JP2003221205A - Temperature control for fuel reforming device - Google Patents

Temperature control for fuel reforming device

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JP2003221205A
JP2003221205A JP2002023589A JP2002023589A JP2003221205A JP 2003221205 A JP2003221205 A JP 2003221205A JP 2002023589 A JP2002023589 A JP 2002023589A JP 2002023589 A JP2002023589 A JP 2002023589A JP 2003221205 A JP2003221205 A JP 2003221205A
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JP
Japan
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reforming
temperature
fuel
fuel reformer
raw material
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Application number
JP2002023589A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiichi Motozono
貴一 本園
Masaaki Yamaoka
正明 山岡
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of attaining good reformed gas quality even if a load fluctuation happens to occur. <P>SOLUTION: Each objective temperature tri in a plurality of parts in a fuel reforming device is set, corresponding to a requested load to a fuel reforming device, and each present temperature twi is obtained by measuring or estimation, for the deviation Δtwi of present temperature from the objective temperature at the part nonuniform weights fi is applied for sum of product operation, thereby amount of air flow ua necessary for partial oxidation is determined. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、炭化水素系化合物
を含む原燃料から水素リッチな燃料ガスを生成するため
の燃料改質装置の制御技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel reformer control technique for producing a hydrogen-rich fuel gas from a raw fuel containing a hydrocarbon compound.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料改質装置は、改質触媒を用いた改質
反応によって、炭化水素系化合物を含む改質原料から水
素リッチな燃料ガス(「改質ガス」とも呼ぶ)を生成す
る。燃料改質装置で生成された燃料ガスは、燃料電池に
利用されるのが一般的である。近年では、燃料改質装置
を含む燃料電池システムを搭載した車両の開発が進めら
れている。
2. Description of the Related Art A fuel reformer produces hydrogen-rich fuel gas (also called "reformed gas") from a reforming raw material containing a hydrocarbon compound by a reforming reaction using a reforming catalyst. The fuel gas generated by the fuel reformer is generally used in a fuel cell. In recent years, a vehicle equipped with a fuel cell system including a fuel reformer has been under development.

【0003】燃料電池システムを搭載した車両では、車
両の運転状態に応じて燃料電池への負荷要求(出力要
求)が大きく変化し、この結果、燃料改質装置への負荷
要求(燃料ガスの出力要求)も大きく変化する。従来か
ら、燃料改質装置への負荷要求が変動したときに、改質
部内での改質反応をうまく制御して、改質ガスの品質を
保つための種々の工夫がなされてきている。
In a vehicle equipped with a fuel cell system, the load request (output request) to the fuel cell greatly changes according to the operating state of the vehicle, and as a result, the load request to the fuel reformer (output of fuel gas). Demand) will also change significantly. 2. Description of the Related Art Conventionally, various measures have been made to control the reforming reaction in the reforming section and maintain the quality of the reformed gas when the load demand on the fuel reformer changes.

【0004】例えば、特開平8−273685号公報に
記載された技術では、改質触媒の複数箇所で検出した温
度の平均温度を求め、この平均温度に応じて改質触媒の
温度を制御している。
For example, in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-273685, the average temperature of the temperatures detected at a plurality of points of the reforming catalyst is obtained, and the temperature of the reforming catalyst is controlled according to this average temperature. There is.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】燃料改質装置への負荷
要求が変動すると、改質部内の温度分布もこれに応じて
変動する。ところが、改質ガスの品質は、改質部内の温
度分布にかなり大きな影響を受けることが判明した。こ
のため、従来のように改質触媒の平均温度を用いて制御
を行っても、必ずしも望ましい改質ガス品質が得られな
い場合があった。このような問題は、車両に搭載された
燃料改質装置に限らず、一般に、負荷要求の変動が予想
される燃料改質装置に共通する問題であった。
When the load demand on the fuel reformer changes, the temperature distribution in the reformer also changes accordingly. However, it has been found that the quality of the reformed gas is considerably affected by the temperature distribution in the reforming section. Therefore, even if the control is performed using the average temperature of the reforming catalyst as in the conventional case, the desired reformed gas quality may not always be obtained. Such a problem is not limited to a fuel reformer mounted on a vehicle, but is generally a problem common to fuel reformers in which load demand fluctuations are expected.

【0006】本発明は、上述した従来の課題を解決する
ためになされたものであり、負荷変動があったときにも
良好な改質ガス品質を達成することができる技術を提供
することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to provide a technique capable of achieving a good reformed gas quality even when there is a load change. And

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明によ
る燃料改質装置は、炭化水素系化合物を含む改質原料か
ら水素リッチな燃料ガスを生成するための燃料改質装置
であって、前記改質原料の改質反応を促進するための改
質触媒を収納する改質部と、前記改質部に供給される前
記改質原料の少なくとも一部を構成する特定の原料の流
量を調整するための流量調整部と、前記流量調整部を制
御するための制御部と、を備える。また、前記制御部
は、前記燃料改質装置への要求負荷に応じて、前記改質
部内の複数の部位における目標温度を設定する目標温度
設定部と、前記複数の部位における現状温度を測定また
は推定によって取得する温度取得部と、前記複数部位に
おける前記目標温度と前記現状温度との偏差に対して均
等でない重みを適用して演算された演算値に基づいて、
前記流量調整部に供給する制御信号を生成するフィード
バック制御部と、を備える。
In order to achieve at least a part of the above objects, a fuel reformer according to the present invention is provided with a hydrogen-rich fuel gas from a reforming raw material containing a hydrocarbon compound. A reforming unit for accommodating a reforming catalyst for promoting a reforming reaction of the reforming raw material, and a reforming unit for supplying the reforming raw material supplied to the reforming unit. A flow rate adjusting unit for adjusting the flow rate of a specific raw material forming at least a part, and a control unit for controlling the flow rate adjusting unit are provided. In addition, the control unit, in accordance with the required load to the fuel reformer, a target temperature setting unit that sets target temperatures at a plurality of parts in the reformer, and measures the current temperature at the plurality of parts or Based on the calculated value obtained by applying a non-uniform weight to the deviation between the target temperature and the current temperature in the plurality of parts, the temperature acquisition unit obtained by estimation,
A feedback control unit that generates a control signal to be supplied to the flow rate adjustment unit.

【0008】この燃料改質装置では、改質部内の複数の
部位における目標温度と現状温度との偏差に均等でない
重みを適用しているので、複数の部位における現状温度
が目標温度に近づくように制御を行うことができる。ま
た、複数の部位における目標温度の分布は負荷変動に応
じて変更される。この結果、負荷変動があったときに
も、良好な改質ガス品質を達成することが可能である。
In this fuel reforming apparatus, uneven weights are applied to the deviations between the target temperature and the current temperature at a plurality of parts in the reforming section, so that the current temperatures at a plurality of parts approach the target temperature. Control can be performed. Further, the distribution of the target temperature in the plurality of parts is changed according to the load change. As a result, it is possible to achieve good reformed gas quality even when there is a load change.

【0009】なお、前記複数部位に対する前記重みは、
前記複数部位のうちで前記改質部の出口に最も近い部位
である特定部位における重みが、他の部位における重み
よりも大きな値を有するように設定されることが好まし
い。
The weight for the plurality of parts is
It is preferable that the weight of a specific portion, which is the portion closest to the outlet of the reforming unit, of the plurality of portions has a larger value than the weight of other portions.

【0010】この構成では、最も出口に近い特定部位に
おける温度が改質ガス品質に最も影響が大きな場合に、
良好な改質ガス品質を得る上で効果的である。
With this configuration, when the temperature at the specific portion closest to the outlet has the greatest effect on the reformed gas quality,
It is effective in obtaining good reformed gas quality.

【0011】なお、前記フィードバック制御部は、前記
特定部位における前記目標温度と前記現状温度との偏差
の時間的な積分値と前記演算値とを用いて前記制御信号
を生成するようにしてもよい。
The feedback control unit may generate the control signal by using a temporal integrated value of a deviation between the target temperature and the current temperature at the specific portion and the calculated value. .

【0012】この構成によれば、最も出口に近い特定部
位における温度のオフセットをなくすことができるの
で、より良好な改質ガス品質を得ることが可能である。
According to this structure, it is possible to eliminate the temperature offset in the specific portion closest to the outlet, so that it is possible to obtain a better reformed gas quality.

【0013】前記目標温度設定部は、前記特定部位にお
ける温度の目標値を、前記目標温度分布の全温度範囲に
比べて小さな所定の温度範囲に収まるように設定するこ
とが好ましい。特に、前記特定部位における温度の目標
値を、前記負荷要求に依存しない一定の温度に設定する
ことが好ましい。
It is preferable that the target temperature setting unit sets the target value of the temperature at the specific portion so that it falls within a predetermined temperature range smaller than the entire temperature range of the target temperature distribution. Particularly, it is preferable to set the target value of the temperature at the specific portion to a constant temperature that does not depend on the load demand.

【0014】このような構成によれば、より良好な改質
ガス品質を得ることが可能である。
With such a structure, it is possible to obtain a better reformed gas quality.

【0015】なお、本発明は、種々の態様で実現するこ
とが可能であり、例えば、燃料改質装置およびその制御
方法、燃料改質装置と燃料電池とを含む燃料電池システ
ムおよびその制御方法、それらの装置またはシステムを
備える移動体およびその制御方法、それらの方法または
装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、
そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、その
コンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化された
データ信号、等の態様で実現することができる。
The present invention can be implemented in various modes, for example, a fuel reformer and a control method thereof, a fuel cell system including a fuel reformer and a fuel cell, and a control method thereof. A mobile body including those devices or systems and a control method thereof, a computer program for realizing the functions of those methods or devices,
It can be realized in the form of a recording medium recording the computer program, a data signal containing the computer program and embodied in a carrier wave, or the like.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて以下の順序で説明する。 A.装置の構成: B.第1実施例: C.第2実施例: D.変形例:
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples. A. Device Configuration: B. First Example: C.I. Second embodiment: D. Modification:

【0017】A.装置の構成:図1は、本発明の一実施
例としての電気自動車の概略構成図である。この電気自
動車(以下、単に「車両」と呼ぶ)の車輪駆動機構は、
モータ20と、トルクコンバータ30と、変速機40と
を有している。モータ20の回転軸13は、トルクコン
バータ30に結合されている。トルクコンバータの出力
軸14は、変速機40に結合されている。変速機40の
出力軸15は、ディファレンシャルギヤ16を介して車
輪18の車軸17に結合されている。
A. Device Configuration: FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric vehicle as an embodiment of the present invention. The wheel drive mechanism of this electric vehicle (hereinafter simply referred to as “vehicle”) is
It has a motor 20, a torque converter 30, and a transmission 40. The rotating shaft 13 of the motor 20 is coupled to the torque converter 30. The output shaft 14 of the torque converter is coupled to the transmission 40. The output shaft 15 of the transmission 40 is connected to an axle 17 of a wheel 18 via a differential gear 16.

