JP2003261304A

JP2003261304A - Ｃｏ除去器の触媒温度制御方法

Info

Publication number: JP2003261304A
Application number: JP2002064441A
Authority: JP
Inventors: Masako Takayama; 雅子高山; Hikari Okada; 光岡田; Satoshi Hanai; 聡花井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2003-09-16

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＯ除去器の触媒の温度を負荷変動に対して
応答性よく制御する。【解決手段】水素リッチガスからＣＯを取り除く触媒
と、内部に冷却水を流通させ該冷却水と前記触媒との間
で熱の授受を行う冷却室３８と、前記触媒に供給される
空気の流量を検出するマスフローセンサ１８と、前記触
媒に入る前のガスの温度を検出する入りガス温度センサ
１５と、前記触媒に入る前のガスの一酸化炭素濃度を検
出する入りガスＣＯ濃度センサ１６と、前記冷却室３８
を流通する前記冷却水の流量を調整する制御手段と、を
備えたＣＯ除去器３にあって、前記制御手段は、触媒に
供給される酸素流量値と、触媒に入る前のガス温度値
と、触媒に入る前のガスのＣＯ濃度値と、触媒から送り
出されるガスの設定流量および予定されるＣＯ濃度値と
に基づいて、前記冷却水の流量を調整することにより前
記触媒の温度を所定値に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、水素リッチなガ
スから一酸化炭素を取り除く触媒の温度制御方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】触媒技術の発達により、触媒は各種産業
においてその目的に応じて広く利用されている。例え
ば、近年、環境汚染物質の排出が極めて少ないクリーン
なエネルギー源として燃料電池が注目されており、自動
車産業においても、車載した燃料電池で発生させた電力
でモータを回転し車両を駆動する燃料電池自動車が開発
されている。

【０００３】この種の燃料電池には、固体高分子電解質
膜の両側にアノードとカソードとを備え、アノードに水
素リッチな燃料ガスを供給し、カソードに酸化剤ガス
（例えば酸素あるいは空気）を供給して、これらガスの
酸化還元反応にかかる化学エネルギを直接電気エネルギ
として抽出するようにしたものがある。この燃料電池で
は、アノード側で水素ガスがイオン化して固体高分子電
解質中を移動し、電子は、外部負荷を通ってカソード側
に移動し、酸素と反応して水を生成する一連の電気化学
反応による電気エネルギを取り出すことができるように
なっている。

【０００４】この燃料電池への燃料ガスの供給方法とし
て、メタノールやガソリンなどの炭化水素を含む原料ガ
スを、改質触媒を用いた水蒸気改質により水素リッチな
ガス（以下、水素リッチガスと略す）に改質し、これを
燃料電池の燃料ガスとして供給する場合がある（特開２
０００−６３１０１号公報等）。さらに、改質触媒で改
質された水素リッチガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）
は、燃料電池のアノードの触媒（白金）をＣＯ被毒して
出力低下を起こす虞があるので、一般に、燃料電池に供
給する前に水素リッチガス中のＣＯを除去しているが、
このＣＯ除去手段として、水素リッチガス中の水素
（Ｈ）を消費せずＣＯのみを選択して酸化することがで
きる触媒（以下、ＣＯ除去触媒という）が利用されてお
り、触媒反応によりＣＯを二酸化炭素（ＣＯ₂）に変化
させている。

【０００５】ところが、このＣＯ除去触媒は、ＣＯ酸化
反応に伴って、ＨとＣＯ₂から逆にメタンを生成するメ
タネーション反応が起こることが知られており、このメ
タネーション反応によって触媒温度が上昇する。さら
に、ＣＯ酸化反応は発熱を伴うため触媒温度が上昇し、
触媒温度が約３００゜Ｃ以上になると、反応が逆に進む
（ＣＯ₂→ＣＯ）所謂逆シフト反応が起こり、ＣＯ浄化
性能が低下する。一方、触媒の温度が低いと触媒活性が
不十分となって、ＣＯ浄化性能が低下する。

【０００６】また、ＣＯ除去触媒のＣＯ浄化に最適な触
媒温度は、ガス流量によって異なり、ガス流量が大きい
ほど最適触媒温度は高温側にシフトする。図５は、空間
速度（ＳＶ）を変化させて最高浄化率時における触媒温
度の分布を実験的に求めたものであり、この実験結果か
らも、ガス流量が大きいほど最適触媒温度が高温側にシ
フトすることが確認できる。なお、図５において横軸
は、触媒の上流側端面からの距離を示す。

