JP2004026596A

JP2004026596A - 燃料改質装置

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Publication number: JP2004026596A
Application number: JP2002187088A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sakakibara; 榊原　啓之; Atsushi Ogino; 荻野　温
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: JP4108385B2

Abstract

【課題】水蒸気を含む複数種類の原料の流量を所定の比で精度よく改質部に供給することのできる技術を提供する。
【解決手段】燃料改質装置は、改質部４０に炭化水素系の原燃料と水蒸気とを含む複数種類の原料を供給するための原料供給部３０と、原料供給部を制御するための制御部２００と、を備える。制御部は、改質部に要求される水素ガスの排出流量に応じて、原料供給部が改質部に供給すべき水蒸気の目標流量を少なくとも決定するための第１の目標流量決定部２１０と、改質部に供給される水蒸気の現行流量を測定するための水蒸気現行流量測定部２４０，２４２と、測定された水蒸気の現行流量に応じて、原料供給部が改質部に供給すべき水蒸気以外の少なくとも１種類の原料の目標流量を決定するための第２の目標流量決定部２５０，２６０と、を備える。
【選択図】　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料改質装置に関し、特に、複数種類の原料を改質部に供給するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池システムでは、燃料電池に供給される水素ガスを生成するための燃料改質装置が設けられている。燃料改質装置は、通常、炭化水素系の原燃料と水蒸気と空気とを含む複数種類の原料を用いて、水素ガスを含む改質ガスを生成する改質部を備えている。
【０００３】
燃料改質装置において、改質部に供給される複数種類の原料の流量は、燃料電池に要求される出力電力、換言すれば、改質部に要求される水素ガスの排出流量に応じて、調整されている。具体的には、従来の燃料改質装置では、改質部に要求される水素ガスの排出流量に応じて、改質部に供給すべき原燃料の流量が決定され、また、原燃料の実際の流量に応じて、改質部に供給すべき水蒸気などの他の原料の流量が調整されている（例えば、特開平７−１２２２８６号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来では、複数種類の原料の流量を所定の比で精度よく改質部に供給するのは、比較的困難であった。これは、原燃料の実際の流量を基準として、水蒸気の流量を調整しているためである。すなわち、水蒸気は、蒸発器において、水を蒸発させて生成される。蒸発器に供給される水の流量と蒸発器から排出される水蒸気の流量との間には遅延が存在し、この遅延時間の推定は比較的困難である。このため、原燃料と水蒸気とが所定比となるように原燃料の実際の流量に水蒸気の流量を追従させるのは、比較的困難である。
【０００５】
なお、原燃料に対して過剰な水蒸気を予め準備しておけば、原燃料の実際の流量に水蒸気の流量を追従させることができるが、この場合には、過剰な水蒸気を蓄えるためのバッファタンク等が必要となってしまう。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、水蒸気を含む複数種類の原料の流量を所定の比で精度よく改質部に供給することのできる技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装置は、燃料改質装置であって、
炭化水素系の原燃料と水蒸気とを少なくとも含む複数種類の原料を用いて、水素ガスを含む改質ガスを生成するための改質部と、
前記改質部に前記複数種類の原料を供給するための原料供給部と、
前記原料供給部を制御するための制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記改質部に要求される前記水素ガスの排出流量に応じて、前記原料供給部が前記改質部に供給すべき水蒸気の目標流量を少なくとも決定するための第１の目標流量決定部と、
前記改質部に供給される水蒸気の現行流量を測定するための水蒸気現行流量測定部と、
前記測定された水蒸気の現行流量に応じて、前記原料供給部が前記改質部に供給すべき水蒸気以外の少なくとも１種類の原料の目標流量を決定するための第２の目標流量決定部と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
この燃料改質装置では、改質部に要求される水素ガスの排出流量に応じて、改質部に供給されるべき水蒸気の目標流量が決定される。そして、測定された水蒸気の現行流量に応じて、改質部に供給されるべき水蒸気以外の少なくとも１種類の原料の目標流量が決定される。これにより、水蒸気を含む複数種類の原料の流量を所定の比で精度よく改質部に供給することが可能となる。
【０００９】
上記の装置において、
前記原料供給部は、
炭化水素系の原燃料と水蒸気と空気とを含む前記複数種類の原料の混合ガスを生成するための原料混合部と、
前記原料混合部に供給される水の流量を調整する第１のアクチュエータと、
前記原料混合部に供給される空気の流量を調整する第２のアクチュエータと、前記原料混合部に供給される原燃料の流量を調整する第３のアクチュエータと、
を備え、
前記第１の目標流量決定部は、
少なくとも、前記決定された水蒸気の目標流量に従って、前記第１のアクチュエータを制御し、
前記第２の目標流量決定部は、
前記決定された水蒸気以外の少なくとも１種類の原料の目標流量に従って、前記第１のアクチュエータ以外の少なくとも１つのアクチュエータを制御することが好ましい。
【００１０】
より具体的には、上記の装置において、
前記原料混合部は、
水蒸気を生成する水蒸気生成部と、
前記水蒸気生成部から排出される水蒸気に、空気と原燃料とを混合して混合ガスを生成する混合ガス生成部と、
を備え、
前記第１の目標流量決定部は、
前記決定された水蒸気の目標流量に従って、前記第１のアクチュエータを制御し、
前記水蒸気現行流量測定部は、
前記水蒸気生成部から排出される水蒸気の現行流量を検出する流量センサと、
検出結果を用いて、前記水蒸気の現行流量を算出するための算出部と、
を備え、
前記第２の目標流量決定部は、
前記算出された水蒸気の現行流量に応じて、前記混合ガス生成部が前記改質部に供給すべき空気の目標流量と原燃料の目標流量とを決定して、
前記決定された空気の目標流量と前記決定された原燃料の目標流量とに従って、前記第２のアクチュエータと前記第３のアクチュエータとをそれぞれ制御するようにしてもよい。
【００１１】
こうすれば、水蒸気の現行流量に応じて、空気および原燃料の流量を調整することができる。