【0018】モータ20は、ロータ22と、ステータ2
4とを備える三相の同期モータである。ロータ22の外
周面には、複数個の永久磁石が設けられている。また、
ステータ24には、回転磁界を形成するための三相コイ
ルが巻回されている。モータ20は、ロータ22に備え
られた永久磁石による磁界と、ステータ24の三相コイ
ルによって形成される磁界との相互作用により回転駆動
する。また、ロータ22が外力によって回転させられる
場合には、これらの磁界の相互作用により三相コイルの
両端に起電力を生じさせる。この場合には、モータ20
は発電機として機能する。
The motor 20 includes a rotor 22 and a stator 2
4 is a three-phase synchronous motor. A plurality of permanent magnets are provided on the outer peripheral surface of the rotor 22. Also,
A three-phase coil for forming a rotating magnetic field is wound around the stator 24. The motor 20 is rotationally driven by the interaction between the magnetic field generated by the permanent magnet provided in the rotor 22 and the magnetic field generated by the three-phase coil of the stator 24. Further, when the rotor 22 is rotated by an external force, an electromotive force is generated at both ends of the three-phase coil due to the interaction of these magnetic fields. In this case, the motor 20
Acts as a generator.

【0019】モータ20には、主電源としての燃料電池
システム60と、補助電源としてのバッテリ(2次電
池)50と、の2つの電源が備えられている。バッテリ
50は燃料電池システム60が故障した場合や、車両の
始動時等のように燃料電池システム60から十分な電力
を出力することができない場合などに、不足する電力を
モータ20に供給する。バッテリ50の電力は、さら
に、車両の制御を行う制御ユニット70や、照明装置な
どの電力機器(図示せず)にも供給される。
The motor 20 is equipped with two power sources, a fuel cell system 60 as a main power source and a battery (secondary battery) 50 as an auxiliary power source. The battery 50 supplies insufficient power to the motor 20 when the fuel cell system 60 fails, or when the fuel cell system 60 cannot output sufficient power such as when the vehicle is started. The power of the battery 50 is further supplied to a control unit 70 that controls the vehicle and power equipment (not shown) such as a lighting device.

【0020】2つの電源50,60からの電力は、それ
ぞれの駆動回路51,52と、切替スイッチ80とを介
してモータ20に供給される。切替スイッチ80は、バ
ッテリ50と、燃料電池システム60と、モータ20の
3者間の接続状態を任意に切り替えることができる。ス
テータ24は、切替スイッチ80および第1の駆動回路
51を介してバッテリ50に電気的に接続され、また、
切替スイッチ80および第2の駆動回路52を介して燃
料電池システム60に接続される。2つの駆動回路5
1,52は、それぞれトランジスタインバータで構成さ
れており、モータ20の三相それぞれに対して、ソース
側とシンク側の2つを一組としてトランジスタが複数備
えられている。これらの駆動回路51,52は、制御ユ
ニット70と電気的に接続されている。
Electric power from the two power sources 50 and 60 is supplied to the motor 20 through the drive circuits 51 and 52 and the changeover switch 80, respectively. The changeover switch 80 can arbitrarily switch the connection state among the battery 50, the fuel cell system 60, and the motor 20. The stator 24 is electrically connected to the battery 50 via the changeover switch 80 and the first drive circuit 51, and
It is connected to the fuel cell system 60 via the changeover switch 80 and the second drive circuit 52. Two drive circuits 5
Reference numerals 1 and 52 are each composed of a transistor inverter, and each of the three phases of the motor 20 is provided with a plurality of transistors with two sets on the source side and the sink side as one set. These drive circuits 51 and 52 are electrically connected to the control unit 70.

【0021】制御ユニット70は、シフトレバー72
と、アクセルペダル74と、ブレーキペダル76とから
与えられる運転者の指令に基づいて、車両のための各種
の制御を実行する。制御ユニット70が駆動回路51,
52の各トランジスタのオン・オフの時間をPWM制御
すると、バッテリ50および燃料電池システム60を電
源とする擬似三相交流がステータ24の三相コイルに流
れ、回転磁界が形成される。モータ20は、このような
回転磁界の作用によって、先に説明した通り電動機また
は発電機として機能する。
The control unit 70 includes a shift lever 72.
Then, various controls for the vehicle are executed based on the driver's commands given from the accelerator pedal 74 and the brake pedal 76. The control unit 70 has a drive circuit 51,
When the on / off time of each transistor of 52 is PWM-controlled, a pseudo three-phase alternating current using the battery 50 and the fuel cell system 60 as a power source flows in the three-phase coil of the stator 24 to form a rotating magnetic field. The motor 20 functions as an electric motor or a generator as described above by the action of the rotating magnetic field.

【0022】なお、制御ユニット70の各種の制御動作
は、制御ユニット70に内蔵されている図示しないメモ
リ内に格納されたコンピュータプログラムを、制御ユニ
ット70が実行することによって実現される。このメモ
リとしては、ROMやハードディスクなどの種々の記録
媒体を利用することが可能である。
Various control operations of the control unit 70 are realized by the control unit 70 executing a computer program stored in a memory (not shown) built in the control unit 70. As this memory, various recording media such as a ROM and a hard disk can be used.

【0023】図2は、燃料電池システム60の構成を示
す説明図である。この燃料電池システム60は、FC制
御部100と、燃料改質装置200と、燃料電池300
とを備えている。燃料改質装置200は、蒸発部210
と、改質部220と、CO浄化部230とを有してい
る。
FIG. 2 is an explanatory view showing the structure of the fuel cell system 60. The fuel cell system 60 includes an FC controller 100, a fuel reformer 200, and a fuel cell 300.
It has and. The fuel reformer 200 includes an evaporator 210.
And a reforming section 220 and a CO purifying section 230.

【0024】蒸発部210は、燃焼ガス流路212と、
改質原料流路214とを備えている。燃焼ガス流路21
2は、複数段の水平流路212aが略U字状の折り返し
部212bで順次接続された形状を有している。図2の
例では、燃焼ガス流路212は、2つの折り返し部21
2bで接続された3つの水平流路212aを有してい
る。改質原料流路214は、蒸発部210の下部から上
部に向けて鉛直方向に伸びる多数の鉛直流路214aに
分かれている。燃料ガスの水平流路212aと、改質原
料の鉛直流路214aとは、いわゆる直交型熱交換器を
構成している。
The evaporation section 210 includes a combustion gas flow path 212,
And a reforming raw material flow path 214. Combustion gas flow path 21
2 has a shape in which a plurality of horizontal flow channels 212a are sequentially connected by a substantially U-shaped folded portion 212b. In the example of FIG. 2, the combustion gas passage 212 has two folded portions 21.
It has three horizontal flow paths 212a connected by 2b. The reforming material flow path 214 is divided into a large number of vertical direct current paths 214a extending vertically from the lower part of the evaporation part 210 to the upper part. The horizontal flow path 212a of the fuel gas and the vertical flow path 214a of the reforming raw material constitute a so-called orthogonal heat exchanger.

【0025】燃焼ガス流路212の最上段の入口部に
は、燃焼用空気と、燃焼原料(例えばメタノールや天然
ガス)と、燃料電池300のアノード排ガスとが供給さ
れている。燃焼用空気と燃焼原料の流量は、それぞれの
アクチュエータ242,244によって調整される。ま
た、アノード排ガスの流量は、アノード排ガス流路26
0に設けられた流量調整弁262によって調整される。
Combustion air, combustion raw materials (for example, methanol or natural gas), and anode exhaust gas of the fuel cell 300 are supplied to the uppermost inlet portion of the combustion gas passage 212. The flow rates of the combustion air and the combustion raw material are adjusted by the respective actuators 242 and 244. The flow rate of the anode exhaust gas is the anode exhaust gas flow path 26.
It is adjusted by the flow rate adjusting valve 262 provided at zero.

【0026】燃焼ガス流路211の入口近傍には、電気
加熱式燃焼触媒部216(「EHC」と呼ぶ)が設けら
れている。このEHC216は、燃焼原料やアノード排
ガス中の水素ガスの酸化反応を促進させるための燃焼触
媒と、電気加熱式ヒータとを有している。蒸発部210
の起動時には、このEHC216を電気加熱で昇温させ
ることによって、燃焼原料やアノード排ガスの燃焼反応
を早期に開始させることが可能である。なお、蒸発部2
10内のEHC216を、「燃焼用EHC」と呼ぶ。
An electrically heated combustion catalyst section 216 (referred to as "EHC") is provided near the inlet of the combustion gas flow passage 211. The EHC 216 has a combustion catalyst for promoting the oxidation reaction of the hydrogen gas in the combustion raw material and the anode exhaust gas, and an electrically heated heater. Evaporator 210
At the time of startup, it is possible to start the combustion reaction of the combustion raw material and the anode exhaust gas early by raising the temperature of the EHC 216 by electric heating. The evaporation unit 2
The EHC 216 in 10 is referred to as "combustion EHC".

【0027】燃焼原料やアノード排ガスを含む燃焼ガス
は、燃焼しながら燃焼ガス流路212の最上段から最下
段まで流れてゆき、最下段の出口から排気ガスが排出さ
れる。一方、液体状の改質原料は、改質原料流路214
の下部の入口から供給され、鉛直流路214aを上向き
に流れながら、燃焼ガスによって加熱されて蒸発する。
なお、液体状の改質原料としては、メタノールと水の混
合物や、ガソリンと水の混合物などが利用可能である。
以下では、改質原料としてメタノールと水の混合物を用
いた場合について主に説明する。
The combustion gas containing the combustion raw material and the anode exhaust gas flows from the uppermost stage to the lowermost stage of the combustion gas passage 212 while burning, and the exhaust gas is discharged from the outlet of the lowermost stage. On the other hand, the liquid reforming raw material is the reforming raw material flow path 214.
It is supplied from the lower inlet of the fuel cell and flows upward in the vertical flow path 214a while being heated by the combustion gas and evaporated.
As the liquid reforming raw material, a mixture of methanol and water, a mixture of gasoline and water, or the like can be used.
Below, the case where a mixture of methanol and water is used as the reforming raw material will be mainly described.

【0028】蒸発部210で気化された気体状の改質原
料(「改質原料ガス」と呼ぶ)は、部分酸化用空気と共
に改質部220に導入される。改質部220は、改質触
媒222を収容している。この改質触媒222は、例え
ばハニカム状の担体に担持されている。改質部220の
流路の入口部と中央部には、電気加熱式改質触媒部(E
HC)224がそれぞれ設けられている。これらのEH
C224は、改質原料ガスの改質反応を促進させるため
の改質触媒と、電気加熱式ヒータとを有している。燃料
改質装置200の起動時には、これらのEHC224を
電気加熱で昇温させることによって、改質反応を早期に
開始させることが可能である。なお、中央部のEHC2
24は省略してもよい。以下では、改質部220内のE
HC224を、「改質用EHC」と呼ぶ。
The gaseous reforming raw material (referred to as "reforming raw material gas") vaporized in the evaporation section 210 is introduced into the reforming section 220 together with the partial oxidizing air. The reforming section 220 accommodates the reforming catalyst 222. The reforming catalyst 222 is supported on, for example, a honeycomb carrier. The electrically heated reforming catalyst unit (E
HC) 224, respectively. These EH
C224 has a reforming catalyst for promoting the reforming reaction of the reforming raw material gas, and an electric heating type heater. At the time of starting the fuel reforming apparatus 200, it is possible to start the reforming reaction early by raising the temperature of these EHC 224 by electric heating. In addition, EHC2 of the central part
24 may be omitted. In the following, E in the reforming section 220
HC224 is called "reforming EHC."