【０００７】したがって、ＣＯ除去触媒の浄化性能を高
く維持するためには、触媒温度の制御が極めて重要であ
る。そこで、特開２０００−１６８０２号公報に開示さ
れるように、ＣＯ除去触媒が収容され水素リッチガスが
流通可能な反応室と、冷却媒体が流通可能な冷却媒体室
とを隣接して設け、両室間で熱交換を行わせてＣＯ除去
触媒を冷却し、触媒温度を制御可能にしたＣＯ除去器が
開発されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
冷却機能を備えたＣＯ除去器による温度制御において
は、冷却媒体の供給量制御方法について確立されておら
ず、ＣＯ除去触媒への負荷が変動した場合に、すなわ
ち、ＣＯ除去触媒に流入する水素リッチガスの流量が変
化したり、ＣＯ除去触媒に流入するガスのＣＯ濃度が変
化した場合に、応答性が悪いという問題がある。そこ
で、この発明は、負荷変動に対する応答性に優れたＣＯ
除去器の触媒温度制御方法を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載した発明は、水素リッチなガスから
一酸化炭素を取り除く触媒（例えば、後述する実施の形
態におけるＣＯ除去触媒）と、内部に冷却流体（例え
ば、後述する実施の形態における冷却水）を流通させ該
冷却流体と前記触媒との間で熱の授受を行う熱授受部
（例えば、後述する実施の形態における冷却室３８）
と、前記触媒に水素リッチなガスとともに供給される酸
素の流量を検出する酸素流量検出手段（例えば、後述す
る実施の形態におけるマスフローセンサ１８）と、前記
触媒に入る前のガスの温度を検出する入りガス温度検出
手段（例えば、後述する実施の形態における入りガス温
度センサ１５）と、前記触媒に入る前のガスの一酸化炭
素濃度を検出する入りガスＣＯ濃度検出手段（例えば、
後述する実施の形態における入りガスＣＯ濃度検出セン
サ１６）と、前記熱授受部を流通する前記冷却流体の流
量を調整する制御手段（例えば、後述する実施の形態に
おける流量制御弁１９およびステップＳ１０１〜ステッ
プＳ１０６）と、を備えたＣＯ除去器（例えば、後述す
る実施の形態におけるＣＯ除去器３）にあって、前記制
御手段は、前記酸素流量検出手段で検出された酸素流量
値と、前記入りガス温度検出手段により検出されたガス
温度値と、前記入りガスＣＯ濃度検出手段で検出された
一酸化炭素濃度値と、前記触媒から送り出されるガスの
設定流量および予定される一酸化炭素の濃度値とに基づ
いて、前記冷却流体の流量を調整することにより前記触
媒の温度を所定値に制御することを特徴とするＣＯ除去
器の触媒温度制御方法である。

【００１０】ＣＯ除去器における熱量平衡を考えると、
ＣＯ除去器において逆シフト反応やメタネーション反応
が起こっていないと仮定した場合、ＣＯ除去器に流入す
るガスが有する熱量Ｑｉｎと、ＣＯ除去器の触媒におい
て生じた反応熱量Ｑｒｃｔとの和（Ｑｉｎ＋Ｑｒｃｔ）
は、ＣＯ除去器から流出するガスが有する熱量Ｑｏｕｔ
と、ＣＯ除去器から流出する冷却流体が有する熱量Ｑｃ
ｏｏｌとの和（Ｑｏｕｔ＋Ｑｃｏｏｌ）に等しい。前記
制御手段は、前記酸素流量検出手段で検出された酸素流
量値と、前記入りガス温度検出手段により検出されたガ
ス温度値と、前記前記入りガスＣＯ濃度検出手段で検出
された一酸化炭素濃度値と、前記触媒から送り出される
ガスの設定流量および予定される一酸化炭素の濃度値と
に基づいて、前記触媒の温度を所定値に制御するために
必要な冷却流体の流量を、前記熱量平衡から求めること
ができ、該流量となるように冷却流体流量を調整する。