【００１２】
また、上記の装置において、
前記原料混合部は、
水蒸気と空気とを含む第１の混合ガスを生成する第１の混合ガス生成部と、
前記第１の混合ガスに原燃料を混合して第２の混合ガスを生成する第２の混合ガス生成部と、
を備え、
前記第１の目標流量決定部は、
前記改質部に要求される前記水素ガスの排出流量に応じて、前記水蒸気の目標流量とともに、前記第１の混合ガス生成部が前記改質部に供給すべき空気の目標流量を決定して、
前記決定された水蒸気の目標流量と前記決定された空気の目標流量とに従って、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとをそれぞれ制御し、
前記水蒸気現行流量測定部は、
前記第１の混合ガスの現行流量を検出する流量センサと、
検出結果を用いて、前記第１の混合ガスに含まれる水蒸気の現行流量を算出するための算出部と、
を備え、
前記第２の目標流量決定部は、
前記算出された水蒸気の現行流量に応じて、前記第２の混合ガス生成部が前記改質部に供給すべき原燃料の目標流量を決定して、
前記決定された原燃料の目標流量に従って、前記第３のアクチュエータを制御するようにしてもよい。
【００１３】
こうすれば、第１の混合ガス中の水蒸気の現行流量に応じて、原燃料の流量を調整することができる。
【００１４】
ここで、前記水蒸気現行流量測定部は、さらに、前記第１の混合ガス生成部に供給される空気の現行流量を検出する空気流量センサを備え、前記算出部は、前記空気の現行流量の検出結果と、前記第１の混合ガスの現行流量の検出結果と、を用いて、前記第１の混合ガスに含まれる水蒸気の現行流量を算出するようにしてもよい。
【００１５】
さらに、上記の装置において、
前記原料混合部は、
水蒸気と原燃料とを含む第１の混合ガスを生成する第１の混合ガス生成部と、前記第１の混合ガスに空気を混合して第２の混合ガスを生成する第２の混合ガス生成部と、
を備え、
前記第１の目標流量決定部は、
前記改質部に要求される前記水素ガスの排出流量に応じて、前記水蒸気の目標流量とともに、前記第１の混合ガス生成部が前記改質部に供給すべき原燃料の目標流量を決定して、
前記決定された水蒸気の目標流量と前記決定された原燃料の目標流量とに従って、前記第１のアクチュエータと前記第３のアクチュエータとをそれぞれ制御し、
前記水蒸気現行流量測定部は、
前記第１の混合ガスの現行流量を検出する流量センサと、
検出結果を用いて、前記第１の混合ガスに含まれる水蒸気の現行流量を算出するための算出部と、
を備え、
前記第２の目標流量決定部は、
前記算出された水蒸気の現行流量に応じて、前記第２の混合ガス生成部が前記改質部に供給すべき空気の目標流量を決定して、
前記決定された空気の目標流量に従って、前記第２のアクチュエータを制御するようにしてもよい。
【００１６】
こうすれば、第１の混合ガス中の水蒸気の現行流量に応じて、空気の流量を調整することができる。
【００１７】
上記の装置において、
前記流量センサは、熱線式の流量センサであることが好ましい。
【００１８】
こうすれば、比較的応答の速い燃料改質装置を比較的安価に構成することができる。
【００１９】
なお、本発明は、燃料改質装置、燃料改質装置を含む燃料電池システム、該システムを搭載した移動体などの装置、燃料改質装置における原料供給の制御方法、そ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、等の種々の態様で実現することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、第１実施例における燃料改質装置１００の概略構成を模式的に示す説明図である。なお、この燃料改質装置１００は、燃料電池システムに適用されており、水素ガスを含む燃料ガスを生成して燃料電池に供給する。
【００２１】
図示するように、燃料改質装置１００は、原料供給部３０と、改質部４０と、熱交換部５０と、シフト部６０と、ＣＯ浄化部７０と、制御ユニット２００と、を備えている。
【００２２】
原料供給部３０は、蒸発器１４０と加熱器１５０と気化室１６０とを備えており、炭化水素系の原燃料と水蒸気と空気との混合ガスを改質部４０に供給する。蒸発器１４０は、水ポンプ１２２によって水タンク１２０から供給された水を気化させる。加熱器１５０は、蒸発器１４０から供給された水蒸気と、第１の空気ポンプ１３０によって供給された空気と、の混合ガスを加熱して、気化室１６０に供給する。気化室１６０は、第１の原燃料ポンプ１１２によって原燃料タンク１１０から供給された液体原燃料を気化させ、原燃料と水蒸気と空気との混合ガスを生成する。より具体的には、気化室１６０は、図示しないインジェクタを備えており、インジェクタは、液体原燃料を、供給された高温の混合ガス（水蒸気＋空気）中に霧状に噴射する。原燃料は、混合ガス中を飛散する過程で気化する。なお、本実施例では、原燃料タンク１１０は、液体原燃料としてガソリンを蓄えている。
【００２３】
蒸発器１４０には、第２の原燃料ポンプ１４２によって原燃料タンク１１０から原燃料が供給されているとともに、第２の空気ポンプ１４４によって空気が供給されている。同様に、加熱器１５０には、第３の原燃料ポンプ１５２によって原燃料タンク１１０から原燃料が供給されているとともに、第３の空気ポンプ１５４によって空気が供給されている。蒸発器１４０および加熱器１５０は、原燃料を空気を用いて燃焼させ、燃焼熱によって水（水蒸気）や空気を加熱する。なお、蒸発器１４０から排出される水蒸気の温度は、例えば、約１２０℃に設定されており、加熱器１５０から排出される混合ガスの温度は、例えば、改質部４０における改質反応に適した約５００℃に設定されている。
【００２４】
改質部４０は、改質触媒を備えており、混合ガスに含まれる原燃料（ガソリン）を、水蒸気と空気とを用いて、水素ガスと一酸化炭素ガスとを含む改質ガスに改質する。なお、本実施例の改質部は、水蒸気改質と部分酸化改質とを組み合わせた併用改質を行う。
【００２５】
熱交換部５０は、改質ガスを所定範囲内の温度に冷却した後に、シフト部６０に供給する。なお、熱交換部５０において、改質部４０から排出された改質ガスが冷却されるのは、シフト部６０における改質ガスの適正温度が比較的低いためである。具体的には、改質部４０の内部の改質ガスの温度は、約５００〜約８００℃であるが、シフト部６０に供給される改質ガスの適正温度は、約２００〜約４００℃である。
【００２６】
シフト部６０は、改質ガスに含まれる一酸化炭素ガスを、外部から供給された水蒸気を用いて、水素ガスと二酸化炭素ガスとに変換する。この反応は、シフト反応と呼ばれている。
【００２７】
ＣＯ浄化部７０は、シフト部６０において変換されずに排出された一酸化炭素ガスを、外部から供給された空気を用いて酸化する。そして、ＣＯ浄化部７０からは、水素ガス濃度が高く一酸化炭素ガス濃度が低い燃料ガスが排出される。
【００２８】
なお、シフト部６０とＣＯ浄化部７０とにおいて一酸化炭素ガスの濃度を低減させることにより、燃料電池内部の電極に担持された貴金属触媒の被毒を低減させることができる。