【0029】改質部220では、主として次の(1)式
に示す部分酸化反応と、(2)式に示す水蒸気改質反応
とが発生する。
In the reforming section 220, a partial oxidation reaction represented by the following equation (1) and a steam reforming reaction represented by the equation (2) mainly occur.

【0030】[0030]

【数1】 [Equation 1]

【数2】 [Equation 2]

【0031】(1)式の部分酸化反応は発熱反応であ
り、(2)式の水蒸気改質反応は吸熱反応である。従っ
て、燃料改質装置200の定常運転時には、両者を適度
な比率で行わせることによって、改質部220を適切な
運転温度に維持することが可能である。なお、改質部2
20に供給される空気は、上記の部分酸化反応に利用さ
れるので、「部分酸化用空気」と呼ぶ。
The partial oxidation reaction of the formula (1) is an exothermic reaction, and the steam reforming reaction of the formula (2) is an endothermic reaction. Therefore, during steady operation of the fuel reforming apparatus 200, it is possible to maintain the reforming section 220 at an appropriate operating temperature by performing both at an appropriate ratio. The reformer 2
The air supplied to 20 is used for the above partial oxidation reaction, and is therefore referred to as "air for partial oxidation".

【0032】部分酸化用空気の流量は、改質部220の
状態に次のような種々の影響を与える。部分酸化用空気
の流量が少ない場合には、部分酸化反応による発熱量が
低下して改質部220内の温度が低下する。この結果、
水蒸気改質反応の反応速度が低下し、改質部220から
排出されるガス(以下、単に「改質ガス」と呼ぶ)中に
含まれる未改質のガス成分(例えばメタノール)が増加
する。一方、部分酸化用空気の流量が多い場合には、部
分酸化反応による発熱量が増大して改質部220内の温
度も上昇する。この結果、改質ガス中に含まれる一酸化
炭素が増加し、また、改質触媒が劣化する可能性が高ま
る。このように、部分酸化用空気の流量は、改質部22
0内の反応に密接な関係があるので、適切な流量の空気
を改質部220に導入することが好ましい。
The flow rate of the partial oxidation air has various effects on the state of the reforming section 220 as follows. When the flow rate of the partial oxidation air is low, the amount of heat generated by the partial oxidation reaction decreases, and the temperature inside the reforming section 220 decreases. As a result,
The reaction rate of the steam reforming reaction decreases, and the unreformed gas component (for example, methanol) contained in the gas discharged from the reforming section 220 (hereinafter, simply referred to as “reformed gas”) increases. On the other hand, when the flow rate of the partial oxidation air is large, the amount of heat generated by the partial oxidation reaction increases and the temperature inside the reforming section 220 also rises. As a result, carbon monoxide contained in the reformed gas increases, and the possibility that the reforming catalyst deteriorates increases. As described above, the flow rate of the partial oxidation air is set to the reforming section 22.
Since there is a close relationship with the reaction within 0, it is preferable to introduce an appropriate flow rate of air into the reforming section 220.

【0033】改質部220で生成された改質ガスは、通
常は一酸化炭素を含んでいる。CO浄化部230は、こ
の改質ガス内の一酸化炭素を低減する機能を有する。C
O浄化部230内の反応としては、シフト反応や選択酸
化反応が利用される。例えば、メタノールと水を含む改
質原料を使用した場合には、選択酸化反応のみがCO浄
化部230で利用される。一方、ガソリンと水を含む改
質原料を使用した場合には、シフト反応と選択酸化反応
の両方がCO浄化部230で利用される。後者の場合に
は、CO浄化部230は、シフト反応部と選択酸化部と
に分けられる。
The reformed gas produced in the reforming section 220 usually contains carbon monoxide. The CO purification unit 230 has a function of reducing carbon monoxide in the reformed gas. C
As a reaction in the O purification unit 230, a shift reaction or a selective oxidation reaction is used. For example, when a reforming raw material containing methanol and water is used, only the selective oxidation reaction is used in the CO purification unit 230. On the other hand, when the reforming raw material containing gasoline and water is used, both the shift reaction and the selective oxidation reaction are used in the CO purification unit 230. In the latter case, the CO purification section 230 is divided into a shift reaction section and a selective oxidation section.

【0034】CO浄化部230からは、一酸化炭素が少
ない水素リッチな燃料ガスが排出される。この燃料ガス
は、燃料電池300のアノード側に供給され、カソード
側には空気が供給される。燃料電池300に供給される
燃料ガスの流量は、流量調整弁254によって制御され
る。なお、燃料改質装置200から燃料電池300への
燃料ガス流路上には、圧力センサ252の他に、図示し
ない温度センサや流量センサなどが設けられている。F
C制御部100は、これらの各種のセンサからの信号
と、車両本体の制御ユニット70(図1)からの指令と
に応じて、燃料改質装置200と燃料電池300の運転
状態を制御する。
From the CO purification unit 230, hydrogen-rich fuel gas containing less carbon monoxide is discharged. This fuel gas is supplied to the anode side of the fuel cell 300, and air is supplied to the cathode side. The flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell 300 is controlled by the flow rate adjusting valve 254. In addition to the pressure sensor 252, a temperature sensor, a flow rate sensor, and the like (not shown) are provided on the fuel gas flow path from the fuel reformer 200 to the fuel cell 300. F
The C control unit 100 controls the operating states of the fuel reformer 200 and the fuel cell 300 in response to signals from these various sensors and commands from the control unit 70 (FIG. 1) of the vehicle body.

【0035】B.第1実施例:図3は、第1実施例にお
ける改質部220の制御に関連する要素を示す説明図で
ある。改質触媒222は、例えばハニカム状の担体に改
質触媒が担持されたものである。図3の例では、改質触
媒222が一点鎖線の区画線によって6つの区画(「セ
ル」と呼ぶ)222a〜222fに仮想的に区分されて
いる。セル222a〜222fには、触媒温度を測定す
るための温度センサ226a〜226fがそれぞれ設置
されている。図3の例では温度センサ226a〜226
fは改質ガスの流路断面のほぼ中央部に設置されてい
る。この理由は、改質ガスの流路断面の中央部は周辺部
よりも温度が高く、この部分の温度制御が改質ガスの品
質に重要だからである。但し、温度センサは流路断面の
中央部に設ける必要は無く、中央部以外の場所に配置し
てもよい。
B. First Embodiment: FIG. 3 is an explanatory diagram showing elements related to control of the reforming section 220 in the first embodiment. The reforming catalyst 222 is, for example, a honeycomb-shaped carrier on which the reforming catalyst is carried. In the example of FIG. 3, the reforming catalyst 222 is virtually divided into six sections (referred to as “cells”) 222a to 222f by a dashed-dotted section line. Temperature sensors 226a to 226f for measuring the catalyst temperature are installed in the cells 222a to 222f, respectively. In the example of FIG. 3, temperature sensors 226a to 226 are used.
f is installed in the substantially central part of the cross section of the reformed gas. The reason is that the temperature of the central portion of the cross section of the reformed gas is higher than that of the peripheral portion, and the temperature control of this portion is important for the quality of the reformed gas. However, the temperature sensor does not have to be provided at the central portion of the flow path cross section, and may be arranged at a place other than the central portion.

【0036】FC制御部100は、温度センサ226a
〜226fで測定されたセル222a〜222fの温度
tw1〜tw6を用いて、アクチュエータ244に与える制
御信号ua を生成する。このアクチュエータ244は、
改質部220に供給される部分酸化用空気の流量を調整
するためのものである。なお、アクチュエータ244と
しては、エアポンプや流量調整弁などを利用することが
できる。後述するように、FC制御部100は、部分酸
化用空気の流量を調整することによって、改質部220
内のガスの流れ方向に沿った温度分布を制御する機能を
有している。
The FC controller 100 includes a temperature sensor 226a.
The temperatures tw1 to tw6 of the cells 222a to 222f measured at ˜226f are used to generate the control signal ua to be applied to the actuator 244. This actuator 244 is
This is for adjusting the flow rate of the partial oxidation air supplied to the reforming section 220. As the actuator 244, an air pump, a flow rate adjusting valve, or the like can be used. As will be described later, the FC control unit 100 adjusts the flow rate of the partial oxidation air to change the reforming unit 220.
It has the function of controlling the temperature distribution along the flow direction of the gas inside.

【0037】図4は、第1実施例における改質部220
の制御システムの構成を示すブロック図である。FC制
御部100は、目標値設定部110と、減算器112
と、積和演算器114と、を備えている。
FIG. 4 is a modification section 220 in the first embodiment.
2 is a block diagram showing the configuration of the control system of FIG. The FC control unit 100 includes a target value setting unit 110 and a subtractor 112.
And a sum-of-products calculator 114.

【0038】目標値設定部110は、燃料改質装置20
0に対する負荷要求(または負荷条件)に応じて目標値
xr を設定する。ここで、「燃料改質装置200に対す
る負荷要求」とは、例えば、燃料改質装置200が生成
すべき改質ガスの流量(要求水素量)を意味する。な
お、改質ガスの流量は、蒸発部210への改質原料(改
質燃料と水)の投入量や、改質原料蒸気の流量、改質部
220内の圧力などに依存するので、これらのうちの1
つ以上のパラメータに応じて目標値xr を設定するよう
にしてもよい。あるいは、燃料電池システム60に要求
される電力量を、燃料改質装置200に対する要求負荷
として用いることも可能である。
The target value setting section 110 is used for the fuel reformer 20.
The target value xr is set according to the load request (or load condition) for 0. Here, the “load request to the fuel reformer 200” means, for example, the flow rate (required hydrogen amount) of the reformed gas that the fuel reformer 200 should generate. The flow rate of the reformed gas depends on the amount of the reforming raw material (reforming fuel and water) input to the evaporation unit 210, the flow rate of the reforming raw material vapor, the pressure in the reforming unit 220, and the like. One of
The target value xr may be set according to one or more parameters. Alternatively, the amount of electric power required for the fuel cell system 60 can be used as the required load for the fuel reformer 200.

【0039】目標値xr は、改質部220の複数の内部
状態を表す状態変数xに対する目標値である。状態変数
xは、改質部220内の複数の部位で測定された温度分
布tw1〜tw6(以下、「現状温度分布」と呼ぶ))を含
んでいる。状態変数xとその目標値xr は、いずれも複
数の成分を含むベクトルとして表される。
The target value xr is a target value for the state variable x representing a plurality of internal states of the reforming section 220. The state variable x includes temperature distributions tw1 to tw6 (hereinafter, referred to as “current temperature distribution”) measured at a plurality of sites in the reforming section 220. The state variable x and its target value xr are both represented as a vector containing a plurality of components.