【００１１】したがって、この発明における制御手段
は、前記酸素流量検出手段で検出された酸素流量値と、
前記入りガス温度検出手段により検出されたガス温度値
と、前記前記入りガスＣＯ濃度検出手段で検出された一
酸化炭素濃度値と、前記触媒から送り出されるガスの設
定流量および予定される一酸化炭素の濃度値と、前記触
媒の目標温度とに基づいて、熱量平衡から前記冷却流体
の必要流量を算出し、冷却流体の流量が前記必要流量と
なるように制御する、と言い換えることができる。この
場合、「前記触媒の目標温度」は「前記触媒の温度の所
定値」に対応する。

【００１２】また、この発明において、前記ＣＯ除去器
は、前記触媒から送り出されるガスの一酸化炭素濃度を
検出する出ガスＣＯ濃度検出手段（例えば、後述する実
施の形態における出ガスＣＯ濃度センサ１７）をさらに
備え、前記制御手段は、前記酸素流量検出手段で検出さ
れた酸素流量値と、前記入りガス温度検出手段により検
出されたガス温度値と、前記前記入りガスＣＯ濃度検出
手段で検出された一酸化炭素濃度値と、前記出ガスＣＯ
濃度検出手段で検出された一酸化炭素濃度値と、前記触
媒から送り出されるガスの設定流量とに基づいて、前記
冷却流体の流量を調整することにより前記触媒の温度を
所定値に制御するようにすることが可能である。このよ
うに構成した場合には、ＣＯ除去器の触媒において生じ
た反応熱量Ｑｒｃｔを精度よく算出することができ、冷
却流体の流量を精確に調整することが可能になる。

【００１３】さらに、この発明においては、前記触媒か
ら送り出されるガスの設定流量の大きさに応じて前記触
媒の温度の所定値を変更することが可能である。ＣＯ除
去器の触媒の場合、一酸化炭素濃度の浄化に最適な触媒
温度はガスの流量に応じて相違するので、ガスの設定流
量の大きさに応じて触媒の温度の所定値を変更すると、
ＣＯ除去器のＣＯ除去能力を向上することが可能であ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係るＣＯ除去器
の触媒温度制御方法の一実施の形態を図１から図４の図
面を参照して説明する。初めに、この発明の触媒温度制
御方法の実施に好適な燃料改質システム（以下、改質シ
ステムと略す）の概略構成を図１を参照して説明する。
この実施の形態における改質システムは、蒸発器１、オ
ートサーマル式の改質器２、ＣＯ除去器３を備え、原燃
料としてのメタノールを水素リッチガスに改質して燃料
電池５０に供給する。燃料電池５０は固体高分子電解質
膜型の燃料電池であり、アノードに供給される燃料ガス
中の水素と、カソードに供給される酸化剤ガスとしての
空気中の酸素との電気化学反応により発電を行う。

【００１５】原燃料であるメタノールは水および改質用
空気とともに蒸発器１に供給され、蒸発器１においてメ
タノールと水はガス化され改質用空気と混合されて原料
ガスとされ、改質器２に供給される。なお、原燃料はメ
タノールに限るものではなく、ガソリンやメタン等を用
いることができる。改質器２は、改質触媒を備えたオー
トサーマル式の改質器であり、改質器２において部分酸
化と水蒸気改質が行われて原料ガスから改質ガス（すな
わち、水素リッチガス）が生成される。改質器２で生成
された改質ガスは、空気供給路１２を介して供給される
ＣＯ除去用空気とともに、ガス供給路１１を介してＣＯ
除去器３に供給される。なお、ＣＯ除去用空気の供給量
は、燃料電池５０に要求される燃料ガス流量に応じて設
定される。

