7. When the deviation is within a range of a first predetermined value or more and a second predetermined position or less, the deterioration estimating unit determines that the deterioration is due to aging, and the correcting unit estimates the temperature when the temperature is normal. The control device for a fuel reformer according to claim 2, wherein the method is switched to a method for estimating temperature at the time of deterioration over time.
【請求項8】 前記偏差が第2所定値を超える場合、前
記劣化推定手段は異常劣化として判断することを特徴と
する請求項2記載の燃料改質器の制御装置。
8. The fuel reformer control device according to claim 2, wherein when the deviation exceeds a second predetermined value, the deterioration estimating unit determines that the deterioration is abnormal.
【請求項9】 異常劣化として判断した時に、燃料改質
器の異常を告知する告知手段を備えたことを特徴とする
請求項8記載の燃料改質器の制御装置。
9. The control device for a fuel reformer according to claim 8, further comprising notification means for notifying an abnormality of the fuel reformer when it is judged as abnormal deterioration.
【請求項10】 前記燃料改質器が改質した燃料ガスを
用いて発電する燃料電池の実セル電圧を検出する電圧検
出器と、 燃料電池に対する要求電力に応じた要求セル電圧を算出
する要求電圧算出手段と、 前記偏差が第2所定値以下の場合、前記実セル電圧と前
記要求セル電圧との差が第3所定値以上であれば、燃料
改質器の異常を告知する告知手段と、 を備えたことを特徴とする請求項2記載の燃料改質器の
制御装置。
10. A voltage detector for detecting an actual cell voltage of a fuel cell that generates electric power using the fuel gas reformed by the fuel reformer, and a request for calculating a required cell voltage according to a required power for the fuel cell. Voltage calculating means and notifying means for notifying an abnormality of the fuel reformer if the difference is not more than a second predetermined value and the difference between the actual cell voltage and the required cell voltage is not less than a third predetermined value. The control device for the fuel reformer according to claim 2, further comprising:
【請求項11】 前記劣化推定手段による劣化の程度に
応じて、前記改質反応器に供給する原燃料の量を制御す
ることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれ
か1項記載の燃料改質器の制御装置。
11. The amount of the raw fuel supplied to the reforming reactor is controlled according to the degree of deterioration by the deterioration estimating means. Fuel reformer control device.
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