【0040】図5は、改質部220内の目標温度分布t
r の例を示すグラフである。ここでは、図3に示した6
つの部位における温度tw1〜tw6の目標値tr の分布が
示されている。各部位の目標温度tr は、例えば、負荷
が増大するにつれて上昇する傾向にある。燃料改質装置
200への特定の要求負荷量に応じた目標温度分布は、
燃料改質装置200をその要求負荷量で定常的に運転し
たときの実際の温度分布から決定される。なお、図5の
例において、改質部220の最も出口に近い部位におけ
る温度tw6(以下、単に「出口温度」と呼ぶ)の目標値
は、以下のような理由により一定値に保たれている。
FIG. 5 shows the target temperature distribution t in the reforming section 220.
6 is a graph showing an example of r. Here, 6 shown in FIG.
The distributions of the target values tr of the temperatures tw1 to tw6 at the two sites are shown. The target temperature tr of each part tends to increase as the load increases, for example. The target temperature distribution according to the specific required load amount on the fuel reformer 200 is
It is determined from the actual temperature distribution when the fuel reformer 200 is steadily operated with the required load amount. In the example of FIG. 5, the target value of the temperature tw6 (hereinafter, simply referred to as “outlet temperature”) at the portion closest to the outlet of the reforming section 220 is kept constant for the following reasons. .

【0041】図6は、改質部220の出口温度tw6と、
改質部220から排出される改質ガスの品質(メタノー
ル濃度および一酸化炭素濃度)との関係を示すグラフで
ある。改質ガス中のメタノール濃度と一酸化炭素濃度
は、できる限り低いことが望ましい。図6には、メタノ
ール濃度と一酸化炭素濃度の目標値Cmt,Ccoのレベル
が破線で示されている。出口温度tw6が上昇すると、メ
タノール濃度は低下し、逆に、一酸化炭素濃度は増大す
る傾向にある。従って、両方の目標値Cmt,Ccoを満足
する良質な改質ガスを生成するためには、改質ガスの要
求量に係わらず、出口温度tw6を所定の範囲Rt内に納
めることが好ましい。図6の例では、特に、改質部22
0の出口温度tw6を250±5℃の範囲に収めることが
好ましい。但し、適切な目標温度は、改質原料の種類に
応じて適宜決定される。
FIG. 6 shows the outlet temperature tw6 of the reforming section 220,
6 is a graph showing the relationship with the quality of reformed gas discharged from the reforming section 220 (methanol concentration and carbon monoxide concentration). It is desirable that the methanol concentration and carbon monoxide concentration in the reformed gas be as low as possible. In FIG. 6, the levels of the target values Cmt and Cco of the methanol concentration and the carbon monoxide concentration are indicated by broken lines. When the outlet temperature tw6 rises, the methanol concentration decreases, and conversely, the carbon monoxide concentration tends to increase. Therefore, in order to generate a high-quality reformed gas that satisfies both target values Cmt and Cco, it is preferable to keep the outlet temperature tw6 within a predetermined range Rt regardless of the required amount of reformed gas. In the example of FIG. 6, particularly, the reforming unit 22
The outlet temperature tw6 of 0 is preferably within the range of 250 ± 5 ° C. However, the appropriate target temperature is appropriately determined according to the type of the reforming raw material.

【0042】図5に示した目標温度分布は、このような
改質ガス品質を考慮して、燃料改質装置200への負荷
要求に係わらず、改質部220の出口温度tw6の目標値
を一定値(例えば250℃)に設定した場合の例であ
る。但し、出口温度tw6の目標値を常に一定値とせず
に、負荷要求に応じて、所定の範囲Rt(図6)内のい
ずれかの温度に設定するようにしてもよい。この場合に
も、出口温度tw6の目標値が取りうる範囲Rtは、目標
温度分布全体が取る全温度範囲に比べて十分小さな範囲
に限定されている。
The target temperature distribution shown in FIG. 5 has the target value of the outlet temperature tw6 of the reformer 220 regardless of the load demand on the fuel reformer 200, in consideration of such reformed gas quality. This is an example of a case where a constant value (for example, 250 ° C.) is set. However, the target value of the outlet temperature tw6 may not always be set to a constant value, but may be set to any temperature within the predetermined range Rt (FIG. 6) according to the load request. Also in this case, the range Rt that the target value of the outlet temperature tw6 can take is limited to a range that is sufficiently smaller than the total temperature range that the entire target temperature distribution takes.

【0043】目標値設定部110(図4)から出力され
る目標値xr は、少なくともこのような目標温度分布t
r を含んでいる。減算器112は、目標値xr と現状の
状態変数xとの偏差e(=xr −x)を求め、その偏差
eを積和演算器114に入力する。積和演算器114
は、以下の(3)式に示す積和演算によって制御信号u
を生成する。
The target value xr output from the target value setting unit 110 (FIG. 4) is at least the target temperature distribution t
Contains r. The subtracter 112 obtains a deviation e (= xr −x) between the target value xr and the current state variable x, and inputs the deviation e to the product-sum calculator 114. Multiply-accumulator 114
Is the control signal u by the product-sum operation shown in the following equation (3).
To generate.

【0044】[0044]

【数3】 [Equation 3]

【0045】ここで、係数fi は、i番目の偏差成分e
i に対する重みである。目標値xrとして6つの部位の
温度tw1〜tw6に対する目標温度tr1〜tr6を使用して
制御信号ua を生成する場合には、(3)式は以下の
(4)式に書き換えられる。
Here, the coefficient fi is the i-th deviation component e
It is a weight for i. When the control signal ua is generated by using the target temperatures tr1 to tr6 for the temperatures tw1 to tw6 of the six parts as the target value xr, the formula (3) can be rewritten as the following formula (4).

【0046】[0046]

【数4】 [Equation 4]

【0047】図7は、目標温度分布triと現状温度分布
twiの一例を示すグラフである。6つの部位における
目標温度triと現状温度twiには偏差Δtwi(=tri
−twi)が存在する。(4)式の積和演算において、各
偏差Δtwiへの重みfi は、改質部出口での温度偏差Δ
tw6に対する重みf6 が、他の部位の温度偏差Δtw1〜
Δtw5に対する重みf1 〜f5 よりも大きな値を取るよ
うに設定される。この理由は、改質ガス品質には、改質
部220の出口近傍における温度が、改質部220内の
他の部位における温度よりも大きな影響を有しているか
らである。出口での温度偏差Δtw6に対する重みf6 を
最も大きくしておけば、改質部出口温度tw6が図6に示
した一定の範囲Rt内になるべく早く納まるように、改
質部220内の反応を制御することが可能である。但
し、改質ガス品質は、出口温度のみでなく他の部位にお
ける温度からも影響を受けるので、上記(4)式のよう
に、出口以外の部位の温度も考慮して、アクチュエータ
244の制御信号ua を生成している。このような重み
付けによって、出口温度tW6がその目標値tr6になるべ
く早く到達するようにしながら、目標温度分布triを達
成する制御を実現することができる。
FIG. 7 is a graph showing an example of the target temperature distribution tri and the current temperature distribution twi. The deviation Δtwi (= tri between the target temperature tri and the current temperature twi in the six parts
-Twi) is present. In the product-sum calculation of the equation (4), the weight fi to each deviation Δtwi is the temperature deviation Δ at the reforming section outlet.
The weight f6 for tw6 is equal to the temperature deviation Δtw1 of other parts.
It is set to take a value larger than the weights f1 to f5 for Δtw5. The reason is that the temperature in the vicinity of the outlet of the reforming section 220 has a greater influence on the quality of the reformed gas than the temperature in other portions in the reforming section 220. If the weight f6 for the temperature deviation Δtw6 at the outlet is maximized, the reaction in the reforming section 220 is controlled so that the reforming section outlet temperature tw6 falls within the constant range Rt shown in FIG. 6 as soon as possible. It is possible to However, since the quality of the reformed gas is affected not only by the outlet temperature but also by the temperature of other parts, the control signal of the actuator 244 is also taken into consideration in consideration of the temperature of the parts other than the outlet as in the above formula (4). is generating ua. By such weighting, it is possible to realize the control for achieving the target temperature distribution tri while making the outlet temperature tW6 reach the target value tr6 as soon as possible.

【0048】重みfi の値は、経験的に設定しても良い
が、以下のような最適化設計を通じて求めることも可能
である。ここで、改質部220内の状態は、以下の(5
a),(5b)式で表されるシステム方程式によってモ
デル化することができる。
The value of the weight fi may be set empirically, but it can be obtained through the following optimization design. Here, the state in the reforming section 220 is as follows (5
It can be modeled by the system equation represented by the equations a) and (5b).

【0049】[0049]

【数5】 [Equation 5]

【0050】ここで、xは改質部220内の状態を表す
状態変数ベクトル、xドット(xの上にドットが付され
たもの)はその時間微分値、uは改質部220とアクチ
ュエータ244とを含む制御対象200(図4)への入
力を表す入力ベクトル、yは制御対象200の出力を表
す出力ベクトル、A,B,Cはそれぞれ行列である。な
お、図4の改質部220内に描かれているブロックG
は、(5a)式の状態方程式で表される伝達関数を意味
している。
Here, x is a state variable vector representing the state inside the reforming section 220, x dot (the dot above x) is its time differential value, and u is the reforming section 220 and the actuator 244. An input vector representing an input to the controlled object 200 (FIG. 4) including and, y is an output vector representing an output of the controlled object 200, and A, B, and C are matrices. The block G drawn in the reforming section 220 of FIG.
Means the transfer function represented by the state equation of the equation (5a).

【0051】一例として、簡単化のために、改質部22
0内部の改質触媒を2つのセルに区分した場合を想定す
る。このとき、状態変数ベクトルxと、入力ベクトルu
と、出力ベクトルyとは、以下の(6a)〜(6c)式
のようにそれぞれ表現することができる。
As an example, for simplification, the reforming section 22
It is assumed that the reforming catalyst inside 0 is divided into two cells. At this time, the state variable vector x and the input vector u
And the output vector y can be expressed as in the following equations (6a) to (6c).

【0052】[0052]

【数6】 [Equation 6]

【0053】上付文字Tは、転置行列であることを意味
している。各変数の意味は次の通りである。 ・tw1,tw2:セル1,2内のコア温度。 ・tg1,tg2:セル1,2内のガス温度。 ・nm1 ,nm2:セル1,2内に存在するメタノール
量。 ・um :メタノール蒸気流量。 ・ua :部分酸化用空気流量。 ・tm :メタノール蒸気温度。 ・ta :部分酸化用空気温度。
The superscript T means that it is a transposed matrix. The meaning of each variable is as follows. -Tw1, tw2: core temperatures in the cells 1 and 2. -Tg1, tg2: Gas temperatures in the cells 1 and 2. -Nm1, nm2: the amount of methanol existing in the cells 1 and 2. Um: Methanol vapor flow rate. Ua: Air flow rate for partial oxidation. * Tm: methanol vapor temperature. -Ta: Air temperature for partial oxidation.