【００１６】ＣＯ除去器３は、ＣＯ除去触媒を備えた触
媒反応器であり、触媒温度を制御するために、冷却水供
給路１３を介してＣＯ除去触媒冷却用の冷却水（冷却流
体）が供給可能にされている。ＣＯ除去器３の一構造例
を図２および図３に示す。この例のＣＯ除去器３は、図
２に示すように、正面側および背面側にガス入口３１と
ガス出口３２を備えた箱形のハウジング３３を備え、ハ
ウジング３３の内部は仕切板３４，３５によって、ガス
入口３１に連通する分配室３６と、ガス出口３２に連通
する集合室３７と、冷却室（熱授受部）３８に区画され
ている。ガス入口３１はガス供給路１１に接続され、ガ
ス出口３２はガス供給路１４に接続される。冷却室３８
には、両端を開口させたケース３９の内部に触媒層４０
が収容されてなる複数のエレメント４１が、上下方向等
間隔に配置されてそれぞれ水平に設置されている。各エ
レメント４１の両端部は両仕切板３４，３５に貫通固定
されており、ケース３９の一端開口が分配室３６に連通
し、他端開口が集合室３７に連通している。触媒層４０
には貴金属系あるいはＲｕ系等のＣＯ除去触媒が担持さ
れている。また、図３に示すように、各ケース３９の外
側面とハウジング３３の内側面はバッフルプレート４２
によって左右交互に連結されており、これにより冷却室
３８は、下から上に向かって左右に蛇行しながら進む１
本の冷却水通路にされている。さらに、ハウジング３３
の底板部と天板部には、冷却室３８に連通する冷却水入
口４３と冷却水出口４４が設けられていて、冷却水入口
４３に冷却水供給路１３が接続される。

【００１７】このように構成されたＣＯ除去器３におい
ては、改質器２で生成された改質ガスとＣＯ除去用空気
との混合ガスが、ガス供給路１１を介してガス入口３１
から分配室３６に導入される。そして、分配室３６に導
入された前記混合ガスは、各エレメント４１に分配さ
れ、ケース３９の一端開口からケース３９内に流入し、
触媒層４０を通ってケース３９の他端開口へと流れる。
そして、前記混合ガスが触媒層４０を通過する際にＣＯ
除去触媒の触媒反応により前記混合ガスに含まれるＣＯ
が酸化されてＣＯ₂に変化せしめられ、前記混合ガスか
らＣＯが除去される。ＣＯが除去された混合ガスは、ケ
ース３９の他端開口から集合室３６に流出し、集合室３
６で各エレメント４１を通ってきた混合ガスが集合した
後、ガス出口３２からガス供給路１４を介して燃料電池
５０のアノードに燃料ガスとして供給される。

【００１８】一方、ＣＯ除去器３の冷却水入口４３から
冷却室３８の底部に導入された冷却水が、冷却室３８を
下から上に左右に蛇行しながら上昇していき、冷却室３
８の頂上部から冷却水出口４４を介して系外に排出され
る。そして、冷却室３８を冷却水が流れる際に、ケース
３９を介して冷却水と触媒層４０との間で熱授受が行わ
れ、触媒層４０は冷却され、すなわちＣＯ除去触媒が冷
却される。

【００１９】また、この改質システムでは、ＣＯ除去触
媒をＣＯ浄化に最適な触媒温度に制御するために、ＣＯ
除去器３に入る前の前記混合ガスの温度を検出するため
の入りガス温度センサ（入りガス温度検出手段）１５
と、前記混合ガスに含まれるＣＯの濃度を検出するため
の入りガスＣＯ濃度センサ（入りガスＣＯ濃度検出手
段）１６がガス供給路１１に設置され、ＣＯ除去器３か
ら流出する燃料ガス（すなわち、ＣＯ除去触媒から送り
出されるガス）に含まれるＣＯの濃度を検出するための
出ガスＣＯ濃度センサ（出ガスＣＯ濃度検出手段）１７
がガス供給路１４に設置され、ＣＯ除去用空気の供給流
量を検出するためのマスフローセンサ１８が空気供給路
１２に設けられ、ＣＯ除去器３の冷却室３８に供給され
る冷却水の供給流量を調整するための流量制御弁１９が
冷却水供給路１３に設けられている。そして、入りガス
温度センサ１５と入りガスＣＯ濃度センサ１６と出ガス
ＣＯ濃度センサ１７とマスフローセンサ１８の出力信号
が触媒温度制御装置（ＥＣＵ）６０に入力され、流量制
御弁１９はＥＣＵ６０からの指令に基づいてその作動が
制御され、冷却水流量を調整する。なお、この実施の形
態において、マスフローセンサ１８は、ＣＯ除去触媒に
供給される酸素の流量を検出する酸素流量検出手段を構
成する・

