JP2004059352A

JP2004059352A - 燃料改質システム

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Publication number: JP2004059352A
Application number: JP2002217545A
Authority: JP
Inventors: Akira Shimozono; 下薗　亮
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】簡単な構成で改質ガスおよび触媒の温度を抑制することができる燃料改質システムを提供する。
【解決手段】ＣＯを含む改質ガスを生成する改質器４と、改質器４で生成された高温の改質ガスを冷却する熱交換器２と、冷却側通路１ｃ、および、改質ガス中のＣＯの発熱反応を促進する触媒を担持した加熱側通路１ｈを有した熱交換型の反応器、例えばＣＯ除去装置１と、を備える。熱交換器２において冷却した改質ガスを冷却側通路１ｃに流通させてから加熱側通路１ｈに流通させる。これにより、加熱側通路１ｈにおける発熱反応に伴って生じる熱を、冷却側通路１ｃを流通する改質ガスに吸収させて、加熱側通路１ｈの温度上昇を抑制する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料改質システムに関する、特に、燃料改質システムの反応器であるＣＯ除去装置およびＣＯ変成器の温度制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料改質システムに供せられる反応器の冷却方法として、特開２０００−０７２４０３号公報に開示されているＣＯ除去部の冷却方法が知られている。ここでは、改質部とＣＯ除去部との間に熱交換器を設け、ＣＯ除去部を分割した触媒付き熱交換器で構成している。さらに、熱交換器およびＣＯ除去部に供給される冷媒の流量をそれぞれ流量制御弁で制御して、改質ガスおよび触媒層を冷却している。
【０００３】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、特開２０００−０７２４０３号公報においては、ＣＯ除去部を分割した触媒付き熱交換器で構成するので、触媒層温度を均一にするのに有効であるが、ＣＯ除去部を分割しているので構成が複雑である。また、改質ガス流量に比例してＣＯ酸化反応も増大するので、冷媒流量を制御する複数の制御弁を改質器の負荷に応じて制御する必要があり、冷媒流量のバランス調整が困難であった。
【０００４】
そこで本発明は、簡単な構成で反応器の冷却を行うことができる燃料改質システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、ＣＯを含む水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成された高温の改質ガスを冷却する熱交換器と、冷却側通路、および、前記改質ガス中のＣＯの発熱反応を促進する触媒を担持した加熱側通路を有した熱交換型の反応器と、を備える。前記熱交換器において冷却した改質ガスを前記冷却側通路に流通させてから前記加熱側通路に流通させる。これにより、前記加熱側通路における発熱反応に伴って生じる熱を、前記冷却側通路を流通する改質ガスに吸収させて、前記加熱側通路の温度上昇を抑制する。
【０００６】
【作用及び効果】
熱交換器において冷却した改質ガスを冷却側通路に流通させてから加熱側通路に流通させる。これにより、加熱側通路における発熱反応に伴って生じる熱を、冷却側通路を流通する改質ガスに吸収させて、加熱側通路の温度上昇を抑制することができ、簡単な構成で反応器の冷却を行うことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態における燃料電池システムの構成ブロックを図１に示す。
【０００８】
空気ブロア６は、酸素含有ガス、ここでは空気を燃料電池システムに導入する装置である。改質器４は、空気ブロア６により供給された空気の一部と、燃料、ここではメタノール燃料と水とを反応させて水素リッチな改質ガスを生成する反応器である。このとき、改質器４に供給する空気流量は、空気ブロア６と改質器４との間に配置したバルブ５２により調整する。
【０００９】
熱交換器２は、改質器４で生成された改質ガス温度を調整する装置であり、後述するＣＯ除去装置１における反応に伴う熱を吸収可能な温度にまで改質ガスを冷却する。ここでは、図示しない冷媒供給システムから供給される冷媒を用いて改質ガスを冷却する。混合器３は、熱交換器２において冷却した改質ガスに空気を混入する装置である。混入させる空気として、空気ブロア６により燃料改質システムに取り入れる空気の一部を用い、空気ブロア６と混合器３との間に備えたバルブ５１により混入させる空気流量を調整する。
【００１０】
ＣＯ除去装置１は、改質ガス中のＣＯを選択酸化反応により二酸化炭素に変換してＣＯ濃度を低減する反応器であり、冷却側通路１ｃと加熱側通路１ｈを有する。加熱側通路１ｈにはＣＯ選択酸化触媒を担持させ、ここを改質ガスが通過すことによりＣＯの低減を行う。また、冷却側通路１ｃと加熱側通路１ｈとの間で熱交換が可能であるように構成とする。さらに、冷却側通路１ｃの排出側と加熱側通路１ｈの供給側を連通させる通路間流路１ａを備え、改質ガスは冷却側通路１ｃを通過後、通路間流路１ａを介して加熱側通路１ｈを通過するように構成する。本実施形態では、この通路間流路１ａはＣＯ除去装置１内に構成するが、外部に配管を備えてもよい。
【００１１】
冷却側通路１ｃには、熱交換器２および混合器３により十分に冷却され且つ空気が混合された改質ガスを供給する。改質ガスは、冷却側流路１ｃを流れる際に加熱側流路１ｈにおけるＣＯ選択酸化反応に伴って生じる熱を吸収することにより昇温する。昇温した改質ガスは通路間流路１ａを介して加熱側通路１ｈに供給され、担持した触媒によりＣＯ選択酸化反応を生じ、改質ガス中のＣＯ濃度を低減する。ここで、改質ガスを熱交換器２において十分に冷却するというのは、改質ガスを冷却側通路１ｃに流通させることにより加熱側通路１ｈに担持したＣＯ選択酸化触媒を活性温度に維持できる温度に冷却することを示す。
【００１２】