【0054】なお、「コア」とは、触媒とその担体とを
意味している。4つの入力変数um,ua ,tm ,ta
は、いずれも改質部220に導入されるメタノールまた
は空気に関する値である。
The term "core" means a catalyst and its carrier. Four input variables um, ua, tm, ta
Are values relating to methanol or air introduced into the reforming section 220.

【0055】このとき、(5a),(5b)式の行列
A,B,Cは、以下に示すコアの熱収支式と、ガスの熱
収支式と、物質収支式とを用いて導出される。
At this time, the matrices A, B, and C of the equations (5a) and (5b) are derived using the core heat balance equation, the gas heat balance equation, and the mass balance equation shown below. .

【0056】コアの熱収支式:Heat balance equation of core:

【数7】 [Equation 7]

【0057】ここで、各符号の下付文字#はセルの番号
を示しており、各パラメータはそれぞれ以下の意味を有
している。 ・Cw#:各セルのコアの熱容量。 ・Rpo#:各セルにおける部分酸化反応の反応速度に関
する係数。 ・ΔHpo:部分酸化反応の反応エンタルピ。 ・ΔHsr:水蒸気改質反応の反応エンタルピ。 ・Kwg:セル内のコア−ガス間の伝熱に関する係数。 ・Kwa:セルのコアから外部への放熱に関する係数。 ・Kww:セル同士の伝熱に関する係数。
Here, the subscript # of each symbol indicates the cell number, and each parameter has the following meaning. Cw #: heat capacity of the core of each cell. Rpo #: Coefficient relating to reaction rate of partial oxidation reaction in each cell. -ΔHpo: Reaction enthalpy of partial oxidation reaction. -ΔHsr: Reaction enthalpy of steam reforming reaction. Kwg: Coefficient relating to heat transfer between the core and gas in the cell. -Kwa: A coefficient related to heat radiation from the cell core to the outside. -Kww: A coefficient related to heat transfer between cells.

【0058】すなわち、(7)式の右辺第1項は部分酸
化反応による発生熱量を示しており、また、右辺第2項
は水蒸気改質反応による発生熱量、右辺第3項はセル内
のコア−ガス間の伝熱量、右辺第4項はセル内のコアか
ら外部への放熱量、右辺第5項はセル同士の伝熱量をそ
れぞれ示している。
That is, the first term on the right side of the equation (7) represents the amount of heat generated by the partial oxidation reaction, the second term on the right side is the amount of heat generated by the steam reforming reaction, and the third term on the right side is the core in the cell. -The amount of heat transfer between gases, the fourth term on the right side shows the amount of heat released from the core in the cell to the outside, and the fifth term on the right side shows the amount of heat transfer between cells.

【0059】ガスの熱収支式:Gas heat balance equation:

【数8】 [Equation 8]

【0060】各パラメータの意味は以下の通りである。 ・Cg#:各セル内のガスの熱容量。 ・Kgg:ガスの熱移動量に関する係数。 ・Kwg:セル内のコア−ガス間の伝熱に関する係数。 ・Kga:セルのガスから外部の放熱に関する係数。The meaning of each parameter is as follows. Cg #: heat capacity of gas in each cell. -Kgg: A coefficient related to the heat transfer amount of gas. Kwg: Coefficient relating to heat transfer between the core and gas in the cell. -Kga: A coefficient related to heat radiation from the cell gas to the outside.

【0061】すなわち、(8)式の右辺第1項はセル間
のガスの移動による伝熱量を示しており、また、右辺第
2項はセル内のコア−ガス間の伝熱量、右辺第3項はセ
ル内のガスから外部への放熱量をそれぞれ示している。
That is, the first term on the right side of the equation (8) indicates the heat transfer amount due to the movement of gas between cells, and the second term on the right side indicates the heat transfer amount between the core and gas in the cell, and the third side on the right side. The terms indicate the amount of heat released from the gas in the cell to the outside.

【0062】物質収支式:Mass balance equation:

【数9】 [Equation 9]

【0063】ここで、各パラメータはそれぞれ以下の意
味を有している。 ・Kmf:セル1からセル2へのメタノールの移動割合に
関する係数。 ・Qst1,Qst2:セル1,2におけるメタノールの消費
割合。
Here, each parameter has the following meanings. Kmf: Coefficient relating to the transfer rate of methanol from cell 1 to cell 2.・ Qst1, Qst2: Consumption ratio of methanol in cells 1 and 2.

【0064】すなわち、(9a)式の右辺第1項はセル
1へのメタノールの移入量を示しており、右辺第2項は
セル1において改質反応によって消費されるメタノール
量を示している。同様に、(9b)式の右辺第1項はセ
ル2へのメタノールの移入量を示しており、右辺第2項
はセル2において改質反応によって消費されるメタノー
ル量を示している。
That is, the first term on the right side of the equation (9a) shows the amount of methanol introduced into the cell 1, and the second term on the right side shows the amount of methanol consumed by the reforming reaction in the cell 1. Similarly, the first term on the right side of the equation (9b) represents the amount of methanol introduced into the cell 2, and the second term on the right side represents the amount of methanol consumed by the reforming reaction in the cell 2.

【0065】これらの(7),(8),(9a),(9
b)式を整理し、具体的な値を適用すると、例えば次の
(10)式のような行列A,B,Cが得られる。
These (7), (8), (9a), (9
By rearranging the equation b) and applying concrete values, for example, matrices A, B, and C as the following equation (10) are obtained.

【0066】[0066]

【数10】 [Equation 10]

【0067】なお、(6)式〜(10)式では、簡単の
ために改質部220のセルの個数を2としたが、これら
の式は、一般に、改質部220をN個のセル(Nは2以
上の整数)に区分する場合にも容易に拡張可能である。
In the equations (6) to (10), the number of cells in the reforming section 220 is set to 2 for the sake of simplicity. However, these equations generally indicate that the reforming section 220 has N cells. It can be easily expanded even when it is divided into (N is an integer of 2 or more).

【0068】図4から目標値設定部110と減算器11
2とを省略すると、図8に示す制御システムが得られ
る。図8のシステムにおいて、状態変数xのフィードバ
ック係数F1 を求める問題は、良く知られた最適レギュ
レータ問題である。このとき、フィードバック係数F1
は、次の(11a)式で与えられる2次形式評価関数J
の値を最小とする(11b)式の最適制御入力uを規定
するものとして求めることができる。
From FIG. 4, the target value setting unit 110 and the subtractor 11
By omitting 2 and 2, the control system shown in FIG. 8 is obtained. In the system of FIG. 8, the problem of obtaining the feedback coefficient F1 of the state variable x is a well-known optimal regulator problem. At this time, the feedback coefficient F1
Is a quadratic form evaluation function J given by the following expression (11a).
It can be obtained as a definition of the optimum control input u in the equation (11b) that minimizes the value of.

【0069】[0069]

【数11】 [Equation 11]

【0070】(11a)式の行列Q,Rは、各変数に対
する重み係数を表す重み行列であり、制御システムの設
計時に設定される。(11c)に含まれる行列Pは、次
の(12)式のリカッチ方程式を満足するものとして与
えられる。
The matrices Q and R in the equation (11a) are weighting matrices representing weighting factors for each variable, and are set when the control system is designed. The matrix P included in (11c) is given as satisfying the Riccati equation of the following expression (12).

【0071】[0071]

【数12】 [Equation 12]

【0072】この(12)式において、行列A,Bは
(5a)式の状態方程式から既知である。また、行列
Q,Rは(11a)式において設定された重み行列であ
り、これも既知である。従って、このリカッチ方程式を
解くことによって行列Pを求めることができ、さらに、
(11c)からフィードバック係数F1 を求めることが
できる。
In the equation (12), the matrices A and B are known from the state equation of the equation (5a). Further, the matrices Q and R are weighting matrices set in the equation (11a), which are also known. Therefore, the matrix P can be obtained by solving this Riccati equation, and further,
The feedback coefficient F1 can be obtained from (11c).

【0073】(11a)式の重み行列Q,Rはそれぞれ
対角行列として表される。例えば、状態変数xがn個の
成分を含み、入力uが1つ成分(空気量ua)のみを含
むと仮定すると、行列Q,Rは次の(13a),(13
b)のような形となる。
The weighting matrices Q and R in the equation (11a) are represented as diagonal matrices. For example, assuming that the state variable x includes n components and the input u includes only one component (air amount ua), the matrices Q and R have the following (13a), (13).
It looks like b).

【0074】[0074]

【数13】 [Equation 13]

【0075】ここで、q1 〜qn ,rは、重み係数であ
る。
Here, q1 to qn, r are weighting factors.

【0076】重み行列Qの重み係数q1〜qnは、改質部
220内のj個の部位(jは2以上の整数)における触
媒温度に対する重み係数q1〜qjを含んでいる。このと
き、触媒温度に関する重み係数q1〜qjのうち、最も改
質部220の出口に近い部位における温度に関する重み
係数qj の値が、他の重み係数の値よりも十分に大きな
値に設定される。こうすることによって、フィードバッ
ク係数F1 の値(すなわち(4)式の重み係数fi の
値)を、出口温度に関する値が他の部位の温度に関する
値よりも大きくなるように設定することが可能である。
The weighting factors q1 to qn of the weighting matrix Q include the weighting factors q1 to qj with respect to the catalyst temperature at j sites (j is an integer of 2 or more) in the reforming section 220. At this time, among the weighting factors q1 to qj relating to the catalyst temperature, the value of the weighting factor qj relating to the temperature at the portion closest to the outlet of the reforming section 220 is set to a value sufficiently larger than the values of the other weighting factors. . By doing so, it is possible to set the value of the feedback coefficient F1 (that is, the value of the weighting coefficient fi in the equation (4)) so that the value related to the outlet temperature is larger than the value related to the temperature of other parts. .

【0077】なお、(11a)〜(11c)式から得ら
れたフィードバック係数F1 は、図8に示す制御システ
ムに関するものである。一方、図4の制御システムは、
図8に示す制御システムにおいて、状態変数xの各成分
のゼロ点がシフトしたものと考えることができる。従っ
て、図8に関して得られたフィードバック係数F1 は、
図4の制御システムにも同様に適用することが可能であ
る。
The feedback coefficient F1 obtained from the equations (11a) to (11c) relates to the control system shown in FIG. On the other hand, the control system of FIG.
In the control system shown in FIG. 8, it can be considered that the zero point of each component of the state variable x is shifted. Therefore, the feedback coefficient F1 obtained with respect to FIG.
The control system of FIG. 4 can be similarly applied.