【００２９】
制御ユニット２００は、燃料改質装置１００を含む燃料電池システムの各部を制御する。特に、制御ユニット２００は、燃料電池に供給すべき燃料ガスの流量に基づいて、原料供給部３０を制御する。より具体的には、制御ユニット２００は、改質部４０に要求される水素ガスの排出流量に応じて、水蒸気の目標流量を決定する。そして、制御ユニット２００は、測定された水蒸気の実際の流量に応じて、他の原料の目標流量を決定する。このため、蒸発器１４０と加熱器１５０との間には、水蒸気の実際の流量を検出する水蒸気流量センサ２４２が設けられている。なお、本実施例において、改質部４０よりも後段に設けられた各部の制御は、測定された水蒸気の現行水量に基づいて実行されている。
【００３０】
図２は、図１に示す流量センサ２４２の具体的な構成を示す説明図である。なお、この流量センサ２４２は、熱線式の流量センサである。図２（Ａ）は、流量センサ２４２を図中ｙｚ平面で切断したときの概略断面図を示しており、図２（Ｂ）は、流量センサ２４２を図中−ｙ方向から見たときの正面図を示している。なお、図中−ｚ方向が重力方向に設定されている。
【００３１】
流量センサ２４２は、略矩形の断面を有する通路を形成するハウジング３８２と、ハウジング３８２の上流側および下流側に接続された２つの略円筒状の導管３８４ａ，３８４ｂと、を備えている。
【００３２】
ハウジング３８２内部には、２つの抵抗素子３１０ａ，３１０ｂが設けられている。第１の抵抗素子３１０ａの両端は、２つの棒状の端子３１１ａ，３１２ａの一方の端部に接続されており、第２の抵抗素子３１０ｂの両端は、２つの棒状の端子３１１ｂ，３１２ｂの一方の端部に接続されている。各端子の他方の端部には、雄ネジが形成されており、中央部分には、円板状の凸部３１４が形成されている。ハウジング３８２の上壁には、４つの端子が挿入される取付孔が設けられている。各端子は、ハウジング３８２の内側および外側に設けられた２つのドーナツ状の絶縁部材３２０を介して、ナット３１６によってネジ止めされている。これにより、各端子は、ハウジング３８２と絶縁された状態で、ハウジング３８２に固定される。なお、各端子３１１ａ，３１２ａ，３１１ｂ，３１２ｂには、２つの抵抗素子に電流を流すためのリード線３１８ａ，３１９ａ，３１８ｂ，３１９ｂがそれぞれ接続されている。図示するように、各端子をハウジング３８２の上壁で固定することにより、２つの抵抗素子３１０ａ，３１０ｂは、結露の影響を受け難くなる。
【００３３】
第１の抵抗素子３１０ａはヒータ用抵抗であり、第２の抵抗素子３１０ｂは参照用抵抗である。図３は、図２のヒータ用抵抗３１０ａの部分断面図である。なお、参照用抵抗３１０ｂとしては、ヒータ用抵抗３１０ａと同じものが用いられている。ヒータ用抵抗３１０ａは、中空円筒状のセラミック材料で構成されたパイプ３０１と、白金合金で構成された２つのリード線３０２，３０３と、ワイヤ状の白金抵抗体３０４と、を備えている。パイプ３０１の両端部にはリード線３０２，３０３が挿入されており、各リード線は、ガラス３０５によってパイプに固定されている。パイプ３０１の周囲には白金抵抗体３０４が螺旋状に巻き付けられており、白金抵抗体の両端部は、溶接によって、２つのリード線３０２，３０３に電気的に接続されている。パイプ３０１の周囲には、さらに、白金抵抗体３０４を覆うように、セラミック材料で構成されたコーティング３０６が形成されている。なお、パイプ３０１およびコーティング３０６を構成するセラミック材料としては、例えば、アルミナやガラスなどを用いることができる。
【００３４】
ハウジング３８２の上流側に接続された導管３８４ａ（図２）内部には、２つの網状の整流板３９１，３９２が設けられている。各整流板３９１，３９２は、ハウジング３８２内部を通る流体（ガス）の面内速度分布を均一化する機能を有している。このように整流板を設けることにより、比較的長い直管部分を設けずに、流量を正確に測定することが可能となっている。なお、図２（Ｂ）では、２つの整流板３９１，３９２の図示は省略されている。
【００３５】
制御ユニット２００は、以下に示すキング（Ｋｉｎｇ）の式に基づいて、流量センサ２４２の検出結果を用いて、ハウジング３８２内部を流れる流体の流量Ｕを算出する。
【００３６】
Ｑ＝（ａ＋ｂ・Ｕ^１／２）（Ｔ−Ｔｆ）
【００３７】
ここで、Ｑは、ヒータ用抵抗３１０ａから単位時間あたりに失われる熱量（放熱量）である。Ｔは、ヒータ用抵抗３１０ａの温度であり、Ｔｆは、流体の温度である。なお、ａ，ｂは、流体の密度等の特性や、ヒータ用抵抗３１０ａの形状などに応じて決定される値である。
【００３８】
ヒータ用抵抗３１０ａは、通電によって加熱される。参照用抵抗３１０ｂは、加熱されないため、その温度は流体の温度Ｔｆと同じである。制御ユニット２００は、２つの抵抗間の温度差（Ｔ−Ｔｆ）が常に所定値となるように、ヒータ用抵抗３１０ａを制御する。具体的には、流体の流量が変化する場合および／または流体の温度が変化する場合には、ヒータ用抵抗３１０ａから奪われる熱量Ｑが変化する。このため、制御ユニット２００は、温度差（Ｔ−Ｔｆ）が一定となるように、ヒータ用抵抗３１０ａを流れる電流を変化させる。温度差（Ｔ−Ｔｆ）が所定値である場合には、放熱量Ｑが分かれば、流体の流量Ｕを求めることができる。制御ユニット２００は、流量センサ２４２の検出結果を用いて放熱量Ｑを求め、放熱量Ｑから流量Ｕを算出する。なお、流量センサ２４２の検出結果は、実際には、流量に応じた電圧値である。放熱量Ｑは、流量センサ２４２から得られる電圧と流量センサ２４２に与えられる電流とを用いて算出される。
【００３９】
本実施例の流量センサ２４２の検出結果は、流体の速度だけでなく、質量にも関係する。すなわち、本実施例の流量センサは、質量流量（ｇ／ｓ）を検出可能である。
【００４０】
図４は、図１の制御ユニット２００の内部構成を示す説明図である。なお、図４に示す内部構成は、原料供給部３０から改質部４０への原料供給のための制御に注目して描かれている。図示するように、制御ユニット２００は、水蒸気目標流量決定部２１０と、水蒸気現行流量算出部２４０と、空気目標流量決定部２５０と、原燃料目標流量決定部２６０と、を備えている。
【００４１】
ところで、燃料電池の出力電力（発電量）は、負荷変動に応じて変化させる必要がある。例えば、燃料電池システムが車両に搭載されている場合には、アクセル開度などの負荷変動に応じて、燃料電池に要求される出力電力が変化する。燃料電池の出力電力は、燃料電池に供給される水素ガスの流量に応じて変化する。そして、燃料改質装置１００からの水素ガスの排出流量は、改質部４０に供給される原料の流量に応じて変化する。そこで、制御ユニット２００は、燃料電池に要求される出力電力に応じて、原料供給部３０を制御して、改質部４０に供給される原料の流量を調整する。
【００４２】