例えば、図示しないＣＯ変成器によりＣＯ濃度を１〜２％に低減した改質ガスをＣＯ除去装置１に供給するような場合には、ＣＯ除去装置１においては、ＣＯ濃度を後流に配置した燃料電池５の被毒を回避できる程度、例えば４０ｐｐｍ程度まで低減する。
【００１３】
燃料電池５は、水素と酸素の電気化学反応により起電力を生じる発電装置である。上記のようにＣＯ濃度を低減させた水素リッチな改質ガスを燃料極に、空気ブロア６により導入される空気の一部を空気極に供給して、電極間をプロトンイオンが移動することにより発電を行う。このとき、燃料電池５に供給する空気の流量は、空気ブロア６と空気極との間に設けたバルブ５３により調整する。
【００１４】
次に、上記のように冷却側通路１ｃおよび加熱側通路１ｈを有するＣＯ除去装置１の構成を図２０に示す。本実施形態ではＣＯ除去装置１として、冷却側通路１ｃと加熱側通路１ｈを平行に構成する平行流式熱交換器を用いる。
【００１５】
ここでは、冷却側通路１ｃを平行に複数形成した層と、加熱側通路１ｈを平行に複数形成した層とを交互に積層する。このとき、冷却側通路１ｃの改質ガスを加熱側通路１ｈに供給できるように通路間流路１ａを形成するが、冷却側通路１ｃ内と加熱側通路１ｈ内の改質ガスの流れ方向が同じになるように構成する。
【００１６】
このように燃料改質システムを構成することで、本実施形態は以下のような効果を得ることができる。
【００１７】
改質ガスを生成する改質器４と、改質器４で生成した高温の改質ガスを冷却する熱交換器２と、冷却側通路１ｃ、および、改質ガス中のＣＯの発熱反応を促進する触媒を担持した加熱側通路１ｈを有した熱交換型の反応器、ここではＣＯ除去装置１と、を備える。熱交換器２において冷却した改質ガスを冷却側通路１ｃに流通させてから加熱側通路２ｈに流通させることにより、加熱側通路１ｈにおける発熱反応に伴って生じる熱を、冷却側通路１ｃを流通する改質ガスに吸収させる。これにより加熱側通路１ｈの温度上昇を抑制することができるので、反応器の外部冷却システムを設けずに、簡単な構成で触媒が昇温するのを抑制することができる。
【００１８】
特に触媒をＣＯ選択酸化触媒とし、反応器をＣＯ除去装置１とすることで、ＣＯ除去装置１内には改質ガスのみが流れる。これにより、僅かな内部通路漏れは致命的な問題とならず、製作や検査が容易となりコストを低減できる。
【００１９】
ここでは、熱交換器２において冷却した改質ガスの外気を混入する混合器３を、冷却側通路１ｃの上流に備えるので、温度が均一の改質ガスをＣＯ除去装置１に供給することができ、加熱側通路１ｈの冷却を均一化することができる。また、空気を冷却側通路１ｃの上流側で混入することで、冷却側通路１ｃへ供給する改質ガスの温度をさらに低温にすることができ、熱交換器２に要求される冷却の程度を軽減し、消費エネルギを低減することができる。
【００２０】
さらに冷却側通路１ｃと加熱側通路１ｈとで、改質ガスの流れる方向を同一となるように構成する。ここで、加熱側通路１ｈに導入した改質ガスは触媒の作用により発熱するが、改質ガス中のＣＯ濃度が最も高い入口付近で反応が激しく、図１８に示すように発熱量（温度上昇率に相当）も多くなる。そこで、冷却側通路１ｃと加熱側通路１ｈ内の改質ガスの流れ方向を同一とすることで、冷却側通路１ｃと加熱側通路１ｈに流れる改質ガスの温度差を上流側、特に入口付近で最も大きくすることができる。その結果、発熱量の多い上流側、特に入口付近で冷却効果を向上することができ、加熱側通路１ｈを流れる改質ガスの温度上昇を上流側、特に入口部分で抑制することができる。
【００２１】
本実施形態における改質ガスの温度変化を図１９に示す。このように加熱側通路１ｈを流れる改質ガスの温度を均一化することができ、ＣＯ選択酸化触媒を全体的に活性温度に保つことができる。
【００２２】
次に、第２の実施形態について説明する。燃料改質システムの構成を図２のブロック図に示す。ここでは、改質ガス中のＣＯを低減するための反応器としてＣＯ除去装置１に加えてＣＯ変成器９を備え、このＣＯ変成器９に対して本発明を適用する。
【００２３】
改質器４の下流に改質ガスを冷却する熱交換器７、水蒸気を混入する混合器８、ＣＯ濃度を低減するＣＯ変成器９を備える。改質器４で生成した改質ガスを熱交換器７において十分に冷却してから混合器８に供給する。混合器８では、図示しない供給源から供給される水蒸気を改質ガスに混入する。ここで混入する水蒸気量は、供給源と混合器８との間に配置したバルブ５５により調整する。
【００２４】
ＣＯ変成器９は、改質ガス中のＣＯと混合器８で混入された水とを用いてシフト反応を生じてＣＯを低減する反応器であり、冷却側通路９ｃと加熱側通路９ｈを備える。冷却側通路９ｃには、十分に冷却し且つ水蒸気を混入した改質ガスを供給し、加熱側通路９ｈで生じる熱を吸収する。熱を吸収することにより昇温した改質ガスを通路間流路９ａを介して加熱側通路９ｈに供給する。加熱側通路９ｈにはＣＯ変成触媒を担持させ、流通する改質ガス中に含まれるＣＯと水蒸気（Ｈ_２Ｏ）とを反応させてＣＯ_２とＨ_２を生成し、例えばＣＯを１〜２％程度まで低減する。
【００２５】
ＣＯ変成器９においてＣＯを低減した改質ガスを、熱交換器２、混合器３に供給し、温度調整と酸素供給を行ってからＣＯ除去装置１に供給する。ＣＯ除去装置１において、ＣＯ濃度を４０ｐｐｍ程度にまで低減してから燃料電池５の燃料極に供給する。このときＣＯ除去装置１を、第１の実施形態と同様に、改質ガスを冷媒として用いた熱交換型のＣＯ除去装置１としてもよい。
【００２６】
ここで用いるＣＯ変成器９の構成は、第１の実施形態におけるＣＯ除去装置１の構成（図２０）と同様とする。ただし、加熱側通路１ｈに担持する触媒をＣＯ変成触媒とする。
【００２７】
次に本実施形態の効果を説明する。ここでは、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００２８】
反応器としてＣＯ変成触媒を担持したＣＯ変成器９を用いる。これにより、ＣＯ変成器９には外部の冷却システムが不要となり、簡単な構成でＣＯ変成触媒の過度な昇温を抑制することができる。また、ＣＯ変成器９内には改質ガスのみが流れるので、僅かな内部通路漏れは致命的な問題とならず、作成や検査が容易となりコストを低減できる。
【００２９】