【００２０】次に、ＣＯ除去触媒の温度制御原理につい
て説明する。ＣＯ除去器３における熱量平衡を考える
と、ＣＯ除去器３において逆シフト反応やメタネーショ
ン反応が起こっていないと仮定した場合、ＣＯ除去器３
に流入する前記混合ガス（以下の説明では、便宜的に流
入ガスと称す）が有する熱量Ｑｉｎと、ＣＯ除去器３の
ＣＯ除去触媒において生じた反応熱量Ｑｒｃｔとの和
（Ｑｉｎ＋Ｑｒｃｔ）は、ＣＯ除去器３から流出する燃
料ガス（以下の説明では、便宜的に流出ガスと称す）が
有する熱量Ｑｏｕｔと、ＣＯ除去器３の冷却水出口４４
から流出する冷却水が有する熱量Ｑｃｏｏｌとの和（Ｑ
ｏｕｔ＋Ｑｃｏｏｌ）に等しい。

【００２１】

【数１】

【００２２】したがって、ＱｉｎとＱｒｃｔとＱｏｕｔ
が分かれば、Ｑｃｏｏｌは［数２］から求めることがで
きる。

【００２３】

【数２】

【００２４】ここで、各熱量Ｑｉｎ、Ｑｒｃｔ、Ｑｏｕ
ｔは、［数３］〜［数５］に示される式から算出するこ
とができる。

【００２５】

【数３】

【００２６】

【数４】

【００２７】

【数５】

【００２８】これらの式において、Ｇｉｎは流入ガスの
流量［ｍｏｌ／ｓ］、ＣＰｉｎは流入ガスのモル比熱
（ｋＪ／ｍｏｌ・Ｋ）、Ｔｉｎは流入ガスの温度（゜
Ｃ）であり、ＱｃｏはＣＯ除去触媒において［化１］に
示されるＣＯ酸化反応により発生する反応熱（ｋＪ／
ｓ）、Ｑ_H2はＣＯ除去触媒において［化２］に示される
Ｈ₂酸化反応により発生する反応熱（ｋＪ／ｓ）であ
り、Ｇｏｕｔは流出ガスの流量［ｍｏｌ／ｓ］、ＣＰｏ
ｕｔは流出ガスのモル比熱（ｋＪ／ｍｏｌ・Ｋ）、Ｔｏ
ｕｔは流出ガスの温度（゜Ｃ）であり、Ｔ₀は基準温度
（例えば、２５゜Ｃ）である。

【００２９】

【化１】

【００３０】

【化２】

【００３１】そして、ＧｉｎとＧｏｕｔは等しく（Ｇｉ
ｎ＝Ｇｏｕｔ）、これらは燃料電池５０の運転状態から
燃料電池５０に要求される燃料ガス流量として算出する
ことができる。ＣＰｉｎは、改質器２に供給される原燃
料、水、改質用空気の各流量と改質器２の改質性能から
改質ガスの組成が実験的に求められるので、そのガス組
成に基づき算出することができる。Ｔｉｎは、入りガス
温度センサ１５により検出可能である。したがって、Ｑ
ｉｎは前記［数３］から算出することができる。

【００３２】また、Ｑｃｏは、前記［化１］に示される
ＣＯ酸化反応で１モルのＣＯを酸化した時の反応熱は２
８２．９８ｋＪ／ｍｏｌと既知であるので、流入ガスと
流出ガスのＣＯ濃度の変化量に基づき算出することがで
きる。なお、流入ガスと流出ガスのＣＯ濃度は、入りガ
スＣＯ濃度センサ１６と出ガスＣＯ濃度センサ１７によ
り検出することができる。

【００３３】さらに、ＣＯ除去用空気の供給流量がマス
フローセンサ１８により検出可能であるので、この空気
の供給流量からＣＯ除去器３に供給される酸素流量を算
出することができ、ＣＯ酸化反応で消費されない余剰の
酸素量を算出することができる。そして、この余剰酸素
が前記［化２］に示されるＨ₂酸化反応で消費されると
考えられ、前記［化２］に示されるＨ₂酸化反応で１モ
ルの水素を酸化した時の反応熱は２４１．８２ｋＪ／ｍ
ｏｌと既知であるので、Ｑ_H2を算出することができる。
したがって、前記［数４］によりＱｒｃｔを算出するこ
とができる。