図５は、図４の制御ユニット２００による原料供給の制御手順を示すフローチャートである。なお、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６の処理は、所定のタイミングで繰り返し実行される。
【００４３】
ステップＳ１０１では、水蒸気目標流量決定部２１０は、燃料電池に要求される出力電力を取得する。
【００４４】
ステップＳ１０２では、水蒸気目標流量決定部２１０は、与えられた要求出力電力に応じて、改質部４０に供給されるべき水蒸気の目標流量を決定する。
【００４５】
ステップＳ１０３では、水蒸気目標流量決定部２１０は、決定された水蒸気の目標流量に従って、水ポンプ（第１のアクチュエータ）１２２の動作を制御して、蒸発器１４０に水を供給する。
【００４６】
ステップＳ１０４では、水蒸気現行流量算出部２４０は、流量センサ２４２から検出結果を取得して、蒸発器１４０から排出される水蒸気の実際の流量（質量流量）を算出する。具体的には、流量センサ２４２の検出結果から得られる放熱量Ｑに応じて、水蒸気の現行流量が算出される。図６は、水蒸気流量センサ２４２の放熱量Ｑと水蒸気質量流量Ｆｓとの関係を表すマップを模式的に示す説明図である。図示するように、放熱量Ｑが大きいほど、水蒸気質量流量Ｆｓは大きい。本実施例では、水蒸気の現行水量は、図６に示す関係を表すマップを用いて求められる。
【００４７】
ステップＳ１０５では、空気目標流量決定部２５０は、算出された水蒸気の現行流量に応じて、改質部４０に供給されるべき空気の目標流量を決定する。また、原燃料目標流量決定部２６０は、算出された水蒸気の現行流量に応じて、改質部４０に供給されるべき原燃料の目標流量を決定する。
【００４８】
ステップＳ１０６では、空気目標流量決定部２５０は、決定された空気の目標流量に従って、空気ポンプ（第２のアクチュエータ）１３０の動作を制御して、加熱器１５０に空気を供給する。また、原燃料目標流量決定部２６０は、決定された原燃料の目標流量に従って、原燃料ポンプ（第３のアクチュエータ）１１２の動作を制御して、気化室１６０に原燃料を供給する。
【００４９】
なお、本実施例では、水ポンプ１２２の動作を制御することによって水の流量が調整されているが、これに代えて、あるいは、これと共に、流量調整弁を設け、流量調整弁の動作を制御するようにしてもよい。空気ポンプ１３０や原燃料ポンプ１１２についても同様である。また、原燃料ポンプ１１２の動作の制御に代えて、あるいは、これと共に、気化室１６０に設けられた図示しないインジェクタの動作を制御するようにしてもよい。すなわち、種々のアクチュエータを用いて、流量の調整が可能である。
【００５０】
上記のように、水蒸気の実際の流量に応じて、空気および原燃料の目標流量を決定すれば、原燃料と水蒸気と空気とが所定比となるように、水蒸気の実際の流量に空気および原燃料の流量を追従させることができる。原燃料と水蒸気と空気との混合比が、理論混合比からずれている場合には、改質部４０の制御が困難となる。具体的には、改質部４０おいて一酸化炭素ガスが大量に生成されてしまったり、改質部４０における反応温度を所定範囲内の温度に維持することが困難となったりする。しかしながら、本実施例のようにすれば、改質部４０を正常に動作させて、水素ガスを含む燃料ガスを効率よく生成することが可能となる。
【００５１】
なお、本実施例における蒸発器１４０と加熱器１５０と気化室１６０とが本発明における原料混合部に相当する。また、本実施例における制御ユニット２００と流量センサ２４２とが本発明における制御部に相当し、水蒸気現行流量算出部２４０と流量センサ２４２とが水蒸気現行流量測定部に相当する。
【００５２】
以上説明したように、本実施例の燃料改質装置１００は、原料供給部３０と、改質部４０と、制御部２００，２４２と、を備えている。そして、制御部は、改質部に要求される水素ガスの排出流量に応じて、原料供給部が改質部に供給すべき水蒸気の目標流量を決定するための第１の目標流量決定部２１０と、改質部に供給される水蒸気の現行流量を測定するための水蒸気現行流量測定部２４０，２４２と、測定された水蒸気の現行流量に応じて、原料供給部が改質部に供給すべき空気および原燃料の目標流量を決定するための第２の目標流量決定部２５０，２６０と、を備えている。したがって、水蒸気の現行流量に応じて、空気および原燃料の流量を調整することができる。本実施例の構成を採用すれば、３種類の原料の流量を所定の比で精度よく改質部に供給することが可能となる。
【００５３】
Ｂ．第２実施例：
図７は、第２実施例における燃料改質装置１００Ｂの概略構成を模式的に示す説明図である。図７は図１とほぼ同じであるが、原料供給部３０Ｂと制御ユニット２００Ｂとが変更されている。具体的には、図１の加熱器１５０が省略されており、蒸発器１４０Ｂには、水ポンプ１２２によって水タンク１２０から水が供給されるとともに、空気ポンプ１３０によって空気が供給される。なお、蒸発器１４０Ｂから排出される混合ガスの温度は、例えば、改質部４０における改質反応に適した約５００℃に設定されている。また、本実施例では、空気ポンプ１３０と蒸発器１４０Ｂとの間に、空気の実際の流量を検出する空気流量センサ２４４Ｂが設けられている。そして、蒸発器１４０Ｂと気化室１６０との間に設けられた混合ガス流量センサ２４２Ｂは、水蒸気と空気とを含む混合ガスの実際の流量を検出する。制御ユニット２００Ｂは、２つの流量センサ２４２Ｂ，２４４Ｂの検出結果を用いて、原料供給部３０Ｂを制御する。なお、２つの流量センサ２４２Ｂ，２４４Ｂとしては、第１実施例と同様に、熱線式のセンサが用いられている。
【００５４】
図８は、図７の制御ユニット２００Ｂの内部構成を示す説明図である。制御ユニット２００Ｂは、水蒸気目標流量決定部２１０Ｂと、空気目標流量決定部２２０Ｂと、水蒸気現行流量算出部２４０Ｂと、原燃料目標流量決定部２６０Ｂと、を備えている。
【００５５】
図９は、図８の制御ユニット２００Ｂによる原料供給の制御手順を示すフローチャートである。なお、ステップＳ２０１〜Ｓ２０６の処理は、所定のタイミングで繰り返し実行される。
【００５６】
ステップＳ２０１では、水蒸気目標流量決定部２１０Ｂと空気目標流量決定部２２０Ｂとは、燃料電池に要求される出力電力を取得する。
【００５７】
ステップＳ２０２では、水蒸気目標流量決定部２１０Ｂと空気目標流量決定部２２０Ｂとは、それぞれ、与えられた要求出力電力に応じて、改質部４０に供給されるべき水蒸気と空気との目標流量を決定する。
【００５８】
ステップＳ２０３では、水蒸気目標流量決定部２１０Ｂは、決定された水蒸気の目標流量に従って、水ポンプ（第１のアクチュエータ）１２２の動作を制御して、蒸発器１４０Ｂに水を供給する。また、空気目標流量決定部２２０Ｂは、決定された水蒸気の目標流量に従って、空気ポンプ（第２のアクチュエータ）１３０の動作を制御して、蒸発器１４０Ｂに空気を供給する。
【００５９】