次に第３の実施形態について説明する。燃料電池システムの構成を第１の実施形態と同様とし、本発明を適用するＣＯ除去装置１を直行流式熱交換器とし、その構成を図２２に示す。
【００３０】
ＣＯ除去装置１を、冷却側通路１ｃを形成した層と、加熱側通路１ｈを形成した層とが交互に積層するように構成する。このとき、冷却側通路１ｃと加熱側通路１ｈが直行し、かつ、冷却側通路１ｃが加熱側通路１ｈの上流部側のみを冷却するように構成する。ここでは加熱側通路１ｈの上流側を熱交換型とし、下流側を断熱型とする。また、冷却側通路１ｃが加熱側通路１ｈの上流部のみに重なるように構成してもよい。
【００３１】
さらに、冷却側通路１ｃの入口が加熱側通路１ｈを形成した層を挟んで一層毎に対向するように構成する。つまり、加熱側通路１ｈを介して隣り合う冷却側通と１ｃ内の改質ガスの流れが対向するように構成する。
【００３２】
次に本実施形態における効果を説明する。ここでは、第１実施形態に記載した効果と異なる効果のみを説明する。
【００３３】
冷却側通路１ｃと加熱側通路１ｈとを直行に、かつ、冷却側通路１ｃは加熱側通路１ｈの上流部のみを冷却するように構成する。これにより発熱反応が激しく生じて温度が上昇し易い上流部、特に入口部を集中的に冷却することができ、加熱側通路１ｈの改質ガス温度を均一化し、ひいてはそこに担持した触媒の温度も均一化することができる。
【００３４】
また、冷却側通路１ｃを形成した層と加熱側通路１ｈを構成した層を交互に積層し、加熱側通路１ｈを構成した層を介して隣接する冷却側通路１ｃ内を流通する改質ガスの流れを対向させる。ここで、冷却側通路１ｃ内を流れる改質ガスは、入口から出口に向かうにつれて温度が上昇する。これに対して本実施形態では、加熱側通路１ｈを挟んで隣り合う冷却側通路１ｃ内の改質ガスの流れを対向させるので、一層内に並ぶ加熱側通路１ｈのうち両端に配置される加熱側通路１ｈ内の改質ガス温度を平均化することができる。つまり、一つの層内の加熱側通路１ｈの改質ガス温度、ひいてはＣＯ選択酸化触媒の温度を均一化することができ、触媒性能を向上することができる。
【００３５】
ここで、図２１に、本実施形態に用いる燃料電池システムにおける改質ガス温度の変化を示す。また、図１７に従来の直行流式熱交換器のＣＯ除去装置、図１８には従来の断熱型ＣＯ除去装置の改質ガス温度変化を示す。
【００３６】
図１７においては、改質ガス温度は入口側で急激に上昇し、その後低下してから下流側では触媒活性温度域の低温の域に維持される。一方、図１８においては、反応に伴う熱の除去を行わないため、改質ガス温度は入口部で急激に温度が上昇し、その後も徐々に上昇するので、触媒活性温度域から大きく外れる。
【００３７】
これらに対して、図２１に示すように、本実施形態ではＣＯ除去装置１は上流部が直行流式で下流部が断熱型なので、加熱側通路１ｈを流れる改質ガス温度が触媒活性温度域の中央域に近づくようになる。
【００３８】
なお、ここではＣＯ除去装置１を用いたが、第２の実施形態と同様の構成とし、ＣＯ変成器９に適用してもよい。
【００３９】
次に、第４の実施形態について説明する。ここで用いる燃料電池システムの構成を図４に示す。燃料改質システムの構成を第１の実施形態と同様とし、熱交換器２に供給する冷媒を以下のようなシステムで制御する。
【００４０】
冷媒を熱交換器２に供給する冷媒循環ポンプ１０、冷媒を冷却する放熱器１１、冷媒の不足を防ぐための冷媒タンク１２を備える。
【００４１】
冷媒循環ポンプ１０を熱交換器２の冷媒入口の上流側に配置し、冷媒を熱交換器２に圧送する。冷媒は熱交換器２において改質ガスの熱を吸収し、高温の状態で排出される。排出された高温冷媒は二方向に分岐し、一方は冷媒温度を調整する放熱器１１に供給される。放熱器１１において再び低温になった冷媒は三方バルブ５４に供給される。また、熱交換器２から排出され分岐したもう一方の高温冷媒は、高温のまま三方バルブ５４に供給される。つまり三方バルブ５４の開度を調整して、放熱器１１を介して供給される低温冷媒と高温冷媒との混合率を調整することにより冷媒の温度を調整する。言い換えれば、三方バルブ５４は、全冷媒流量に対する放熱器１１において冷却される冷媒流量の割合を調整している。そのため、三方バルブ５４を熱交換器２の下流側の分岐点に配置することもできる。温度調整を行った冷媒を再度冷媒循環ポンプ１０を介して熱交換器２に供給し、改質ガスの冷却に利用する。
【００４２】
また、放熱器１１により冷却された冷媒を三方バルブ５４に供給する際に、冷媒を貯蔵する冷媒タンク１２内の冷媒を混入できるように構成する。冷媒が不足するような場合には、冷媒タンク１２から供給される冷媒流量を調整するバルブ１２ａを開くことにより、低温冷媒側に冷媒タンク１２内の冷媒を混入する。
【００４３】
このような冷却システムの制御を行うために、加熱側通路１ｈの排出側に温度センサ７３を配置する。また、冷媒循環ポンプ１０を運転し、冷媒の流量および三方バルブ５４で混合される低温冷媒と高温冷媒の割合を制御するコントローラ９１を備える。
【００４４】
次にコントローラ９１における、放熱器１１へ供給されて低温冷媒となる冷媒全冷媒に対する分配率の制御を図５の制御ブロック図を用いて説明する。ここで、コントローラ９１には予め実験等により求めた運転負荷等に応じた制御目標温度、ここではＣＯ除去装置１から排出される改質ガスの制御目標温度を記憶させておく。
【００４５】
まず、運転負荷等に応じた制御目標温度と、温度センサ７３により測定したＣＯ除去装置１から排出された改質ガスの温度とを、それらの温度差を検出する温度差検出手段１０１に入力する。温度差検出手段１０１において温度差を検出したら、その出力に基づいて冷媒分配率決定手段１０２において放熱器１１において冷却する冷媒流量と、熱交換器２からの高温の冷媒流量の分配率を既知のＰＩＤ制御演算により求める。
【００４６】
次に、冷媒制御バルブ開度変換手段１０３では、図１５に示すような分配率とバルブ開度の関係（流量―開度テーブルデータ）から分配率に対応したバルブの開度を求める。このバルブ開度を指令値として三方バルブ５４を操作することにより冷媒温度を制御し、ひいては改質ガスの温度を制御する。
【００４７】