【0078】図9は、第1実施例における改質部220
の制御手順を示すフローチャートである。ステップS1
では、燃料改質装置200の負荷条件(要求負荷)に応
じて、目標値設定部110が目標温度分布を設定する。
ステップS2では、改質部220の温度センサ226a
〜226f(図3)が、各セル222a〜222fの触
媒温度tw1〜tw6(すなわち現状温度分布)を測定す
る。ステップS3では、目標温度分布と現状温度分布の
偏差に応じて、例えば上記(4)式に従って制御信号u
a を算出する。その後、ステップS4において、この制
御信号ua をアクチュエータ244(図3)に指令する
ことによって、部分酸化用空気の流量を調整する。その
後、負荷条件が変更されていればステップS5からステ
ップS1に戻り、変更されていなければステップS2〜
S4が繰り返し実行される。
FIG. 9 is a modification section 220 in the first embodiment.
3 is a flowchart showing the control procedure of FIG. Step S1
Then, the target value setting unit 110 sets the target temperature distribution in accordance with the load condition (request load) of the fuel reformer 200.
In step S2, the temperature sensor 226a of the reforming unit 220 is used.
˜226f (FIG. 3) measures the catalyst temperatures tw1 to tw6 (that is, the current temperature distribution) of the cells 222a to 222f. In step S3, according to the deviation between the target temperature distribution and the current temperature distribution, the control signal u
Calculate a. Then, in step S4, the flow rate of the partial oxidation air is adjusted by instructing the actuator 244 (FIG. 3) with this control signal ua. Then, if the load condition is changed, the process returns from step S5 to step S1, and if not changed, steps S2 to S2.
S4 is repeatedly executed.

【0079】以上のように、第1実施例では、改質部2
20に供給する空気量を制御する際に、改質部220内
の複数の箇所における目標温度分布と現状温度分布との
偏差を求め、最も出口に近い温度偏差に最も大きな重み
を乗じて積和演算することによって空気量ua を決定し
ている。この結果、この1つの制御入力ua を用いて、
高品質の改質ガスを生成するような好ましい温度分布を
実現することが可能である。また、特に、目標温度分布
は、燃料改質装置200の要求負荷に応じて変更される
ので、要求負荷が大きく変動するような場合にも、改質
ガスの品質を良好に保ちつつ要求負荷に素早く追従する
ことが可能である。
As described above, in the first embodiment, the reforming section 2
When controlling the amount of air supplied to the air conditioner 20, the deviation between the target temperature distribution and the current temperature distribution at a plurality of locations in the reforming section 220 is obtained, and the temperature deviation closest to the outlet is multiplied by the largest weight to sum the products. The air amount ua is determined by calculation. As a result, using this one control input ua,
It is possible to achieve a favorable temperature distribution that produces a high quality reformed gas. Further, in particular, since the target temperature distribution is changed according to the required load of the fuel reforming apparatus 200, even when the required load fluctuates significantly, the required temperature can be maintained while maintaining good quality of the reformed gas. It is possible to follow quickly.

【0080】C.第2実施例:図10は、第2実施例に
おける改質部220の制御システムの構成を示すブロッ
ク図である。この制御システムは、図4に示したシステ
ムに、加算器116と、積分器118と、乗算器120
とを追加したものであり、他の構成は図4と同じであ
る。
C. Second Embodiment: FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the control system of the reforming section 220 in the second embodiment. This control system includes the adder 116, the integrator 118, and the multiplier 120 in addition to the system shown in FIG.
Is added, and the other configuration is the same as that of FIG.

【0081】減算器112で得られた偏差eは、積分器
118で時間的に積分される。なお、第1実施例でも説
明したように、偏差eのうちで最も重要なのは、改質部
220の出口温度の偏差Δtw6(図7)である。そこ
で、第2実施例では、積分器118は、次の(14)式
で与えられるように出口温度の偏差Δtw6の時間積分を
実行する。
The deviation e obtained by the subtractor 112 is temporally integrated by the integrator 118. As described in the first embodiment, the most important deviation e is the deviation Δtw6 (FIG. 7) of the outlet temperature of the reforming section 220. Therefore, in the second embodiment, the integrator 118 executes the time integration of the deviation Δtw6 of the outlet temperature as given by the following equation (14).

【0082】[0082]

【数14】 [Equation 14]

【0083】乗算器120は、この積分値vにフィード
バック係数F2 を乗じて加算器116にその結果を供給
する。なお、フィードバック係数F2 は一般には複数の
成分を含むベクトルであるが、第2実施例では積分器1
18の出力が1つなので、フィードバック係数F2 も1
成分(すなわちスカラ)である。
The multiplier 120 multiplies the integral value v by the feedback coefficient F2 and supplies the result to the adder 116. The feedback coefficient F2 is generally a vector containing a plurality of components, but in the second embodiment, the integrator 1
Since 18 outputs are 1, the feedback coefficient F2 is also 1.
It is a component (that is, a scalar).

【0084】加算器116は、積和演算器114の出力
と、乗算器120の出力との和をとり、次の(15)式
に従ってアクチュエータ244の制御信号ua を生成す
る。
The adder 116 takes the sum of the output of the product-sum calculator 114 and the output of the multiplier 120 and generates the control signal ua of the actuator 244 according to the following equation (15).

【0085】[0085]

【数15】 [Equation 15]

【0086】このように、アクチュエータ244の制御
信号ua に、出口温度偏差の時間積分vを含むようにす
れば、出口温度に関するオフセットをなくすことができ
る。従って、第1実施例よりも更に好ましい温度分布を
達成することが可能である。
As described above, if the control signal ua of the actuator 244 includes the time integral v of the outlet temperature deviation, the offset relating to the outlet temperature can be eliminated. Therefore, it is possible to achieve a more preferable temperature distribution than that of the first embodiment.

【0087】D.第3実施例:図11は、第3実施例に
おける改質部220の区画を示す説明図である。第3実
施例では、改質触媒222が一点鎖線の区画線によって
10個のセル222a〜222jに仮想的に区分されて
おり、その中の一部のセル222a,222c,222
e,222f,222h,222jにのみ温度センサ2
26a,226c,226e,226f,226h,2
26jが設置されている。
D. Third Embodiment: FIG. 11 is an explanatory diagram showing the sections of the reforming section 220 in the third embodiment. In the third embodiment, the reforming catalyst 222 is virtually divided into ten cells 222a to 222j by the one-dotted chain line, and some of the cells 222a, 222c, 222 are divided.
e, 222f, 222h, 222j only temperature sensor 2
26a, 226c, 226e, 226f, 226h, 2
26j is installed.

【0088】図12は、第3実施例における改質部22
0の制御システムの構成を示すブロック図である。この
制御システムは、図10に示したシステムに、状態推定
器(オブザーバ)130を追加したものであり、他の構
成は図10と同じである。
FIG. 12 is a modification section 22 in the third embodiment.
It is a block diagram which shows the structure of the control system of No. 0. This control system is obtained by adding a state estimator (observer) 130 to the system shown in FIG. 10, and other configurations are the same as those in FIG.

【0089】状態推定器130は、良く知られているよ
うに、入力uと出力yから状態変数xの推定値xハット
を演算するものである。なお、この明細暑中において、
「xハット」とは、文字xの上に山型の符号「ハット」
が付されたものを意味している。第3実施例の状態推定
器130は、温度センサが設けられていないセル222
b,222d,222g,222j(図11)の触媒温
度を推定する機能を有している。このような状態推定器
130は、例えば、温度が測定可能な箇所の温度測定値
tw1〜tw6とそれらの推定値との最小二乗誤差が最小と
なるようなカルマンフィルタで構成することができる。
状態推定器130で得られた温度推定値xハットは、減
算器112に与えられ、この温度推定値xハットと、目
標温度xr との差分に応じて前述したフィードバック制
御が行われる。
As is well known, the state estimator 130 calculates the estimated value x hat of the state variable x from the input u and the output y. In addition, in this hot summer,
The "x hat" is a mountain-shaped code "hat" on the letter x.
Means the ones with. The state estimator 130 of the third embodiment includes a cell 222 in which a temperature sensor is not provided.
It has a function of estimating the catalyst temperatures of b, 222d, 222g, 222j (FIG. 11). Such a state estimator 130 can be configured by, for example, a Kalman filter that minimizes the least square error between the temperature measurement values tw1 to tw6 at the temperature measurable locations and the estimated values thereof.
The estimated temperature value x hat obtained by the state estimator 130 is given to the subtractor 112, and the above-mentioned feedback control is performed according to the difference between the estimated temperature value x hat and the target temperature xr.

【0090】状態推定器130を用いるときには、前述
した(5a),(5b)式は次の(16a),(16
b)式のように書き換えられる。
When the state estimator 130 is used, the above equations (5a) and (5b) are expressed by the following (16a) and (16).
It can be rewritten as in equation (b).

【0091】[0091]

【数16】 [Equation 16]

【0092】ここで、Lは状態推定器130のゲイン
(カルマンゲイン)である。状態推定器130を離散時
間系のカルマンフィルタで構成したとき、(16a)式
の状態方程式は次の(17a),(17b)式のように
書き換えられる。
Here, L is the gain (Kalman gain) of the state estimator 130. When the state estimator 130 is composed of a discrete-time Kalman filter, the state equation of the equation (16a) can be rewritten as the following equations (17a) and (17b).

【0093】[0093]

【数17】 [Equation 17]

【0094】ここで、「xハット(k)」は時刻kにお
ける状態変数xの推定値を意味しており、また、「xバ
ー(k)」は時刻kにおける状態変数xの期待値、「y
(k)」は時刻kにおける出力の測定値、「yバー
(k)」は時刻kにおける出力yの期待値、「xハット
(k−1)」は時刻(k−1)における状態変数xの推
定値、「u(k−1)」は時刻(k−1)における入力
uの値である。なお、「xバー」は、文字xのうえにバ
ーが付されたものを意味している。行列G,Hは、(1
6a)式の行列A,Bを離散時間システムのためのもの
に書き換えたものであり、次の(18a),(18b)
式で与えられる。
Here, “x hat (k)” means the estimated value of the state variable x at time k, and “x bar (k)” is the expected value of the state variable x at time k. y
(K) "is the measured value of the output at time k," y bar (k) "is the expected value of the output y at time k," x hat (k-1) "is the state variable x at time (k-1). The estimated value of “u (k−1)” is the value of the input u at time (k−1). It should be noted that the "x bar" means the character x with a bar attached. The matrices G and H are (1
The matrices A and B in the equation 6a) are rewritten for the discrete time system, and the following (18a) and (18b)
Given by the formula.

【0095】[0095]

【数18】 [Equation 18]

【0096】ここで、Iは単位行列であり、Tは離散時
間システムの時間間隔である。
Where I is the identity matrix and T is the time interval of the discrete time system.

【0097】(17b)式に示されているように、時刻
kにおける状態変数xの期待値xバー(k)は、時刻
(k−1)における推定値xハット(k−1)および入
力u(k−1)から得られる。また、(17a)式に示
されているように、時刻kにおける推定値xハット
(k)は、この期待値xバー(k)と、時刻kにおける
出力yの測定値y(k)から算出される。
As shown in the equation (17b), the expected value x bar (k) of the state variable x at the time k is the estimated value x hat (k-1) at the time (k-1) and the input u. It is obtained from (k-1). Further, as shown in the equation (17a), the estimated value x hat (k) at the time k is calculated from the expected value x bar (k) and the measured value y (k) of the output y at the time k. To be done.