【００３４】さらに、Ｇｏｕｔは前述したようにＧｉｎ
に等しく、ＣＰｏｕｔは流出ガスの組成に基づき算出す
ることができ、ＴｏｕｔはＣＯ除去触媒の触媒温度Ｔｃ
ａｔと等温になると考えられる。ここで、触媒温度Ｔｃ
ａｔは、ＣＯ浄化に最適な触媒温度に設定すればよく、
前述したように最適触媒温度はＣＯ除去触媒を流れるガ
ス流量によって相違するので、ガス流量と最適触媒温度
との関係を予めマップ（以下、最適触媒温度マップと称
す）にしておき、この最適触媒温度マップを参照してガ
ス流量に応じた最適触媒温度を求め、これをＴｃａｔと
して設定する。したがって、前記［数５］によりＱｏｕ
ｔを算出することができる。

【００３５】このようにして、ＱｉｎとＱｒｃｔとＱｏ
ｕｔを算出することができるので、前記［数２］に基づ
いてＱｃｏｏｌを算出することができる。一方、Ｑｃｏ
ｏｌは［数６］に示される式で算出することができる。

【００３６】

【数６】

【００３７】ここで、Ｇｃｏｏｌは冷却水の流量［ｍｏ
ｌ／ｓ］、ＣＰｃｏｏｌは冷却水のモル比熱（ｋＪ／ｍ
ｏｌ・Ｋ）、Ｔｃｏｏｌは冷却水の温度（゜Ｃ）であ
る。また、ＴｃｏｏｌはＣＯ除去触媒の触媒温度Ｔｃａ
ｔと等温になると考えられる。そして、前記［数２］と
前記［数６］に基づいて、［数７］からＧｃｏｏｌを算
出することができる。

【００３８】

【数７】

【００３９】そして、算出された冷却水流量となるよう
に、流量制御弁１９を制御することにより、ＣＯ除去器
３の触媒温度を最適触媒温度に制御することができる。
その結果、ＣＯ除去器３のＣＯ浄化性能を常に高く維持
することができ、燃料電池５０のアノードに対するＣＯ
被毒を極めて低く抑制することができる。特に、この実
施の形態では、出ガスＣＯ濃度センサ１７によって流出
ガスの実際のＣＯ濃度を検出しているので、熱量Ｑｃｏ
を精度よく算出することができ、ひいてはＱｒｃｔを精
度良く算出することができる。したがって、必要な冷却
水流量を精度良く求めることができ、ＣＯ除去触媒の温
度制御をより精確に行うことができる。また、このＣＯ
除去器３の触媒温度制御方法によれば、ＣＯ除去器３の
負荷変動に対しても極めて応答性よく触媒温度を制御す
ることができる。

【００４０】次に、この実施の形態における触媒温度制
御を図４に示すフローチャートに従って説明する。図４
に示すフローチャートは、触媒温度制御ルーチンを示す
ものであり、この制御ルーチンは、ＥＣＵ６０によって
一定時間毎に実行される。まず、ステップＳ１０１にお
いて、燃料電池５０の運転状態から燃料電池５０に要求
される燃料ガス流量（すなわち、ＣＯ除去器３の流出ガ
ス流量）Ｑｏｕｔ（＝Ｑｉｎ）を算出する。

【００４１】次に、ステップＳ１０２に進み、最適触媒
温度マップを参照して、流出ガス流量Ｑｏｕｔに対応す
る最適触媒温度Ｔｃａｔを読み込む。次に、ステップＳ
１０３に進み、入りガス温度センサ１５、入りガスＣＯ
濃度センサ１６、出ガスＣＯ濃度センサ１７、マスフロ
ーセンサ１８の出力信号を読み込む。

【００４２】次に、ステップＳ１０４に進み、前記［数
３］［数４］［数５］により、Ｑｉｎ、Ｑｒｃｔ、Ｑｏ
ｕｔを算出し、さらに、ステップＳ１０５に進み、前記
［数７］により、Ｇｃｏｏｌを算出する。次に、ステッ
プＳ１０６に進み、ステップＳ１０５で算出されたＧｃ
ｏｏｌとなるように流量制御弁１９を制御して、本ルー
チンの実行を一旦終了する。