ここでは、ＣＯ除去装置１の冷却側通路１ｃに供給される改質ガス温度が、加熱側通路１ｈで生じる反応熱を吸収するのに十分な温度となり、また加熱側通路１ｈが活性温度を維持できるように制御する。そのため、制御の基準となる改質ガス温度は、熱交換器２から排出されてから、ＣＯ除去装置１から排出されるまでの少なくとも一箇所の改質ガス温度を用いることができる。ここでは温度センサ７３を用いたが、混合器３と冷却側通路１ｃとの間に配置した温度センサ７１、冷却側通路１ｃと加熱側通路１ｈとの間に配置した温度センサ７２等を用いてもよい。ただしその場合は、温度センサの位置に応じた制御目標温度を予め記憶させておく必要がある。
【００４８】
次に、本実施形態における効果を説明する。ここでは第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００４９】
冷媒循環ポンプ１０と、高温冷媒の一部を冷却する放熱器１１と、高温冷媒と低温冷媒との分配率を調整する三方バルブ５４と、改質ガスの温度を検出する温度センサ７３（７１、７２）と、を備える。また、温度センサ７３（７１、７２）の出力に基づいて高温冷媒と低温冷媒との分配率を計算する冷媒分配率決定手段１０２と、その分配率を三方バルブ５４の指令開度に変換する冷媒制御バルブ開度変換手段１０３と、を備える。三方バルブ５４を指令開度に設定し、低温冷媒と高温冷媒を三方バルブ５４において混合し、混合した冷媒を循環ポンプ７により熱交換器２に圧送することにより改質ガスの温度を調整する。
【００５０】
このように構成することで、制御目標温度と実際の改質ガスの温度との差に応じて冷媒の温度を調整することができるので、ＣＯ除去装置１の改質ガス温度を適切に制御できる。また、起動時には、循環経路の冷媒のみの暖機ですむので、暖機時間を短縮できる。
【００５１】
なお、ＣＯ除去装置１の替わりにＣＯ変成器９に適用することもできる。
【００５２】
次に、第５の実施形態について説明する。燃料電池システムの構成を図６に示す。以下、第４の実施形態と異なる点のみを説明する。
【００５３】
ここでは、冷媒タンク１２から三方バルブ５６へ冷媒を供給する配管を備え、冷媒タンク１２と三方バルブ５６との間には冷媒、ここでは水の流量を調整する供給ポンプ１３を配置する。三方バルブ５６からは、熱交換器２に冷媒を供給する冷媒供給流路３１と、熱交換器２をバイパスして熱交換器２の出口側に接続するバイパス流路３２を構成する。つまり、三方バルブ５６は熱交換器２における冷却に用いる冷媒の、供給ポンプ１３から圧送される全冷媒に対する流量割合を調整している。熱交換器２を流通した冷媒は高温冷媒となり、また熱交換器２をバイパスした冷媒は低温のままとなる。
【００５４】
この高温冷媒と低温冷媒は熱交換器２の下流側で合流し、改質反応に用いる水を蒸発させる蒸発器１５の蒸発側の通路に供給されて水蒸気となる。このとき、燃料電池５の下流側には、燃料電池５からの排出ガスを燃焼する燃焼器１４を備え、この燃焼器１４で生成した燃焼ガスを蒸発器１５における蒸発の熱源として利用する。
【００５５】
蒸発器１５で生成された水蒸気は改質器４に供給され、改質反応に利用される。なお、ここでは冷媒として水を用いているが、メタノール燃料等を用いることもできる。
【００５６】
ここで、供給ポンプ１３は改質器４に必要な水を圧送するが、改質反応に用いる水全てを熱交換器２に通過させると、熱交換器２から排出される改質ガス温度が低下し過ぎてＣＯ除去装置１の加熱側通路１ｈ内を流れる改質ガスの温度が極度に低下する。その結果、ＣＯ選択酸化触媒の活性を低下させるおそれがあるので、一部の水を三方バルブ５６でバイパスさせて改質ガスを最適な温度に制御する。ここでは、三方バルブ５６を冷媒の分岐点に配置したが、第４の実施形態と同様に冷媒の合流点に配置してもよい。
【００５７】
このような冷媒システムを制御するコントローラ９２を備え、温度センサ７３（７１、７２）の出力に応じて三方バルブ５６の開度を制御する。図７にコントローラ９２における制御のブロック図を示す。
【００５８】
ここでは、冷媒分配率決定手段１０４において、温度差検出手段１０１の出力から供給ポンプ１３からの水を熱交換器２に通過させる流量とバイパスさせる流量の分配率を既知のＰＩＤ制御演算により求める。その他の制御は、第４の実施形態における制御（図５）と同様の制御を行う。
【００５９】
次に、実施形態における効果を説明する。ここでは特に第４の実施形態の効果と異なる部分を説明する。
【００６０】
熱交換器２の冷媒として、改質反応に用いる燃料または水を用いる。冷媒を熱交換器２に供給する冷媒供給流路３１と、熱交換器２のバイパス流路３２と、熱交換器２に供給する冷媒の流量割合を調整する三方バルブ５６を備える。さらに、温度センサ７３（７１、７２）の出力に基づいて、冷媒供給流路３１とバイパス流路３２とを流れる冷媒の分配率を計算する冷媒分配率決定手段１０４と、その冷媒分配率を三方バルブ５６の指令開度に変換する開度変換手段１０３と、を備える。三方バルブ５６を指令開度に設定し、三方バルブ５６において熱交換器２に供給される冷媒の流量を調整することにより、ＣＯ除去装置１に供給する改質ガスの温度を調整する。
【００６１】
このように改質ガス温度に応じて改質ガスを冷却する冷媒の流量を調整するので、ＣＯ除去装置１の改質ガス温度を適切に制御できる。また、熱交換器２では、ＣＯ除去装置１で発生する反応熱分も先取りするので、燃料または水の加熱に利用できる熱が多くなり燃料改質システムのシステム効率を向上することができる。
【００６２】
次に、第６の実施形態の燃料改質システムの構成を図８を用いて説明する。
【００６３】
第５の実施形態において熱交換器２の下流側に気水分離器１６を備え、分離した水を供給ポンプ１３の上流側に供給する。また、改質器４と熱交換器２との間には熱交換器７、混合器８、ＣＯ生成器９を備える。さらに、蒸発器１５から改質器４へ水蒸気を供給する流路から混合器８に分岐する流路を備え、分岐点と混合器８との間にバルブ５７を備える。これにより、蒸発器１５で生成した水蒸気を改質器４と混合器８、ひいてはＣＯ変成器９に分配する。
【００６４】
熱交換器２では改質ガスの温度が低下するので、改質ガス中の水蒸気が凝縮する。この凝縮水を気水分離器１６で回収し、改質器４やＣＯ変成器９における反応に利用することで、水の利用効率を向上することができる。
【００６５】
なお、ここでは回収した凝縮水を供給ポンプ１３の上流側に供給したが、冷媒タンク１２等に回収してもよい。