【0098】このような状態推定器130を用いるとき
には、図8のステップS2において、改質部220の温
度分布の一部が状態推定器130によって推定される。
図13は、改質部220の温度分布の一部を推定する場
合のステップS3の詳細手順を示すフローチャートであ
る。ステップS11では、現時刻kの入力u(k)が取
得される。具体的には、入力u(k)は、前述の(6
b)式に示したように、改質部220に導入される改質
ガスの流量um および温度tm と、部分酸化用空気の流
量ua および温度ta である。ステップS2では、出力
y(k)が測定される。具体的には、出力y(k)は図
11に示した6つの部位における触媒温度tw1〜tw6で
ある。
When such a state estimator 130 is used, a part of the temperature distribution of the reforming section 220 is estimated by the state estimator 130 in step S2 of FIG.
FIG. 13 is a flowchart showing a detailed procedure of step S3 when estimating a part of the temperature distribution of the reforming section 220. In step S11, the input u (k) at the current time k is acquired. Specifically, the input u (k) is the above (6
As shown in the equation (b), the flow rate um and the temperature tm of the reformed gas introduced into the reforming section 220, and the flow rates ua and the temperature ta of the partial oxidizing air. In step S2, the output y (k) is measured. Specifically, the output y (k) is the catalyst temperature tw1 to tw6 at the six parts shown in FIG.

【0099】ステップS13では、上述した(17
a),(17b)式に従って、改質部220内の温度分
布の推定値xハット(k)を算出する。すなわち、温度
期待値xバー(k)と出力測定値y(k)から、温度推
定値xハット(k)が算出される。
In step S13, the above-mentioned (17
The estimated value x hat (k) of the temperature distribution in the reforming section 220 is calculated according to the equations (a) and (17b). That is, the estimated temperature value x hat (k) is calculated from the expected temperature value x bar (k) and the measured output value y (k).

【0100】ステップS14では、改質部220のモデ
ルが更新される。ここで、「モデルの更新」とは、改質
部220内の各部の現在の状態に応じて行列G,Hを更
新することを意味している。なお、行列G,Hの更新
は、現時刻における改質部220内の各部の温度やガス
濃度などに基づいて、(5a)式の行列A,Bを変更す
ることによって実現される。このようなモデルの更新を
行う理由は、(5a)式は、改質部220内の熱収支と
物質収支に関する非線型な挙動を線型な式で近似したも
のであるため、行列A,Bを現時刻の状態に応じて変更
した方が、より高精度な制御を行えるからである。モデ
ルの更新の際には、FC制御部100が、まず、改質部
220内の熱収支と物質収支に関して非線型モデルを用
いた計算を行い、次に、その計算結果に応じて行列A,
Bを変更する。例えば、前述の(7)式に示した各セル
における部分酸化反応の反応速度係数Rpo#は、まず、
各セルにおいて部分酸化反応で消費される酸素量を非線
型モデルで演算し、次に、改質部220に供給される全
酸素量に対する各セルの酸素消費量の割合を計算するこ
とによって決定される。
In step S14, the model of the reforming section 220 is updated. Here, “model updating” means updating the matrices G and H in accordance with the current state of each unit in the reforming unit 220. Note that the updating of the matrices G and H is realized by changing the matrices A and B of the equation (5a) based on the temperature and gas concentration of each part in the reforming unit 220 at the current time. The reason for updating such a model is that the equation (5a) is obtained by approximating the non-linear behavior related to the heat balance and the mass balance in the reforming section 220 by a linear equation. This is because more accurate control can be performed by changing according to the state of the current time. When updating the model, the FC control unit 100 first calculates the heat balance and the mass balance in the reforming unit 220 using a non-linear model, and then, according to the calculation result, the matrix A,
Change B. For example, the reaction rate coefficient Rpo # of the partial oxidation reaction in each cell shown in the above equation (7) is
It is determined by calculating the amount of oxygen consumed by the partial oxidation reaction in each cell using a nonlinear model, and then calculating the ratio of the amount of oxygen consumed in each cell to the total amount of oxygen supplied to the reforming section 220. It

【0101】ステップS15では、次の時刻(k+1)
で用いられる温度期待値xバー(k+1)と、カルマン
ゲインLとが算出される。良く知られているように、カ
ルマンゲインLは、時刻0〜kまでの状態変数xと出力
yとに関する共分散行列に応じて各時刻で更新される。
At step S15, the next time (k + 1)
The expected temperature value x bar (k + 1) and the Kalman gain L used in the above are calculated. As is well known, the Kalman gain L is updated at each time according to the covariance matrix regarding the state variable x and the output y from time 0 to k.

【0102】以上のように、第3実施例では、改質部2
20の複数の部位のうちの一部のみで温度を測定すると
ともに、他の部位における温度を状態推定器130を用
いて推定し、これらの測定値と推定値とを用いて現状温
度分布を取得している。こうすることによって、測定値
のみを用いる場合に比べてより細かな現状温度分布を得
ることができる。また、この現状温度分布と目標温度分
布との偏差に応じて部分酸化用空気の流量を制御してる
ので、温度分布の過渡変化をより適切に制御することが
可能である。さらに、状態推定器130は、改質部22
0のモデルを基にして温度分布を推定しているので、温
度センサの取り付け位置の誤差や、センサの特性のバラ
ツキなどに対してロバストな制御システムを構成するこ
とができる。また、制御性能に対するセンサ数の影響も
小さく抑えることができるという利点がある。
As described above, in the third embodiment, the reforming section 2
The temperature is measured only in a part of the plurality of 20 parts, the temperature in the other parts is estimated using the state estimator 130, and the current temperature distribution is acquired using these measured values and estimated values. is doing. By doing so, a finer current temperature distribution can be obtained as compared with the case where only the measured values are used. Further, since the flow rate of the partial oxidation air is controlled according to the deviation between the current temperature distribution and the target temperature distribution, it is possible to more appropriately control the transient change in the temperature distribution. Further, the state estimator 130 includes the reformer 22.
Since the temperature distribution is estimated based on the model of 0, it is possible to configure a control system that is robust against errors in the mounting position of the temperature sensor, variations in sensor characteristics, and the like. Further, there is an advantage that the influence of the number of sensors on the control performance can be suppressed to be small.

【0103】E.変形例:なお、この発明は上記の実施
例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲において種々の態様において実施することが
可能であり、例えば次のような変形も可能である。
E. Modifications: The present invention is not limited to the above-described embodiments and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are also possible. is there.

【0104】E1.変形例1:上述した各実施例では、
改質部220内の触媒の温度分布に応じて制御を実行し
ていたが、この代わりに、改質部220内を流れる改質
ガスの温度分布に応じて制御を実行するようにしてもよ
い。
E1. Modification 1: In each of the embodiments described above,
Although the control is executed according to the temperature distribution of the catalyst in the reforming section 220, instead of this, the control may be executed according to the temperature distribution of the reformed gas flowing in the reforming section 220. .

【0105】また、上記各実施例では改質部220内
で、最も出口に近い部位での温度偏差に最も大きな重み
を付けていたが、出口以外の部位の温度偏差に最も大き
な重みを付けるようにしてもよい。但し、上記第1実施
例でも説明したように、改質ガスの品質には、通常は出
口温度が最も影響が大きいので、出口温度の偏差に最も
大きな重みを付けることが好ましい。
Further, in each of the above-mentioned embodiments, the temperature deviation in the portion closest to the outlet in the reforming section 220 is given the largest weight, but the temperature deviation in the portion other than the outlet is given the largest weight. You may However, as described in the first embodiment, since the outlet temperature usually has the largest influence on the quality of the reformed gas, it is preferable to give the greatest weight to the deviation of the outlet temperature.

【0106】E2.変形例2:上記各実施例では、アク
チュエータ244への制御信号ua を求める演算として
(4)式に示した積和演算を用いたが、この積和演算と
は異なる演算式を用いて制御信号ua を求めてもよい。
すなわち、一般には、目標温度分布と現状温度分布との
偏差に対して均等でない重みを適用して演算された演算
値に基づいて制御信号ua を求めるようにすれば良い。
E2. Modified Example 2: In each of the above-described embodiments, the product-sum operation shown in the equation (4) is used as the operation for obtaining the control signal ua to the actuator 244. However, a control signal using an arithmetic expression different from this product-sum operation You may ask for ua.
That is, generally, the control signal ua may be obtained based on the calculated value calculated by applying the uneven weight to the deviation between the target temperature distribution and the current temperature distribution.

【0107】E3.変形例3:上記各実施例では、主と
して改質部220内の温度分布に応じて部分酸化用空気
の流量を調整していたが、これに加えて、あるいは、こ
の代わりに、他の改質原料成分の流量を調整するように
してもよい。すなわち、一般には、改質部220に供給
される改質原料の少なくとも一部を構成する特定の原料
の流量を調整することによって、改質部220を制御す
れば良い。但し、第1実施例でも説明したように、部分
酸化用空気の流量は改質部220内の反応に大きな影響
があり、また、メタノール蒸気に比べて流量変化の要求
に対する応答も早い。従って、部分酸化用空気の流量を
調整すれば、応答性の良い制御を行うことができるとい
う利点がある。
E3. Modification 3: In each of the above-described embodiments, the flow rate of the partial oxidation air is adjusted mainly according to the temperature distribution in the reforming section 220. However, in addition to or instead of this, another reforming is performed. The flow rates of the raw material components may be adjusted. That is, in general, the reforming unit 220 may be controlled by adjusting the flow rate of a specific raw material forming at least a part of the reforming raw material supplied to the reforming unit 220. However, as described in the first embodiment, the flow rate of the partial oxidation air has a great influence on the reaction in the reforming section 220, and the response to the request for a change in the flow rate is quicker than that of methanol vapor. Therefore, if the flow rate of the partial oxidation air is adjusted, there is an advantage that control with good responsiveness can be performed.

【0108】E4.変形例4:上記各実施例では、フィ
ードバック制御のみを利用していたが、フィードフォワ
ード制御も併用してもよい。例えば、図10の加算器1
16に、燃料改質装置200への負荷要求に応じたフィ
ードフォワード量をさらに加算するようにしてもよい。
E4. Modification 4: In each of the above embodiments, only feedback control is used, but feedforward control may also be used in combination. For example, adder 1 of FIG.
The feedforward amount according to the load request to the fuel reformer 200 may be further added to 16.

【0109】E5.変形例5:改質燃料としては、メタ
ノールやガソリン以外の種々の炭化水素系燃料を使用可
能である。例えば、メタノール以外のアルコールや、ア
ルデヒド、エーテル、天然ガスなどの種々の炭化水素系
化合物を利用することができる。
E5. Modification 5: As the reforming fuel, various hydrocarbon fuels other than methanol and gasoline can be used. For example, alcohols other than methanol, and various hydrocarbon compounds such as aldehydes, ethers and natural gas can be used.