ステップＳ２０４では、水蒸気現行流量算出部２４０Ｂは、２つの流量センサ２４２Ｂ，２４４Ｂから検出結果を取得して、蒸発器１４０Ｂから排出される混合ガス中の水蒸気の実際の流量（質量流量）を算出する。なお、空気流量センサ２４４Ｂと水蒸気現行流量算出部２４０Ｂとの間には、空気流量センサ２４４Ｂからの信号を遅延させるための遅延回路２４６Ｂが設けられている。この遅延回路２４６Ｂの遅延時間は、空気が空気流量センサ２４４Ｂから蒸発器１４０Ｂを介して混合ガス流量センサ２４２Ｂに到達するのに要する時間とほぼ等しく設定されている。
【００６０】
図１０，図１１は、混合ガス流量センサ２４２Ｂの放熱量Ｑａと水蒸気質量流量Ｆｓとの関係を示す説明図である。図１０に示す３つの曲線Ｒ１〜Ｒ３は、混合ガス流量センサ２４２Ｂを通る混合ガスに含まれる水蒸気と空気との体積百分率を変化させた場合の放熱量Ｑａと水蒸気質量流量Ｆｓとの関係を示している。第１の曲線Ｒ１は、水蒸気がほぼ１００％の混合ガスに対応し、第２の曲線Ｒ２は、水蒸気と空気とがそれぞれ５０％の混合ガスに対応し、第３の曲線Ｒ３は、空気がほぼ１００％の混合ガスに対応する。図示するように、水蒸気質量流量Ｆｓが一定である場合には、水蒸気の体積百分率が大きくなる程、放熱量Ｑａは大きくなる。図１１に示す３つの曲線Ｃ１〜Ｃ３は、混合ガス流量センサ２４２Ｂを通る混合ガスに含まれる空気の質量流量を一定として、水蒸気の質量流量を変化させた場合の放熱量Ｑａと水蒸気質量流量Ｆｓとの関係を示している。なお、図１１では、図１０の２つの曲線Ｒ１，Ｒ３が破線で図示されている。第１の曲線Ｃ１は、空気の質量流量が比較的小さな混合ガスに対応し、第３の曲線Ｃ３は、空気の質量流量が比較的大きな混合ガスに対応する。各曲線Ｃ１〜Ｃ３は、混合ガス中の水蒸気質量流量Ｆｓが比較的小さな領域では第３の曲線Ｒ３に近づき、水蒸気質量流量Ｆｓが比較的大きな領域では第１の曲線Ｒ１に近づく。
【００６１】
図１１に示すようなマップを用いれば、水蒸気現行流量算出部２４０Ｂは、２つの流量センサ２４２Ｂ，２４４Ｂの検出結果から水蒸気の現行流量を容易に算出することができる。具体的には、空気流量センサ２４４Ｂの検出結果から得られる放熱量に応じて、空気の現行流量（質量流量）が求められる。次に、求められた空気の質量流量に応じて、図１１に示すような複数の曲線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，…の中から、１つの曲線が選択される。そして、選択された曲線を用いて、混合ガス流量センサ２４２Ｂの検出結果から得られる放熱量Ｑａに対応する水蒸気の現行流量（質量流量）が求められる。
【００６２】
なお、本実施例では、水蒸気現行流量算出部２４０Ｂは、図１１に示すようなマップを用いて水蒸気の現行流量を算出しているが、水蒸気と空気との混合比が予測可能な場合には、図１０に示すようなマップを用いて算出するようにしてもよい。
【００６３】
ステップＳ２０５では、原燃料目標流量決定部２６０Ｂは、算出された水蒸気の現行流量に応じて、改質部４０に供給されるべき原燃料の目標流量を決定する。
【００６４】
ステップＳ２０６では、原燃料目標流量決定部２６０Ｂは、決定された原燃料の目標流量に従って、原燃料ポンプ（第３のアクチュエータ）１１２の動作を制御して、気化室１６０に原燃料を供給する。
【００６５】
なお、本実施例における蒸発器１４０Ｂと気化室１６０Ｂとが本発明における原料混合部に相当する。また、本実施例における制御ユニット２００Ｂと２つの流量センサ２４２Ｂ，２４４Ｂとが本発明における制御部に相当し、水蒸気現行流量算出部２４０Ｂと２つの流量センサ２４２Ｂ，２４４Ｂとが水蒸気現行流量測定部に相当する。
【００６６】
以上説明したように、本実施例の燃料改質装置１００Ｂは、原料供給部３０Ｂと、改質部４０と、制御部２００Ｂ，２４２Ｂ，２４４Ｂと、を備えている。そして、制御部は、改質部に要求される水素ガスの排出流量に応じて、原料供給部が改質部に供給すべき水蒸気および空気の目標流量を決定するための第１の目標流量決定部２１０Ｂ，２２０Ｂと、改質部に供給される水蒸気の現行流量を測定するための水蒸気現行流量測定部２４０Ｂ，２４２Ｂ，２４４Ｂと、測定された水蒸気の現行流量に応じて、原料供給部が改質部に供給すべき原燃料の目標流量を決定するための第２の目標流量決定部２６０Ｂと、を備えている。したがって、水蒸気および空気を含む混合ガス中の水蒸気の現行流量に応じて、原燃料の流量を調整することができる。本実施例の構成を採用すれば、第１実施例と同様に、３種類の原料の流量を所定の比で精度よく改質部に供給することができる。また、図１に示す加熱器１５０を省略できるため、燃料改質装置を小型化することができる。
【００６７】
Ｂ−１．第２実施例の変形例：
ところで、第２実施例では、混合ガス流量センサ２４２Ｂは、温度が比較的高い（約５００℃）位置に設けられているため、測定精度が悪化し易い。このため、水蒸気現行流量算出部２４０Ｂによる算出結果が、水蒸気の実際の流量からずれてしまう場合がある。そこで、本実施例では、水蒸気現行流量算出部２４０Ｂによって算出される水蒸気の流量を補正している。
【００６８】
図１２は、図８に示す制御ユニット２００Ｂの内部構成の変形例を示す説明図である。この制御ユニット２００Ｂ１では、補正部２８０が追加されている。補正部２８０は、遅延回路２８２と、２つのローパスフィルタ２８４，２８６と、補正量決定部２８８と、を備えている。
【００６９】
水蒸気目標流量決定部２１０Ｂで決定された水蒸気の目標流量は、遅延回路２８２と第１のローパスフィルタ２８４とを介して、補正量決定部２８８に与えられる。一方、水蒸気現行流量算出部２４０Ｂで算出された水蒸気の現行流量は、第２のローパスフィルタ２８６を介して、補正量決定部２８８に与えられる。補正量決定部２８８は、２つのローパスフィルタ２８４，２８６から供給される２つの信号に応じて、補正量を決定する。
【００７０】
図１３は、図１２の補正部２８０の動作を示すタイミングチャートである。図１３（Ａ）は、水蒸気目標流量決定部２１０Ｂから出力される目標流量を表す信号Ｑ２１０Ｂを示している。図１３（Ｂ）は、遅延回路２８２から出力される信号Ｑ２８２を示しており、図１３（Ｃ）は、第１のローパスフィルタ２８４から出力される信号Ｑ２８４を示している。また、図１３（Ｄ）は、水蒸気現行流量算出部２４０Ｂから出力される現行流量を表す信号Ｑ２４０Ｂを示しており、図１３（Ｅ）は、第２のローパスフィルタ２８６から出力される信号Ｑ２８６を示している。なお、図１３（Ｄ）には、図１３（Ｂ）に示す信号Ｑ２８２が破線で示されており、図１３（Ｅ）には、図１３（Ｃ）に示す信号Ｑ２８４が破線で示されている。
【００７１】
図１３（Ａ），（Ｂ），（Ｄ）から分かるように、遅延回路２８２における遅延時間Δｔは、水が水ポンプ１２２から蒸発器１４０Ｂを介して混合ガス流量センサ２４２Ｂに到達するのに要する時間とほぼ等しく設定されている。なお、遅延回路２８２は、理論的には必要であるが、その遅延時間Δｔがローパスフィルタ２８４の時定数に比べて充分小さい場合には、省略可能である。また、図１３（Ｃ），（Ｅ）から分かるように、２つのローパスフィルタ２８４，２８６の時定数は、かなり大きな値でほぼ等しく設定されている。
【００７２】