【００６６】
このように、熱交換器２の下流側で改質ガス中の凝縮水を回収する気水分離器１６を備え、気水分離器１６で回収した水分を、改質器４またはＣＯ変成器９の少なくとも一方における反応に用いることで、改質器４やＣＯ変成器９に用いる原料として水を再利用することができる。また、ＣＯ除去装置１の触媒層が凝縮水により被服されることがなくなり、触媒の性能低下を防止できる。
【００６７】
次に、第７の実施形態について説明する。ここで用いる燃料改質システムの構成を図９に示す。
【００６８】
第６の実施形態において、ＣＯ除去装置１の上流側に配置した混合器３に空気を供給する空気ブロア１７を備える。空気ブロア１７は、改質器４や燃料電池５に供給する空気ブロア６とは独立して制御する。
【００６９】
空気ブロア１７による空気供給の制御を行うコントローラ９４を備え、改質器４に供給される燃料量、水分量、空気量から混合器３、ひいてはＣＯ除去装置１に供給する空気量を求める。
【００７０】
図１０に、コントローラ９４における空気ブロア１７の供給空気流量の制御ブロック図を示す。
【００７１】
負荷量決定手段１０５を備え、負荷量決定手段１０５では改質器４へ供給する燃料と水、空気の合計流量である負荷量を計算する。ここで、負荷量は、燃料、水、空気のいずれか一つの量としてもよい。
【００７２】
また、空気流量決定手段１０６を備え、求めた負荷量と変換係数または負荷―空気流量テーブルデータから空気流量を示す流量指令値を求める。変換係数を用いる場合には、負荷量に変換係数を乗算して空気流量指令値を求める。一方、負荷―空気流量テーブルデータを用いる場合には、図１６に示すような負荷量と空気流量の関係マップを実験等により予め求めてコントローラ９４に記憶させておき、負荷量決定手段１０５で求めた負荷量に応じて空気量指令値を決定する。この空気量指令値は、改質器４で生成されるＣＯを燃料電池５の被毒の原因とならない程度まで低減し、且つ、改質ガス中の水素の酸化反応が許容範囲に収まるような酸素を含む空気流量を示す値である。
【００７３】
さらに、指令値同期化手段１０７を備え、空気流量指令値を、例えば蒸発器１５と改質器４とＣＯ変成器９の応答遅れに相当するフィルタに通過させることで空気流量指令値を補正する。これにより、空気ブロア１７で供給される空気と、改質器４で生成されるＣＯとの同期化を図る。ただし、改質器４とＣＯ除去器９とが一体に構成されている場合等、本実施形態と構成がことなる場合には、この応答遅れは、改質器４に燃料、空気、水が供給されてから、混合器３に供給されるまでの時間にほぼ相当する。
【００７４】
次に、この同期化された空気量指令値を基に、空気流量―回転数変換手段１０９において、空気流量を空気ブロア１７の回転数に変換して空気ブロア１７の回転数を制御し、改質器４の負荷に応じて空気の供給流量を制御する。
【００７５】
ここでは、混合器３への空気供給に空気ブロア１７を用いたが、第１〜６の実施形態と同様に空気ブロア６から供給された空気をバルブ５１により分配してもよい。このときには、同期化された空気量指令値を基に、空気流量―開度変換手段１０８においてバルブ５１の開度を求め、ＣＯ除去装置１に供給する空気流量を制御する。
【００７６】
このように、改質器４へ供給する燃料または水の少なくとも一方を蒸発させる蒸発器１５と、ＣＯ変成器９と、ＣＯ除去装置１に供給する改質ガス中の空気量を調整する空気供給手段、ここでは空気ブロア１７と、を備える。また、改質器４に供給する燃料・水・空気のいずれかの量、又は、合計の流量である負荷量に変換係数を乗算して得られた値、または、予め求めた負荷量と空気流量の関係マップから得られた値、を空気流量指令値とする空気流量決定手段１０６を備える。さらに、空気流量指令値を蒸発器１５や改質器４等の応答遅れに相当する時間により補正する指令値同期化手段１０７を備える。指令値同期化手段１０７により補正した空気流量指令値に基づいて、空気ブロア１７により改質ガス中の空気量を調整する。これにより、空気流量を改質器４の負荷変化に応じて高応答で精度よく制御できる。ここでは、ＣＯ変成器９を備えているので、このＣＯ変成器９における応答遅れについても補正し、より高応答で精度よく制御できる。
【００７７】
空気供給手段として空気ブロア１７を用いる場合には、空気ブロア１７の回転数を調整することにより空気流量を調整する。空気供給手段として空気制御バルブ５１を用いる場合には、空気制御バルブ５１の開度または空気ブロア６の回転数を調整することによりＣＯ除去装置１に供給する空気流量を調整する。
【００７８】
次に、第８の実施形態について説明する。ここで用いる燃料改質システムの構成を第７の実施形態に用いた燃料改質システムの構成（図９）と同様とする。ただし、ＣＯ除去装置１の上流側にＣＯセンサ７４を配置し、ＣＯ除去装置１に供給される改質ガス中のＣＯ濃度を検出する。この検出結果は、空気ブロア１７を制御するコントローラ９４に入力する。ここで、ＣＯセンサ７４はＣＯ変成器９の出口から加熱側通路１ｈの入口の間の改質ガスのＣＯ濃度を測定するものであればよい。
【００７９】
次に、コントローラ９４における空気流量制御について、図１１に示す制御ブロック図を用いて説明する。
【００８０】
第７の実施形態と同様に空気ブロア１７の回転数を制御するが、負荷量決定手段１０５において改質器４の負荷量を計算する際に、改質器４に供給する燃料、水、空気の合計流量にＣＯ除去装置１の入口のＣＯ濃度を乗算したものを負荷量とする。空気流量決定手段１０６においてこの負荷量に応じて空気流量指令値を決定し、空気ブロア１７の回転数を制御する。ここで、負荷量として、燃料、空気、水のいずれか一つの流量にＣＯ除去装置１の入口のＣＯ濃度を乗算したものを用いてもよい。
【００８１】
このように、ＣＯ除去装置１に供給される改質ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサ７４を備え、改質器４に供給する燃料・水・空気のいずれかの量、又は、合計の流量に、ＣＯセンサ７４による出力を乗算させた値を負荷量とする。このような負荷量から空気流量指令値を決定する空気流量決定手段１０６と、空気流量指令値を応答遅れに相当する時間により補正する指令値同期化手段１０７とを備える。指令値同期化手段１０７により補正した空気流量指令値に基づいて、改質ガス中の空気量を調整することで、空気流量を改質器４の負荷変化およびＣＯ濃度変化に対応して高応答で精度よく制御することができる。