【００４３】なお、この実施の形態において、流量制御
弁１９と、図４に示すフローチャートのステップＳ１０
１〜ステップＳ１０６の処理は、制御手段を実現する。
そして、この実施の形態において、制御手段は、マスフ
ローセンサ１８で検出された空気流量値から算出した酸
素流量値と、入りガス温度センサ１５により検出された
ガス温度値と、入りガスＣＯ濃度センサ１６で検出され
たＣＯ濃度値と、出ガスＣＯ濃度センサ１７で検出され
たＣＯ濃度値と、ＣＯ除去触媒から送り出されるガスの
設定流量とに基づいて、冷却水の流量を調整することに
よりＣＯ除去触媒の温度を所定値（目標温度）に制御す
る。換言すれば、前記制御手段は、マスフローセンサ１
８で検出された空気流量値から算出した酸素流量値と、
入りガス温度センサ１５により検出されたガス温度値
と、入りガスＣＯ濃度センサ１６で検出されたＣＯ濃度
値と、出ガスＣＯ濃度センサ１７で検出されたＣＯ濃度
値と、ＣＯ除去触媒から送り出されるガスの設定流量
と、前記触媒の目標温度とに基づいて、熱量平衡から冷
却水の必要流量を算出し、冷却水流量がこの必要流量と
なるように制御する。

【００４４】〔他の実施の形態〕尚、この発明は前述し
た実施の形態に限られるものではない。例えば、前述し
た実施の形態では、出ガスＣＯ濃度センサ１７によって
ＣＯ除去触媒から送り出されるガスの一酸化炭素濃度を
検出しているが、ＣＯ除去触媒から送り出されるガスの
一酸化炭素濃度がほぼ一定である場合には、前記ガスの
一酸化炭素濃度を一定値とすることができるので、出ガ
スＣＯ濃度センサ１７を省くことができる。この場合、
制御手段は、マスフローセンサ１８で検出された空気流
量値から算出した酸素流量値と、入りガス温度センサ１
５により検出されたガス温度値と、入りガスＣＯ濃度セ
ンサ１６で検出されたＣＯ濃度値と、ＣＯ除去触媒から
送り出されるガスの設定流量および予定されるＣＯ濃度
値とに基づいて、冷却水の流量を調整することによりＣ
Ｏ除去触媒の温度を所定値（目標温度）に制御する。換
言すれば、前記制御手段は、マスフローセンサ１８で検
出された空気流量値から算出した酸素流量値と、入りガ
ス温度センサ１５により検出されたガス温度値と、入り
ガスＣＯ濃度センサ１６で検出されたＣＯ濃度値と、Ｃ
Ｏ除去触媒から送り出されるガスの設定流量および予定
されるＣＯ濃度値と、前記触媒の目標温度とに基づい
て、熱量平衡から冷却水の必要流量を算出し、冷却水流
量がこの必要流量となるように制御する。

【００４５】また、前述した実施の形態では、酸素流量
検出手段としてマスフローセンサ１８を用い、ＣＯ除去
触媒に供給される酸素流量をマスフローセンサ１８で検
出される空気流量に基づいて検出しているが、前記空気
流量が流量制御弁によって制御される場合には、該流量
制御弁の開度（あるいはデューティ比）と空気流量との
対応関係に基づいて酸素流量を検出することも可能であ
り、そのようにするとマスフローセンサ１８を省略する
ことができる。また、前述した実施の形態では、ＣＯ除
去触媒を冷却する冷却流体として冷却水を用いたが、水
以外の流体を冷却流体として用いることも可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上説明するように、この発明によれ
ば、水素リッチなガスから一酸化炭素を取り除く触媒
と、内部に冷却流体を流通させ該冷却流体と前記触媒と
の間で熱の授受を行う熱授受部と、前記触媒に水素リッ
チなガスとともに供給される酸素の流量を検出する酸素
流量検出手段と、前記触媒に入る前のガスの温度を検出
する入りガス温度検出手段と、前記触媒に入る前のガス
の一酸化炭素濃度を検出する入りガスＣＯ濃度検出手段
と、前記熱授受部を流通する前記冷却流体の流量を調整
する制御手段と、を備えたＣＯ除去器にあって、前記制
御手段は、前記酸素流量検出手段で検出された酸素流量
値と、前記入りガス温度検出手段により検出されたガス
温度値と、前記入りガスＣＯ濃度検出手段で検出された
一酸化炭素濃度値と、前記触媒から送り出されるガスの
設定流量および予定される一酸化炭素の濃度値とに基づ
いて、前記冷却流体の流量を調整することにより前記触
媒の温度を所定値に制御するようにしたことにより、Ｃ
Ｏ除去器に負荷変動（前記触媒から送り出されるガスの
設定流量の変化や前記触媒に流入するガスの一酸化炭素
濃度の変化）があっても、応答性よく触媒の温度を所定
値（目標温度）に制御することができるという優れた効
果が奏される。