図示するように、水蒸気の目標流量の変化（図１３（Ｂ））と水蒸気の現行流量の変化（図１３（Ｄ））とは、そのレベルが異なっている。このため、第１のローパスフィルタ２８４からの出力信号Ｑ２８４（図１３（Ｃ））と第２のローパスフィルタ２８６からの出力信号Ｑ２８６（図１３（Ｅ））とのレベルも異なっている。
【００７３】
補正量決定部２８８は、信号Ｑ２８６のレベルが信号Ｑ２８４のレベルと等しくなるような補正量を、水蒸気現行流量算出部２４０Ｂに与える。そして、水蒸気現行流量算出部２４０Ｂは、補正量に応じて、混合ガス流量センサ２４２Ｂからの検出結果を補正する。
【００７４】
上記のように、補正部２８０は、水蒸気目標流量決定部２１０Ｂで決定された水蒸気の目標流量のレベルと、水蒸気現行流量算出部２４０Ｂで算出された水蒸気の現行流量のレベルと、に応じて、混合ガス流量センサ２４２Ｂからの検出結果を補正している。したがって、制御ユニット２００Ｂ１が補正部２８０を備えれば、混合ガス流量センサ２４２Ｂが温度の比較的高い（約５００℃）位置に設けられている場合にも、水蒸気現行流量算出部２４０Ｂは、水蒸気の現行流量を精度よく求めることが可能となる。
【００７５】
Ｃ．第３実施例：
図１４は、第３実施例における燃料改質装置１００Ｃの概略構成を模式的に示す説明図である。本実施例の燃料改質装置１００Ｃは、第１実施例（図１）と同様に、原料供給部３０Ｃと改質部４０ＣとＣＯ浄化部７０と制御ユニット２００Ｃとを備えているが、原料供給部３０Ｃと改質部４０Ｃと制御ユニット２００Ｃとは変更されている。また、図１に示す熱交換部５０とシフト部６０とは省略されている。
【００７６】
原料供給部３０Ｃは、蒸発器１４０Ｃを備えており、炭化水素系の原燃料と水蒸気と空気との混合ガスを改質部４０に供給する。蒸発器１４０Ｃは、原燃料ポンプ１１２によって原燃料タンク１１０Ｃから供給された液体原燃料と、水ポンプ１２２によって水タンク１２０から供給された水と、を気化させる。蒸発器１４０Ｃと改質部４０Ｃとを接続するガス通路１６２には、空気ポンプ１３０によって空気が供給される。これにより、原燃料と水蒸気と空気との混合ガスが生成される。なお、本実施例では、原燃料タンク１１０Ｃは、液体原燃料としてメタノールを蓄えている。
【００７７】
改質部４０Ｃは、改質触媒を備えており、混合ガスに含まれる原燃料（メタノール）を、水蒸気と空気とを用いて、水素ガスと一酸化炭素ガスとを含む改質ガスに改質する。なお、本実施例の改質部も、水蒸気改質と部分酸化改質とを組み合わせた併用改質を行う。
【００７８】
なお、本実施例の改質部４０Ｃでは、比較的低い温度で改質反応が進行する。また、改質部４０Ｃから排出される改質ガス中の一酸化炭素ガスの濃度は、比較的低い。このため、本実施例では、図１に示す熱交換部５０とシフト部６０とが省略されている。
【００７９】
また、本実施例では、蒸発器１４０Ｃと改質部４０Ｃとの間に設けられた混合ガス流量センサ２４２Ｃは、原燃料と水蒸気とを含む混合ガスの実際の流量を検出する。制御ユニット２００Ｃは、流量センサ２４２Ｃの検出結果を用いて、原料供給部３０Ｃを制御する。なお、流量センサ２４２Ｃとしては、第１実施例と同様に、熱線式のセンサが用いられている。
【００８０】
図１５は、図１４の制御ユニット２００Ｃの内部構成を示す説明図である。制御ユニット２００Ｃは、水蒸気目標流量決定部２１０Ｃと、原燃料目標流量決定部２３０Ｃと、水蒸気現行流量算出部２４０Ｃと、空気目標流量決定部２５０Ｃと、を備えている。
【００８１】
図１６は、図１５の制御ユニット２００Ｃによる原料供給の制御手順を示すフローチャートである。なお、ステップＳ３０１〜Ｓ３０６の処理は、所定のタイミングで繰り返し実行される。
【００８２】
ステップＳ３０１では、水蒸気目標流量決定部２１０Ｃと原燃料目標流量決定部２３０Ｃとは、燃料電池に要求される出力電力を取得する。
【００８３】
ステップＳ３０２では、水蒸気目標流量決定部２１０Ｃと原燃料目標流量決定部２３０Ｃとは、それぞれ、与えられた要求出力電力に応じて、改質部４０Ｃに供給されるべき水蒸気と原燃料との目標流量を決定する。
【００８４】
ステップＳ３０３では、水蒸気目標流量決定部２１０Ｃは、決定された水蒸気の目標流量に従って、水ポンプ（第１のアクチュエータ）１２２の動作を制御して、蒸発器１４０Ｃに水を供給する。また、原燃料目標流量決定部２３０Ｃは、決定された原燃料の目標流量に従って、原燃料ポンプ（第３のアクチュエータ）１１２の動作を制御して、蒸発器１４０Ｃに原燃料を供給する。
【００８５】
ステップＳ３０４では、水蒸気現行流量算出部２４０Ｃは、混合ガス流量センサ２４２Ｃから検出結果を取得して、蒸発器１４０Ｃから排出される混合ガス中の水蒸気の実際の流量（質量流量）を算出する。具体的には、混合ガス流量センサ２４２Ｃの検出結果から得られる放熱量に応じて、水蒸気の現行流量が算出される。本実施例では、水と原燃料（メタノール）とは所定比で混合されているため、図１０に示すような所定比における放熱量と水蒸気質量流量との関係を表すマップを用いて求められる。
【００８６】
ステップＳ３０５では、空気目標流量決定部２５０Ｃは、算出された水蒸気の現行流量に応じて、改質部４０Ｃに供給されるべき空気の目標流量を決定する。
【００８７】
ステップＳ３０６では、空気目標流量決定部２５０Ｃは、決定された空気の目標流量に従って、空気ポンプ（第２のアクチュエータ）１３０の動作を制御して、ガス通路１６２に空気を供給する。
【００８８】
なお、本実施例における蒸発器１４０Ｃとガス通路１６２とが本発明における原料混合部に相当する。また、本実施例における制御ユニット２００Ｃと混合ガス流量センサ２４２Ｃとが本発明における制御部に相当し、水蒸気現行流量算出部２４０Ｃと混合ガス流量センサ２４２Ｃとが水蒸気現行流量測定部に相当する。
【００８９】
以上説明したように、本実施例の燃料改質装置１００Ｃは、原料供給部３０Ｃと、改質部４０Ｃと、制御部２００Ｃ，２４２Ｃと、を備えている。そして、制御部は、改質部に要求される水素ガスの排出流量に応じて、原料供給部が改質部に供給すべき水蒸気および原燃料の目標流量を決定するための第１の目標流量決定部２１０Ｃ，２３０Ｃと、改質部に供給される水蒸気の現行流量を測定するための水蒸気現行流量測定部２４０Ｃ，２４２Ｃと、測定された水蒸気の現行流量に応じて、原料供給部が改質部に供給すべき空気の目標流量を決定するための第２の目標流量決定部２５０Ｃと、を備えている。したがって、水蒸気および原燃料を含む混合ガス中の水蒸気の現行流量に応じて、空気の流量を調整することができる。本実施例の構成を採用すれば、第１実施例と同様に、３種類の原料の流量を所定の比で精度よく改質部に供給することができる。また、図１に示す熱交換部５０とシフト部６０とを省略できるため、燃料改質装置を小型化することができる。
【００９０】
Ｃ−１．第３実施例の第１の変形例：