【００８２】
次に、第９の実施形態について説明する。ここで用いる燃料電池システムの構成を第７の実施形態に用いた燃料電池システムの構成（図９）と同様とする。ただし、ＣＯ除去装置１の下流側にＣＯセンサ７５を配置し、ＣＯ除去装置１から排出される改質ガス中のＣＯ濃度を検出する。この検出結果は、空気ブロア１７を制御するコントローラ９４に入力する。
【００８３】
次に、コントローラ９４における空気流量制御について、図１２に示す制御ブロック図を用いて説明する。
【００８４】
ここでは、コントローラ９４にＣＯ補正空気流量決定手段１１０を備え、ＣＯ除去装置１の出口ＣＯ濃度と目標ＣＯ濃度、例えば４０ｐｐｍとの差を求め、この差に応じてＣＯ補正空気流量を既知のＰＩＤ制御演算により求める。ここで、目標ＣＯ濃度は、改質ガス中のＣＯによる燃料電池５の被毒を回避できる濃度とする。
【００８５】
空気流量決定手段１０６で求めた基本の空気流量指令値にＣＯ補正空気流量を加算して、その結果を指令値同期化手段１０７に通し、空気流量―回転数変換手段１０９で空気ブロア１７の回転数に変換する。
【００８６】
このように、加熱側通路１ｈから排出される改質ガスのＣＯ濃度を検出するＣＯセンサ７５と、ＣＯセンサ７５の出力に基づいて、空気供給手段、ここでは空気ブロア１７により改質ガスに供給する空気の補正量を算出するＣＯ補正空気流量決定手段１１０と、を備える。空気流量決定手段１０６で求めた空気流量指令値にＣＯ補正空気流量決定手段１１０で求めた補正量を加算してから、指令値同期化手段１０７により補正を行う。この結果、空気ブロア１７の回転数を制御することにより、燃料電池５に供給する改質ガス中のＣＯ濃度を一定化することができるので、燃料電池５の被毒を回避することができる。
【００８７】
次に、第１０の実施形態について説明する。ここで用いる燃料電池システムの構成を第７の実施形態に用いた燃料電池システムの構成（図９）と同様とする。ただし、ＣＯ除去装置１の下流側にＯ_２センサ７６を配置し、ＣＯ除去装置１から排出される改質ガス中の酸素濃度を検出する。この検出結果は、空気ブロア１７を制御するコントローラ９４に入力する。
【００８８】
ここでは、コントローラ９４にＯ_２補正空気流量決定手段１１１を備え、ＣＯ除去装置１の出口Ｏ_２濃度と目標Ｏ_２濃度、例えば０．５％との差を求め、この差に応じてＯ_２補正空気流量を既知のＰＩＤ制御演算により求める。ここで、目標Ｏ_２濃度は、改質ガス中のＣＯがＣＯ除去装置１において十分に消費されＯ_２が消費されていると推定できる濃度とする。
【００８９】
このように、加熱側通路１ｈの出口流路に配置したＯ_２センサ７６と、Ｏ_２センサ７６の出力に基づいて改質ガスに供給する空気の補正量を算出するＯ_２補正空気流量決定手段１１１と、を備える。空気流量決定手段１０６において求めた空気流量指令値にＯ_２補正空気流量決定手段１１１で求めたＣＯ補正空気流量を加算してから、指令値同期化手段１０７により補正を行う。このように空気供給量を制御することで、ＣＯ除去装置１で消費されるＯ_２濃度に応じて空気流量を高精度に制御できるので、燃料電池５に供給するＣＯ濃度を一定化、例えば燃料電池５の被毒を回避できる４０ｐｐｍ程度に維持することができる。
【００９０】
次に、第１１の実施形態について説明する。ここで用いる燃料電池システムの構成を図１４に示す。第１の実施形態に用いた燃料電池システムに、以下のような構成を加えたことを特徴とする。
【００９１】
改質ガスが熱交換器２を迂回できるようにバイパス経路３４を備え、バイパス経路３４と熱交換器２の出口側との合流部に三方バルブ５８を配置する。この三方バルブ５８の開度は、三方バルブ５８の下流側に配置した温度センサ７７の出力に応じてコントローラ９５に応じて行う。
【００９２】
改質器４で生成された一部、または全ての改質ガスを熱交換器２に供給し、改質ガスの冷却を選択的に行う。例えば起動時には、温度センサ７７により検出される改質ガス温度は低いので、三方バルブ５８をバイパス経路３４側に１００％の開度に設定する。これにより起動時に低温の改質ガスが熱交換器２でさらに冷却されるのを避けることができる。
【００９３】
改質器４が活性化して温度センサ７７の出力が所定温度、例えば５０℃を超えたら、そのまま５０℃を維持するように三方バルブ５８を徐々に熱交換器２側に切替え、一度バイパス量が０％となったら停止するまでその状態を維持する。
【００９４】
また、冷却側通路１ｃの上流からは、冷却側通路１ｃをバイパスして加熱側通路１ｈの上流側に接続するバイパス経路３５を備える。ここで、バイパス経路３５と、冷却側通路１ｃの出口側との合流部には三方バルブ５９を配置し、改質ガスによる加熱側通路１ｈの冷却を選択的に行う。このような選択を行うために、ＣＯ除去装置１の下流側には温度センサ７８を備え、この出力に応じてコントローラ９６でバルブ５９の開度を制御する。
【００９５】
例えば起動時にはＣＯ除去装置１の出口温度が低いので、加熱側通路１ｈへはバイパス経路３５側からの改質ガスのみを供給するように三方バルブ５９をバイパス経路３５側に１００％開く。ＣＯ選択酸化反応が始まり、温度センサ７８の検出温度がＣＯ選択酸化触媒の活性温度、例えば１２０℃を超えたら、１２０℃を維持するように三方バルブ５９を徐々に冷却側通路１ｃ側に切替える。三方バルブ５９が１００％冷却側通路１ｃに設定され、冷却側通路１ｃをバイパスする改質ガスが０％になったら、運転が停止されるまでそのままの状態を維持する。
【００９６】
次に本実施形態の効果を説明する。
【００９７】
バイパス流路３５と、冷却側通路１ｃとバイパス流路３５を流れる流量の割合を調整する三方バルブ５９と、加熱側通路１ｈから排出される改質ガス温度を検出する温度センサ７８と、温度センサ７８の出力に基づいて、三方バルブ５９の開度を調整する開度調整手段、ここではコントローラ９６と、を備える。ＣＯ除去装置１の暖機時には、三方バルブ５９をバイパス流路３５側に設定し、暖機終了後には、三方バルブ５９を冷却側通路１ｃ側に切替える。ここでは、温度センサ７８の出力が所定値、例えば１２０℃を超えたら三方バルブ５９を徐々に冷却側通路１ｃ側に切替える。
【００９８】