【００４７】この発明において、前記ＣＯ除去器は、前
記触媒から送り出されるガスの一酸化炭素濃度を検出す
る出ガスＣＯ濃度検出手段をさらに備え、前記制御手段
は、前記酸素流量検出手段で検出された酸素流量値と、
前記入りガス温度検出手段により検出されたガス温度値
と、前記前記入りガスＣＯ濃度検出手段で検出された一
酸化炭素濃度値と、前記出ガスＣＯ濃度検出手段で検出
された一酸化炭素濃度値と、前記触媒から送り出される
ガスの設定流量とに基づいて、前記冷却流体の流量を調
整することにより前記触媒の温度を所定値に制御するよ
うにした場合には、冷却流体の流量を精確に調整するこ
とが可能になるので、触媒の温度制御をより精確に行う
ことができるという効果がある。

【００４８】この発明において、前記触媒から送り出さ
れるガスの設定流量の大きさに応じて前記触媒の温度の
所定値を変更するようにした場合には、ＣＯ除去器のＣ
Ｏ除去能力を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るＣＯ除去器の触媒温度制御方
法の実施に好適な燃料改質システムの一実施の形態の構
成図である。

【図２】前記実施の形態において使用されるＣＯ除去
器の断面図である。

【図３】前記ＣＯ除去器の断面を示す斜視図である。

【図４】前記実施の形態における触媒温度制御のフロ
ーチャートである。

【図５】ガス流量と最適触媒温度との関係を示す図で
ある。

【符号の説明】

３ＣＯ除去器１５入りガス温度センサ（入りガス温度検出手段）１６入りガスＣＯ濃度検出センサ（入りガスＣＯ濃度
検出手段）１７出ガスＣＯ濃度センサ１７（出ガスＣＯ濃度検出
手段）１９流量制御弁（制御部）３８冷却室（熱授受部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者花井聡埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内Ｆターム(参考） 4G040 EA02 EA06 EA07 EB31 EB43 5H027 AA06 BA01 BA16 KK31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素リッチなガスから一酸化炭素を取り
除く触媒と、内部に冷却流体を流通させ該冷却流体と前記触媒との間
で熱の授受を行う熱授受部と、前記触媒に水素リッチなガスとともに供給される酸素の
流量を検出する酸素流量検出手段と、前記触媒に入る前のガスの温度を検出する入りガス温度
検出手段と、前記触媒に入る前のガスの一酸化炭素濃度を検出する入
りガスＣＯ濃度検出手段と、前記熱授受部を流通する前記冷却流体の流量を調整する
制御手段と、を備えたＣＯ除去器にあって、前記制御手段は、前記酸素流量検出手段で検出された酸
素流量値と、前記入りガス温度検出手段により検出され
たガス温度値と、前記入りガスＣＯ濃度検出手段で検出
された一酸化炭素濃度値と、前記触媒から送り出される
ガスの設定流量および予定される一酸化炭素の濃度値と
に基づいて、前記冷却流体の流量を調整することにより
前記触媒の温度を所定値に制御することを特徴とするＣ
Ｏ除去器の触媒温度制御方法。
【請求項２】前記ＣＯ除去器は、前記触媒から送り出
されるガスの一酸化炭素濃度を検出する出ガスＣＯ濃度
検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記酸素流量検出手段で検出された酸
素流量値と、前記入りガス温度検出手段により検出され
たガス温度値と、前記前記入りガスＣＯ濃度検出手段で
検出された一酸化炭素濃度値と、前記出ガスＣＯ濃度検
出手段で検出された一酸化炭素濃度値と、前記触媒から
送り出されるガスの設定流量とに基づいて、前記冷却流
体の流量を調整することにより前記触媒の温度を所定値
に制御することを特徴とする請求項１に記載のＣＯ除去
器の触媒温度制御方法。
【請求項３】前記触媒から送り出されるガスの設定流
量の大きさに応じて前記触媒の温度の所定値を変更する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＣＯ
除去器の触媒温度制御方法。