図１７は、図１４に示す燃料改質装置１００Ｃの第１の変形例を示す説明図である。この燃料改質装置１００Ｃ１では、改質部４０Ｃ内部の温度と圧力とを検出するための検出部２９０が設けられている。そして、制御ユニット２００Ｃ内の空気目標流量決定部２５０Ｃは、検出部２９０から検出結果を取得して、改質部４０Ｃの状態（すなわち、温度および圧力）に応じて、空気ポンプ１３０の動作を制御する。
【００９１】
この構成を採用すれば、空気目標流量決定部２５０Ｃは、決定された目標流量で精度よく空気を改質部４０Ｃに供給することができる。
【００９２】
Ｃ−２．第３実施例の第２の変形例：
図１８は、図１４に示す燃料改質装置１００Ｃの第２の変形例を示す説明図である。図１８は図１７とほぼ同じであるが、この燃料改質装置１００Ｃ２では、改質部４０Ｃに空気を供給するための３つの空気ポンプ１３１〜１３３が設けられている。具体的には、改質部４０Ｃには、ガスの流れに沿うように３つの空気吸入口が設けられており、各空気ポンプ１３１〜１３３は、各空気吸入口を介して、空気を順次供給する。また、燃料改質装置１００Ｃ２では、改質部４０Ｃの内部の温度と圧力とを検出するための３つの検出部２９１〜２９３が設けられている。なお、各検出部２９１〜２９３は、各空気吸入口に対応する部位の温度と圧力とを検出する。そして、制御ユニット２００Ｃ内の空気目標流量決定部２５０Ｃは、各検出部２９１〜２９３から検出結果を取得して、改質部４０Ｃの状態（すなわち、温度および圧力）に応じて、空気ポンプ１３１〜１３３の動作を制御する。
【００９３】
この構成を採用すれば、改質部４０Ｃ内部の改質反応を効率よく進行させることが可能となる。すなわち、図１４，図１７に示すように、改質部４０Ｃの前段で空気を供給する場合には、改質部の上流側部分において、部分酸化改質反応が急激に進行する。このような場合には、改質部４０Ｃの下流側部分において、酸素ガスが不足して部分酸化改質反応があまり進行しないとともに、熱量が不足して水蒸気改質反応（吸熱反応）があまり進行しない。図１８に示す構成を採用すれば、改質部４０Ｃ内部のガスの流れ方向に沿った温度分布をほぼ均一にすることができ、この結果、改質反応を効率よく進行させることが可能となる。
【００９４】
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。
【００９５】
（１）上記実施例では、熱線式の流量センサが用いられているが、渦式などの他のタイプの流量センサを用いるようにしてもよい。ただし、熱線式の流量センサを用いる場合には、比較的応答の速いシステムを比較的安価に構成することができるという利点がある。
【００９６】
また、上記実施例では、質量流量を測定可能な流量センサが用いられているが、これに代えて、体積流量を測定可能な流量センサを用いるようにしてもよい。なお、体積流量が測定される場合には、測定対象ガスの状態（温度および圧力）を併せて測定して、質量流量を求めればよい。ただし、本実施例のように、質量流量を検出可能な流量センサを用いる場合には、測定対象ガスの状態を測定せずに済むため、流量を比較的容易に測定することができるという利点がある。
【００９７】
さらに、上記実施例では、空気流量センサが設けられているが、空気ポンプに対する空気流量の指令値と、空気ポンプから実際に排出される空気流量がほぼ等しい場合には、空気流量センサを省略してもよい。この場合には、空気流量センサの検出結果に代えて、空気ポンプに対する指令値を用いればよい。
【００９８】
（２）第１実施例では、蒸発器に水が供給されており、測定された水蒸気の現行水量に応じて、原燃料と空気との目標流量が決定されている。第２実施例では、蒸発器に水と空気とが供給されており、測定された混合ガス中の水蒸気の現行水量に応じて、原燃料の目標流量が決定されている。第３実施例では、蒸発器に原燃料と水とが供給されており、測定された混合ガス中の水蒸気の現行水量に応じて、空気の目標流量が決定されている。
【００９９】
一般に、制御部は、改質部に要求される水素ガスの排出流量に応じて、原料供給部が改質部に供給すべき水蒸気の目標流量を少なくとも決定するための第１の目標流量決定部と、改質部に供給される水蒸気の現行流量を測定するための水蒸気現行流量測定部と、測定された水蒸気の現行流量に応じて、原料供給部が改質部に供給すべき水蒸気以外の少なくとも１種類の原料の目標流量を決定するための第２の目標流量決定部と、を備えていればよい。
【０１００】
（３）上記実施例では、改質部は、原燃料と水蒸気と空気とを用いて、水蒸気改質と部分酸化改質とを組み合わせた併用改質を行っているが、これに代えて、原燃料と水蒸気とを用いた水蒸気改質を行うようにしてもよい。この場合には、水蒸気の流量に応じて、原燃料の流量を決定すればよい。
【０１０１】
また、上記実施例では、ガソリンやメタノールなどの液体原燃料が用いられているが、これに代えて、他のアルコールや、エーテル、アルデヒドなどを用いるようにしてもよい。また、液体原燃料に代えて、天然ガスなどの気体の原燃料を用いるようにしてもよい。
【０１０２】
一般に、改質部は、炭化水素系の原燃料と水蒸気とを少なくとも含む複数種類の原料を用いて、水素ガスを含む改質ガスを生成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例における燃料改質装置１００の概略構成を模式的に示す説明図である。
【図２】図１に示す流量センサ２４２の具体的な構成を示す説明図である。
【図３】図２のヒータ用抵抗３１０ａの部分断面図である。
【図４】図１の制御ユニット２００の内部構成を示す説明図である。
【図５】図４の制御ユニット２００による原料供給の制御手順を示すフローチャートである。
【図６】水蒸気流量センサ２４２の放熱量Ｑと水蒸気質量流量Ｆｓとの関係を表すマップを模式的に示す説明図である。
【図７】第２実施例における燃料改質装置１００Ｂの概略構成を模式的に示す説明図である。
【図８】図７の制御ユニット２００Ｂの内部構成を示す説明図である。
【図９】図８の制御ユニット２００Ｂによる原料供給の制御手順を示すフローチャートである。
【図１０】混合ガス流量センサ２４２Ｂの放熱量Ｑａと水蒸気質量流量Ｆｓとの関係を示す説明図である。
【図１１】混合ガス流量センサ２４２Ｂの放熱量Ｑａと水蒸気質量流量Ｆｓとの関係を示す説明図である。
【図１２】図８に示す制御ユニット２００Ｂの内部構成の変形例を示す説明図である。
【図１３】図１２の補正部２８０の動作を示すタイミングチャートである。
【図１４】第３実施例における燃料改質装置１００Ｃの概略構成を模式的に示す説明図である。
【図１５】図１４の制御ユニット２００Ｃの内部構成を示す説明図である。
【図１６】図１５の制御ユニット２００Ｃによる原料供給の制御手順を示すフローチャートである。
【図１７】図１４に示す燃料改質装置１００Ｃの第１の変形例を示す説明図である。
【図１８】図１４に示す燃料改質装置１００Ｃの第２の変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
３０，３０Ｂ，３０Ｃ…原料供給部
４０，４０Ｃ…改質部
５０…熱交換部
６０…シフト部
７０…ＣＯ浄化部