このように制御することで、起動時には加熱側通路１ｈの冷却が行われないので、ＣＯ除去装置１本体および触媒層温度を素早く上昇させられる。暖機後はＣＯ酸化反応熱を、冷却した改質ガスで吸収することができるので加熱側通路１ｈの改質ガス温度を均一化し、そこに担持された選択酸化触媒層の温度も均一化して触媒性能を向上できる。
【００９９】
また、バイパス流路３４と、熱交換器２とバイパス流路３４を流れる流量の割合を調整する三方バルブ５８と、ＣＯ除去装置１に供給される改質ガス温度を測定する温度センサ７７と、温度センサ７７の出力に基づいて三方バルブ５８の開度を調整する開度調整手段、ここではコントローラ９５と、を備える。ＣＯ除去装置１の暖機時には、三方バルブ５８をバイパス流路３４側に設定し、温度センサ７７の出力が所定値に達したら三方バルブ５８を、熱交換器２側に切替えることにより、起動時には熱交換器２の改質ガス出口温度が過大に低下するのを防止することができる。これにより、下流に配置したＣＯ除去装置１が暖機時に冷却されるのを防ぐことができる。
【０１００】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における燃料改質システムの構成図である。
【図２】第２の実施形態における燃料改質システムの構成図である。
【図３】第３の実施形態における燃料改質システムの構成図である。
【図４】第４の実施形態における燃料改質システムの構成図である。
【図５】第４の実施形態における冷媒温度調整の制御を示すブロック図である。
【図６】第５の実施形態における燃料改質システムの構成図である。
【図７】第５の実施形態における冷媒温度調整の制御を示すブロック図である。
【図８】第６の実施形態における燃料改質システムの構成図である。
【図９】第７の実施形態における燃料改質システムの構成図である。
【図１０】第７の実施形態における空気供給流量の制御方法を示すブロック図である。
【図１１】第８の実施形態における空気供給流量の制御方法を示すブロック図である。
【図１２】第９の実施形態における空気供給流量の制御方法を示すブロック図である。
【図１３】第１０の実施形態における空気供給流量の制御方法を示すブロック図である。
【図１４】第１１の実施形態における燃料改質システムの構成図である。
【図１５】冷媒分配率に対するバルブ開度を示す図である。
【図１６】負荷率に対する空気量指令値を示す図である。
【図１７】従来の直行流式熱交換器のＣＯ除去装置の改質ガス温度変化を示す図である。
【図１８】従来の断熱型ＣＯ除去装置の改質ガス温度変化を示す図である。
【図１９】第１実施形態における改質ガス温度変化を示す図である。
【図２０】第１の実施形態に用いる平行流式のＣＯ除去装置の見取り図である。
【図２１】第３の実施形態における改質ガス温度変化を示す図である。
【図２２】第３の実施形態に用いる直行流式のＣＯ除去装置の見取り図である。
【符号の説明】
１　　ＣＯ除去装置
１ｃ、９ｃ　冷却側通路
１ｈ、９ｈ　加熱側通路
２、７　　熱交換器
４　　改質器
９　　ＣＯ変成器
１０　冷媒循環ポンプ（循環ポンプ）
１１　放熱器
１５　蒸発器
１６　気水分離器
１７　空気ブロア（空気供給手段）
３１　冷媒供給流路
３２　バイパス流路（冷媒バイパス流路）
３４　バイパス経路（熱交換器バイパス流路）
３５　バイパス経路（反応器バイパス流路）
５４　三方バルブ（放熱器三方バルブ）
５６　三方バルブ（熱交換器冷媒三方バルブ）
５８　三方バルブ（熱交換器三方バルブ）
５９　三方バルブ（反応器三方バルブ）
７１〜７３　温度センサ（改質ガス温度センサ）
７４　ＣＯセンサ（第一ＣＯセンサ）
７５　ＣＯセンサ（第二ＣＯセンサ）
７６　Ｏ_２センサ
７７　温度センサ（第一温度センサ）
７８　温度センサ（第二温度センサ）
９５　コントローラ（第二開度調整手段）
９６　コントローラ（第一開度調整手段）
１０２　冷媒分配率決定手段（放熱器冷媒分配率決定手段）
１０３　冷媒制御バルブ開度変換手段（開度変換手段）
１０４　冷媒分配率決定手段（熱交換器冷媒分配率決定手段）
１０６　空気流量決定手段
１０７　指令値同期化手段
１１０　ＣＯ補正空気流量決定手段
１１１　Ｏ２補正空気流量決定手段

Claims

ＣＯを含む水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器で生成された高温の改質ガスを冷却する熱交換器と、
冷却側通路、および、改質ガス中のＣＯの発熱反応を促進する触媒を担持した加熱側通路を有した熱交換型の反応器と、を備え、
前記熱交換器において冷却した改質ガスを前記冷却側通路に流通させてから前記加熱側通路に流通させることにより、前記加熱側通路における発熱反応に伴って生じる熱を、前記冷却側通路を流通する改質ガスに吸収させて、前記加熱側通路の温度上昇を抑制することを特徴とする燃料改質システム。
前記触媒を、改質ガス中のＣＯを選択的に酸化するＣＯ選択酸化触媒とし、前記熱交換型の反応器をＣＯ除去装置とする請求項１に記載の燃料改質システム。
前記触媒を、改質ガス中のＣＯをシフト反応により低減するＣＯ変成触媒とし、前記熱交換型の反応器をＣＯ変成器とする請求項１に記載の燃料改質システム。
前記反応器を、前記冷却側通路を流れる改質ガスと前記加熱側通路を流れる改質ガスとが同一方向に流れるように構成した平行流式熱交換器とする請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料改質システム。
前記反応器を、前記冷却側通路と前記加熱側通路とを直行に、かつ、前記冷却側通路は前記加熱側通路の上流部のみを冷却するように構成した直行式熱交換器とする請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料改質システム。
前記反応器を、前記冷却側通路を形成した層と前記加熱側通路を構成した層を交互に積層することにより構成し、
前記加熱側通路を構成した層を介して隣接する前記冷却側通路内を流通する改質ガスの流れを対向させる請求項５に記載の燃料改質システム。
前記熱交換器を、冷媒を用いて改質ガスを冷却する熱交換器とし、
前記冷媒を前記熱交換器に圧送する循環ポンプと、
前記熱交換器において熱を吸収した高温冷媒の少なくとも一部を冷却して低温冷媒とする放熱器と、