【0110】E6.変形例6:上記各実施例では、燃料
電池システム60を使用した電気自動車の例について説
明したが、本発明は、車輪駆動用の原動機として、モー
タと内燃機関との2つの原動機を用いたハイブリッド自
動車(ハイブリッド車両)にも適用することができる。
また、本発明は、船舶や電車などのような、自動車以外
の移動体にも適用可能である。すなわち、本発明は、燃
料電池と、燃料改質装置と、燃料電池を含む電源から供
給される電力によって駆動される原動機と、を備える移
動体に適用可能である。また、本発明は、設置型の燃料
改質装置にも適用可能である。
E6. Modification 6: In each of the above embodiments, an example of an electric vehicle using the fuel cell system 60 has been described, but the present invention is a hybrid using two prime movers, a motor and an internal combustion engine, as a prime mover for driving wheels. It can also be applied to automobiles (hybrid vehicles).
The present invention is also applicable to moving bodies other than automobiles, such as ships and trains. That is, the present invention can be applied to a moving body including a fuel cell, a fuel reformer, and a prime mover driven by electric power supplied from a power source including the fuel cell. The present invention is also applicable to a stationary fuel reformer.

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

【図1】本発明の一実施例としての電気自動車の概略構
成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric vehicle as an embodiment of the present invention.

【図2】燃料電池システム60の内部構成を示す説明
図。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an internal configuration of a fuel cell system 60.

【図3】改質部220の制御に関連する要素を示す説明
図。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing elements related to control of a reforming section 220.

【図4】第1実施例における改質部220の制御システ
ムの構成を示すブロック図。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a control system of a reforming section 220 in the first embodiment.

【図5】改質部220内の目標温度分布の例を示すグラ
フ。
FIG. 5 is a graph showing an example of a target temperature distribution in the reforming section 220.

【図6】改質部220の出口温度T6と、改質部220
から排出される改質ガスの品質(メタノール濃度および
一酸化炭素濃度)との関係を示すグラフ。
FIG. 6 is an outlet temperature T6 of the reforming section 220 and the reforming section 220.
The graph which shows the relationship with the quality (methanol concentration and carbon monoxide concentration) of the reformed gas discharged | emitted from.

【図7】目標温度分布triと現状温度分布twiの一例
を示すグラフ。
FIG. 7 is a graph showing an example of a target temperature distribution tri and a current temperature distribution twi.

【図8】目標値設定部110と減算器112とを省略し
た制御システムを示すブロック図。
FIG. 8 is a block diagram showing a control system in which a target value setting unit 110 and a subtractor 112 are omitted.

【図9】第1実施例における改質部220の制御手順を
示すフローチャート。
FIG. 9 is a flowchart showing a control procedure of the reforming section 220 in the first embodiment.

【図10】第2実施例における改質部220の制御シス
テムの構成を示すブロック図。
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of a control system of a reforming section 220 in the second embodiment.

【図11】第3実施例における改質部220の区画を示
す説明図。
FIG. 11 is an explanatory view showing sections of a reforming section 220 in the third embodiment.

【図12】第3実施例における改質部220の制御シス
テムの構成を示すブロック図。
FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of a control system of a reforming section 220 in the third embodiment.

【図13】温度分布の推定手順を示すフローチャート。FIG. 13 is a flowchart showing a temperature distribution estimation procedure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

13…回転軸 14…出力軸 15…出力軸 16…ディファレンシャルギヤ 17…車軸 18…車輪 20…モータ 22…ロータ 24…ステータ 30…トルクコンバータ 40…変速機 50…バッテリ 51,52…駆動回路 60…燃料電池システム 70…制御ユニット 72…シフトレバー 74…アクセルペダル 76…ブレーキペダル 80…切替スイッチ 100…FC制御部 110…目標値設定部 112…減算器 114…積和演算器 116…加算器 118…積分器 120…乗算器 130…状態推定器 200…燃料改質装置(制御対象) 210…蒸発部 211,212…燃焼ガス流路 212a…水平流路 212b…折り返し部 214…改質原料流路 214a…鉛直流路 216…電気加熱式燃焼触媒部(燃焼用EHC) 220…改質部 222…改質触媒 222a〜222j…セル 224…電気加熱式改質触媒部(改質用EHC) 226a〜226f…温度センサ 230…CO浄化部 242,244…アクチュエータ 252…圧力センサ 254…流量調整弁 260…アノード排ガス流路 262…流量調整弁 300…燃料電池 13 ... Rotation axis 14 ... Output shaft 15 ... Output shaft 16 ... Differential gear 17 ... Axle 18 ... Wheels 20 ... Motor 22 ... rotor 24 ... Stator 30 ... Torque converter 40 ... Transmission 50 ... Battery 51, 52 ... Driving circuit 60 ... Fuel cell system 70 ... Control unit 72 ... Shift lever 74 ... accelerator pedal 76 ... Brake pedal 80 ... Changeover switch 100 ... FC control unit 110 ... Target value setting section 112 ... Subtractor 114 ... Product-sum calculator 116 ... Adder 118 ... integrator 120 ... Multiplier 130 ... State estimator 200 ... Fuel reformer (control target) 210 ... Evaporator 211, 212 ... Combustion gas flow path 212a ... Horizontal flow path 212b ... Folding part 214 ... Reforming material flow path 214a ... Vertical DC path 216 ... Electrically heated combustion catalyst section (combustion EHC) 220 ... reforming section 222 ... Reforming catalyst 222a to 222j ... cells 224 ... Electric heating type reforming catalyst section (reforming EHC) 226a to 226f ... Temperature sensor 230 ... CO purification unit 242, 244 ... Actuator 252 ... Pressure sensor 254 ... Flow rate adjusting valve 260 ... Anode exhaust gas flow path 262 ... Flow rate adjusting valve 300 ... Fuel cell

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 8/06 H01M 8/06 G Fターム(参考) 4G040 EA02 EA03 EA06 EA07 EB41 EB43 5H004 GA17 GB12 HA01 HB01 JA30 JB08 JB20 JB23 JB30 KB05 KC17 KC28 LA12 5H027 AA02 BA01 DD03 KK42 MM00 MM12 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01M 8/06 H01M 8/06 GF term (reference) 4G040 EA02 EA03 EA06 EA07 EB41 EB43 5H004 GA17 GB12 HA01 HB01 JA30 JB08 JB20 JB23 JB30 KB05 KC17 KC28 LA12 5H027 AA02 BA01 DD03 KK42 MM00 MM12

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化水素系化合物を含む改質原料から水
素リッチな燃料ガスを生成するための燃料改質装置であ
って、 前記改質原料の改質反応を促進するための改質触媒を収
納する改質部と、 前記改質部に供給される前記改質原料の少なくとも一部
を構成する特定の原料の流量を調整するための流量調整
部と、 前記流量調整部を制御するための制御部と、を備え、 前記制御部は、 前記燃料改質装置への要求負荷に応じて、前記改質部内
の複数の部位における目標温度を設定する目標温度設定
部と、 前記複数の部位における現状温度を測定または推定によ
って取得する温度取得部と、 前記複数部位における前記目標温度と前記現状温度との
偏差に対して均等でない重みを適用して演算された演算
値に基づいて、前記流量調整部に供給する制御信号を生
成するフィードバック制御部と、を備えることを特徴と
する燃料改質装置。
1. A fuel reforming apparatus for producing a hydrogen-rich fuel gas from a reforming raw material containing a hydrocarbon compound, the reforming catalyst for promoting a reforming reaction of the reforming raw material. A reforming unit to be stored, a flow rate adjusting unit for adjusting the flow rate of a specific raw material forming at least a part of the reforming raw material supplied to the reforming unit, and a flow rate adjusting unit for controlling the flow rate adjusting unit. A control unit, wherein the control unit sets a target temperature in a plurality of parts in the reforming unit according to a required load to the fuel reformer, and a target temperature setting unit in the plurality of parts. A temperature acquisition unit that acquires the current temperature by measurement or estimation; and based on a calculated value that is calculated by applying unequal weights to the deviation between the target temperature and the current temperature in the plurality of parts, the flow rate adjustment System to supply to department The fuel reforming apparatus, characterized in that it comprises a feedback controller for generating a signal.
【請求項2】 請求項1記載の燃料改質装置であって、 前記複数部位に対する前記重みは、前記複数部位のうち
で前記改質部の出口に最も近い部位である特定部位にお
ける重みが、他の部位における重みよりも大きな値を有
するように設定される、燃料改質装置。
2. The fuel reformer according to claim 1, wherein the weight for the plurality of parts is a weight for a specific part that is a part of the plurality of parts that is closest to an outlet of the reforming section. A fuel reformer set to have a value greater than the weights at other locations.
【請求項3】 請求項2記載の燃料改質装置であって、 前記フィードバック制御部は、前記特定部位における前
記目標温度と前記現状温度との偏差の時間的な積分値と
前記演算値とを用いて前記制御信号を生成する、燃料改
質装置。
3. The fuel reformer according to claim 2, wherein the feedback control unit calculates a temporal integrated value of a deviation between the target temperature and the current temperature at the specific portion and the calculated value. A fuel reformer for generating the control signal using the fuel reformer.
【請求項4】 請求項3記載の燃料改質装置であって、 前記目標温度設定部は、前記特定部位における温度の目
標値を、前記目標温度分布の全温度範囲に比べて小さな
所定の温度範囲に収まるように設定する、燃料改質装
置。
4. The fuel reformer according to claim 3, wherein the target temperature setting unit sets the target value of the temperature at the specific portion to a predetermined temperature smaller than the entire temperature range of the target temperature distribution. Fuel reformer set to fit within the range.
【請求項5】 請求項4記載の燃料改質装置であって、 前記目標温度設定部は、前記特定部位における温度の目
標値を、前記負荷要求に依存しない一定の温度に設定す
る、燃料改質装置。
5. The fuel reformer according to claim 4, wherein the target temperature setting unit sets a target value of the temperature at the specific portion to a constant temperature that does not depend on the load request. Quality equipment.
【請求項6】 請求項1ないし5のいずれかに記載の燃
料改質装置であって、 前記特定の原料は空気である、燃料改質装置。
6. The fuel reformer according to claim 1, wherein the specific raw material is air.
【請求項7】 炭化水素系化合物を含む改質原料から水
素リッチな燃料ガスを生成するための改質触媒を収納し
た改質部を備えた燃料改質装置の制御方法であって、
(a)前記燃料改質装置への要求負荷に応じて、前記改
質部内の複数の部位における目標温度を設定する工程
と、(b)前記複数の部位における現状温度を測定また
は推定によって取得する工程と、(c)前記複数部位に
おける前記目標温度と前記現状温度との偏差に対して均
等でない重みを適用して演算された演算値に基づいて、
前記改質部に供給される前記改質原料の少なくとも一部
を構成する特定の原料の流量を調整する工程と、を備え
ることを特徴とする燃料改質装置の制御方法。
7. A method for controlling a fuel reforming apparatus, comprising a reforming section containing a reforming catalyst for producing a hydrogen-rich fuel gas from a reforming raw material containing a hydrocarbon-based compound,
(A) a step of setting target temperatures at a plurality of parts in the reforming section according to a required load to the fuel reformer; and (b) acquisition of current temperatures at the plurality of parts by measurement or estimation. And (c) based on a calculation value calculated by applying a non-uniform weight to the deviation between the target temperature and the current temperature in the plurality of parts,
Adjusting the flow rate of a specific raw material that constitutes at least a part of the reforming raw material supplied to the reforming section.
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