１００，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｃ１，１００Ｃ２…燃料改質装置
１１０，１１０Ｃ…原燃料タンク
１１２…原燃料ポンプ（第３のアクチュエータ）
１２０…水タンク
１２２…水ポンプ（第１のアクチュエータ）
１３０，１３１〜１３３…空気ポンプ（第２のアクチュエータ）
１４０，１４０Ｂ，１４０Ｃ…蒸発器
１４２…原燃料ポンプ
１４４…空気ポンプ
１５０…加熱器
１５２…原燃料ポンプ
１５４…空気ポンプ
１６０…気化室
１６２…ガス通路
２００，２００Ｂ，２００Ｂ１，２００Ｃ…制御ユニット
２１０，２１０Ｂ，２１０Ｃ…水蒸気目標流量決定部
２２０Ｂ…空気目標流量決定部
２３０Ｃ…原燃料目標流量決定部
２４０，２４０Ｂ，２４０Ｃ…水蒸気現行流量算出部
２４２…水蒸気流量センサ
２４２Ｂ，２４２Ｃ…混合ガス流量センサ
２４４Ｂ…空気流量センサ
２４６Ｂ…遅延回路
２５０，２５０Ｃ…空気目標流量決定部
２６０，２６０Ｂ…原燃料目標流量決定部
２８０…補正部
２８２…遅延回路
２８４，２８６…ローパスフィルタ
２８８…補正量決定部
２９０，２９１〜２９３…検出部
３０１…パイプ
３０２，３０３…リード線
３０４…白金抵抗体
３０５…ガラス
３０６…コーティング
３１０ａ…ヒータ用抵抗
３１０ｂ…参照用抵抗
３１１ａ，３１２ａ，３１１ｂ，３１２ｂ…端子
３１４…凸部
３１６…ナット
３１８ａ，３１９ａ，３１８ｂ，３１９ｂ…リード線
３２０…絶縁部材
３８２…ハウジング
３８４ａ，３８４ｂ…導管
３９１，３９２…整流板

Claims

燃料改質装置であって、
炭化水素系の原燃料と水蒸気とを少なくとも含む複数種類の原料を用いて、水素ガスを含む改質ガスを生成するための改質部と、
前記改質部に前記複数種類の原料を供給するための原料供給部と、
前記原料供給部を制御するための制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記改質部に要求される前記水素ガスの排出流量に応じて、前記原料供給部が前記改質部に供給すべき水蒸気の目標流量を少なくとも決定するための第１の目標流量決定部と、
前記改質部に供給される水蒸気の現行流量を測定するための水蒸気現行流量測定部と、
前記測定された水蒸気の現行流量に応じて、前記原料供給部が前記改質部に供給すべき水蒸気以外の少なくとも１種類の原料の目標流量を決定するための第２の目標流量決定部と、
を備えることを特徴とする燃料改質装置。
請求項１記載の燃料改質装置であって、
前記原料供給部は、
炭化水素系の原燃料と水蒸気と空気とを含む前記複数種類の原料の混合ガスを生成するための原料混合部と、
前記原料混合部に供給される水の流量を調整する第１のアクチュエータと、
前記原料混合部に供給される空気の流量を調整する第２のアクチュエータと、前記原料混合部に供給される原燃料の流量を調整する第３のアクチュエータと、
を備え、
前記第１の目標流量決定部は、
少なくとも、前記決定された水蒸気の目標流量に従って、前記第１のアクチュエータを制御し、
前記第２の目標流量決定部は、
前記決定された水蒸気以外の少なくとも１種類の原料の目標流量に従って、前記第１のアクチュエータ以外の少なくとも１つのアクチュエータを制御する、燃料改質装置。
請求項２記載の燃料改質装置であって、
前記原料混合部は、
水蒸気を生成する水蒸気生成部と、
前記水蒸気生成部から排出される水蒸気に、空気と原燃料とを混合して混合ガスを生成する混合ガス生成部と、
を備え、
前記第１の目標流量決定部は、
前記決定された水蒸気の目標流量に従って、前記第１のアクチュエータを制御し、
前記水蒸気現行流量測定部は、
前記水蒸気生成部から排出される水蒸気の現行流量を検出する流量センサと、
検出結果を用いて、前記水蒸気の現行流量を算出するための算出部と、
を備え、
前記第２の目標流量決定部は、
前記算出された水蒸気の現行流量に応じて、前記混合ガス生成部が前記改質部に供給すべき空気の目標流量と原燃料の目標流量とを決定して、
前記決定された空気の目標流量と前記決定された原燃料の目標流量とに従って、前記第２のアクチュエータと前記第３のアクチュエータとをそれぞれ制御する、燃料改質装置。
請求項２記載の燃料改質装置であって、
前記原料混合部は、
水蒸気と空気とを含む第１の混合ガスを生成する第１の混合ガス生成部と、
前記第１の混合ガスに原燃料を混合して第２の混合ガスを生成する第２の混合ガス生成部と、
を備え、
前記第１の目標流量決定部は、
前記改質部に要求される前記水素ガスの排出流量に応じて、前記水蒸気の目標流量とともに、前記第１の混合ガス生成部が前記改質部に供給すべき空気の目標流量を決定して、
前記決定された水蒸気の目標流量と前記決定された空気の目標流量とに従って、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとをそれぞれ制御し、
前記水蒸気現行流量測定部は、
前記第１の混合ガスの現行流量を検出する流量センサと、
検出結果を用いて、前記第１の混合ガスに含まれる水蒸気の現行流量を算出するための算出部と、
を備え、
前記第２の目標流量決定部は、
前記算出された水蒸気の現行流量に応じて、前記第２の混合ガス生成部が前記改質部に供給すべき原燃料の目標流量を決定して、
前記決定された原燃料の目標流量に従って、前記第３のアクチュエータを制御する、燃料改質装置。
請求項４記載の燃料改質装置であって、
前記水蒸気現行流量測定部は、さらに、
前記第１の混合ガス生成部に供給される空気の現行流量を検出する空気流量センサを備え、
前記算出部は、
前記空気の現行流量の検出結果と、前記第１の混合ガスの現行流量の検出結果と、を用いて、前記第１の混合ガスに含まれる水蒸気の現行流量を算出する、燃料改質装置。
請求項２記載の燃料改質装置であって、
前記原料混合部は、
水蒸気と原燃料とを含む第１の混合ガスを生成する第１の混合ガス生成部と、前記第１の混合ガスに空気を混合して第２の混合ガスを生成する第２の混合ガス生成部と、
を備え、
前記第１の目標流量決定部は、
前記改質部に要求される前記水素ガスの排出流量に応じて、前記水蒸気の目標流量とともに、前記第１の混合ガス生成部が前記改質部に供給すべき原燃料の目標流量を決定して、
前記決定された水蒸気の目標流量と前記決定された原燃料の目標流量とに従って、前記第１のアクチュエータと前記第３のアクチュエータとをそれぞれ制御し、
前記水蒸気現行流量測定部は、
前記第１の混合ガスの現行流量を検出する流量センサと、
検出結果を用いて、前記第１の混合ガスに含まれる水蒸気の現行流量を算出するための算出部と、
を備え、
前記第２の目標流量決定部は、
前記算出された水蒸気の現行流量に応じて、前記第２の混合ガス生成部が前記改質部に供給すべき空気の目標流量を決定して、
前記決定された空気の目標流量に従って、前記第２のアクチュエータを制御する、燃料改質装置。
請求項３，４，６のいずれかに記載の燃料改質装置であって、
前記流量センサは、熱線式の流量センサである、燃料改質装置。