前記循環ポンプにより循環する冷媒のうち、前記放熱器に供給される割合を調整する放熱器三方バルブと、
前記熱交換器から排出されてから、前記反応器から排出されるまでの間の少なくとも一箇所の改質ガスの温度を検出する改質ガス温度センサと、
前記改質ガス温度センサの出力に基づいて、前記循環ポンプにより循環する冷媒のうち前記放熱器に供給される割合を示す冷媒分配率を決定する放熱器冷媒分配率決定手段と、
前記放熱器冷媒分配率決定手段により決定した冷媒分配率を前記放熱器三方バルブの指令開度に変換する開度変換手段と、を備え、
前記放熱器三方バルブを前記指令開度に設定し、前記低温冷媒と前記高温冷媒を混合することにより温度調整した冷媒を前記循環ポンプにより前記熱交換器に圧送して改質ガスの温度を調整する請求項１から６のいずれか一つに記載の燃料改質システム。
前記熱交換器を、前記改質器における改質反応に用いる燃料または水を冷媒として改質ガスを冷却する熱交換器とし、
前記冷媒を前記熱交換器に供給する冷媒供給流路と、前記熱交換器をバイパスさせる冷媒バイパス流路と、前記冷媒供給流路と前記冷媒バイパス流路を流れるそれぞれの冷媒流量の割合を調整する熱交換器冷媒三方バルブと、を備え、
さらに、前記熱交換器から排出されてから前記反応器から排出されるまでの間の少なくとも一箇所の改質ガスの温度を検出する改質ガス温度センサと、
前記改質ガス温度センサの出力に基づいて、前記冷媒供給流路と前記冷媒バイパス流路と、を流れる冷媒の割合を示す冷媒分配率を決定する熱交換器冷媒分配率決定手段と、
前記熱交換器冷媒分配率決定手段により決定した冷媒分配率を、前記熱交換器冷媒三方バルブの指令開度に変換する開度変換手段と、を備え、
前記熱交換器冷媒三方バルブを前記指令開度に設定し、前記熱交換器冷媒三方バルブにおいて前記熱交換器に供給する冷媒の流量を調整することにより改質ガスの温度を調整する請求項１から６のいずれか一つに記載の燃料改質システム。
前記熱交換器の下流側に配置した改質ガス中の凝縮水を回収する気水分離器と、
改質ガス中のＣＯをシフト反応により低減するＣＯ変成器と、を備え、
前記気水分離器で回収した水分を、前記改質器または前記ＣＯ変成器の少なくとも一方における反応に用いる請求項３に記載の燃料改質装置。
前記改質器へ供給する燃料または水の少なくとも一方を蒸発させる蒸発器と、
前記ＣＯ除去装置に供給する改質ガス中の空気量を調整する空気供給手段と、
前記改質器に供給する燃料・水・空気のいずれかの量、又は、合計流量を負荷量とし、前記負荷量に変換係数を乗算して得られた値、または、予め求めた前記負荷量と空気流量との関係マップから得られた値、を空気流量指令値として決定する空気流量決定手段と、
前記空気流量指令値を少なくとも前記蒸発器や前記改質器の応答遅れに相当する時間により補正する指令値同期化手段と、を備え、
前記指令値同期化手段により補正した空気流量指令値に基づいて、前記空気供給手段により改質ガス中の空気量を調整する請求項３に記載の燃料改質システム。
前記熱交換器の入口側から前記ＣＯ除去装置の加熱側通路入口側までの間の少なくとも一箇所の改質ガスのＣＯ濃度を検出する第一ＣＯセンサと、
前記改質器へ供給する燃料または水の少なくとも一方を蒸発させる蒸発器と、
前記ＣＯ除去装置に供給する改質ガス中の空気量を調整する空気供給手段と、
前記改質器に供給する燃料・水・空気のいずれかの量、又は、合計の流量に、前記第一ＣＯセンサからの出力を乗算させた値を負荷量とし、前記負荷量に変換係数を乗算して得られた値、または、予め求めた前記負荷量と空気流量の関係マップから得られた値、を空気流量指令値として決定する空気流量決定手段と、
前記空気流量指令値を少なくとも前記蒸発器や前記改質器の応答遅れに相当する時間により補正する指令値同期化手段と、を備え、
前記指令値同期化手段により補正した空気流量指令値に基づいて、前記空気供給手段により改質ガス中の空気量を調整する請求項３に記載の燃料改質システム。
前記ＣＯ除去装置の加熱側通路から排出されるＣＯ低減後の改質ガスのＣＯ濃度を検出する第二ＣＯセンサと、
前記第二ＣＯセンサの出力に基づいて、前記空気供給手段により改質ガスに供給する空気の補正量を決定するＣＯ補正空気流量決定手段と、を備え、
前記空気流量決定手段において求めた空気流量指令値に前記ＣＯ補正空気流量決定手段で求めた補正量を加算してから、前記指令値同期化手段による補正を行う請求項１０または１１に記載の燃料改質システム。
前記ＣＯ除去装置の加熱側通路から排出されるＣＯ低減後の改質ガスのＯ_２濃度を検出するＯ_２センサと、
前記Ｏ_２センサの出力に基づいて、前記空気供給手段により改質ガスに供給する空気の補正量を決定するＯ_２補正空気流量決定手段と、を備え、
前記空気流量決定手段において求めた空気流量指令値に前記Ｏ_２補正空気流量決定手段で求めた補正量を加算してから、前記指令値同期化手段による補正を行う請求項１０または１１に記載の燃料改質システム。
前記反応器の冷却側通路をバイパスさせる反応器バイパス流路と、
前記冷却側通路と前記反応器バイパス流路を流れる流量の割合を調整する反応器三方バルブと、
前記反応器の加熱側通路の下流側に配置した第一温度センサと、
前記第一温度センサの出力に基づいて、前記反応器三方バルブの開度を調整する第一開度調整手段と、を備え、
前記反応器の暖機時には、前記反応器三方バルブを前記反応器バイパス側に設定し、暖機終了後には、徐々に、前記反応器三方バルブを前記冷却側通路に切替える請求項１から１３のいずれか一つに記載の燃料改質システム。
前記熱交換器の改質ガスの迂回路となる熱交換器バイパス流路と、
前記熱交換器と前記熱交換器バイパス流路を流れる流量の割合を調整する熱交換器三方バルブと、
前記熱交換器から排出される改質ガスと前記熱交換器バイパス流路との合流部の下流に配置した第二温度センサと、
前記第二温度センサの出力に基づいて前記熱交換器三方バルブの開度を調整する第二開度調整手段と、を備え、
前記反応器の暖機時には、前記熱交換器三方バルブを前記熱交換器バイパス流路側に設定し、前記第二温度センサの出力が所定値に達したら前記熱交換器三方バルブを、前記熱交換器側に切替える請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料改質システム。