JP3719422B2 - 燃料改質システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料改質システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料改質システムとして特開平８−２７３６９０号公報に開示されるものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空気（酸素を含む気体）と原料とを用いて改質器では改質反応と部分酸化反応とを行って水素を含む改質ガスを生成するのであるが、この水素リッチな改質ガスには一酸化炭素が含まれ、この一酸化炭素は小量であっても固体高分子型燃料電池の、白金等からなる電極触媒を被毒し、その活性を著しく低下させてしまう。
【０００４】
このため、上記従来装置には、「一酸化炭素検出装置により検出される一酸化炭素の濃度に基づいて改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減させるよう改質器の運転を制御する」との記載があり、この記載から類推して、改質ガス中の一酸化炭素濃度が燃料電池の仕様から定まる所定値を越えたときには、改質器の温度を下げるように制御するものと思われる。これは、改質器の温度を下げると生成される改質ガス流量が低下し、改質ガス中の一酸化炭素成分も低下すると思われるからである。
【０００５】
しかしながら、従来装置では一酸化炭素除去触媒の処理能力を考慮していないので、燃料電池への改質ガス中の一酸化炭素成分の増加を検出した場合に改質器の温度を下げるだけでは、燃料電池への改質ガス中の一酸化炭素成分を低下させるまでに時間がかかり過ぎたり、改質器の温度低下代が大きくなり過ぎる場合がある。
【０００６】
これについて説明すると、一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合には、燃料電池への改質ガス中の一酸化炭素成分が増加したからといって、その増加分を一酸化炭素除去装置によってはほとんど除去できないので、その増加分の全てを改質器の温度低下によって低減させる必要がある。これに対して、一酸化炭素除去触媒の処理能力に限界よりの余裕代がある場合には、その余裕代に対応する一酸化炭素成分を一酸化炭素除去装置によって除去できるで、その分だけ改質器の温度低下代を小さくできる。
【０００７】
このように、燃料電池への改質ガス中の一酸化炭素成分が増加した場合にその増加した一酸化炭素成分を過不足なく除去するには、一酸化炭素除去触媒の処理能力に応じて改質器の温度低下代を変化させることが好ましいのであるが、従来装置では一酸化炭素除去触媒の処理能力を考慮していないので、例えば一酸化炭素除去触媒の処理能力に限界よりの余裕代がある場合に対して、改質器の温度低下代を設定すると、一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合に改質器の温度低下代が足りず、未処理の一酸化炭素が燃料電池に流れ込む状態がしばらく続き燃料電池の発電性能にダメージを与えることが考えられる。
【０００８】
また、一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合に対して、改質器の温度低下代を設定すると、一酸化炭素除去触媒の処理能力に限界よりの余裕代がある場合に改質器の温度低下代が過度に大きくなる（無駄に改質器の温度を低下させる）。
【０００９】
そこで本発明は、一酸化炭素除去装置の運転状態に応じて一酸化炭素除去装置の限界運転状態を回避する限界運転状態回避手段を設けることにより、一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界を超えた運転へと移行することを防止して未処理の一酸化炭素が燃料電池に流入することがないようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、酸素を含む気体と原料とを用いて改質反応と部分酸化反応とを行って水素を含む改質ガスを生成する改質器と、改質ガス中の一酸化炭素を水と反応させるシフト反応と、このシフト反応でも反応せずに残る一酸化炭素を酸素を含む気体を用いて酸化させる部分酸化反応とで改質ガス中に含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去装置と、この一酸化炭素除去装置におけるシフト反応と部分酸化反応による発熱を冷媒により冷却する冷却装置と、一酸化炭素除去装置により一酸化炭素の除去された改質ガスと酸素とを反応させて発電する燃料電池とを備えた燃料改質システムにおいて、一酸化炭素除去装置の運転状態に応じて一酸化炭素除去装置の一酸化炭素除去触媒が処理能力の限界にある限界運転状態を回避する限界運転状態回避手段を備える。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、一酸化炭素除去装置の運転状態に応じて一酸化炭素除去装置の限界運転状態を回避するようにしたので、限界運転状態が回避された状態での一酸化炭素除去装置には、一酸化炭素を除去し得る処理能力が生じることから、改質ガス中の一酸化炭素成分が急に増えることがあっても、その増えた分の一酸化炭素成分を、この一酸化炭素除去装置に生じる一酸化炭素成分の処理能力によって除去することができる。すなわち、一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界を超えた運転へと移行することを防止して未処理の一酸化炭素が燃料電池に流入することを防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態を示す。まず燃料改質システムとしての基本的な構成および動作につき説明する。
【００１３】
図において原料タンク２内の水と原料タンク３内の燃料であるメタノールとが水供給装置４、メタノール供給装置５より蒸発器６内に送られて加熱蒸発され、水とメタノールの混合蒸気（原料蒸気）となって改質器８に供給される。ここで、水供給装置４、メタノール供給装置５は、主にフィードポンプとインジェクタからなっている。
【００１４】
水流量とメタノール流量の目標値は燃料電池１７で要求する発電量に基づいてコントローラ３１により算出され、それぞれの目標値になるようにコントローラ３１がそれぞれの供給装置４、５内の流量制御装置（インジェクタ）を制御する。当該燃料電池システムを車両に適用した場合には、上記の要求発電量はドライバのアクセルペダルの踏み込み量に基づいて算出する。
【００１５】
また、コンプレッサ７より空気（酸素を含む気体）が改質器８に圧送（送気）される。コンプレッサ７は、燃料電池システム全体で必要とする空気を全て供給するため、流量センサ１５により検出されるコンプレッサ吐出流量が、改質器８に供給する空気流量と一酸化炭素除去装置９に供給する空気流量と燃料電池１７で必要とされる空気流量との総和と等しくなるように、流量制御器１６がコンプレッサ７の回転速度を制御する。この場合、流量制御器１６による制御には非干渉制御方式を採用している（特開２００１−３３８６５９号公報参照）。
【００１６】
改質器８は、水、メタノールの混合蒸気と空気中の酸素とを改質反応させて水素リッチな改質ガスを生成する。改質器８は、部分酸化反応による発熱とメタノールの分解反応による吸熱とがバランスするオートサーマル条件で運転される。
【００１７】
改質器８のサイズや構成、あるいは触媒の性能が決まれば、燃料であるメタノールの流量に対する水蒸気の流量、あるいはメタノールの流量に対する空気中の酸素流量といった流量比はほぼ定まる。
【００１８】
ここで、改質器８の構成が、図２１に示したように一方向に長い円筒状の容器８ａ内に部分酸化反応と改質反応とを共に行う触媒８ｂを充填し、長手方向の一端（図で左端）に原料入口８ｃ及びその近くに空気入口８ｄを、長手方向他端（図で右端）にガス出口８ｅを開口したものであり、こうした改質器８の構成によれば、部分酸化反応に必要な空気流量の全てを空気入口８ｄより供給したとき、改質器８内の触媒温度が目標運転温度Ｔｍ（例えば４００℃）を超えることがあるので、空気入口８ｄよりも下流側に空気中間入口８ｆを設け、これら空気入口８ｄと空気中間入口８ｆとの２つから空気を分散して供給するようにしている。このため、コントローラ３１では、空気入口８ｄからの空気流量（この空気流量を以下「空気入口流量」という。）と空気中間入口８ｆからの空気流量（この空気流量を以下「空気中間流量」という。）とが最適となるように目標値を定めており、流量センサ３２により検出される実際の空気入口流量が目標値と一致するように流量制御弁２１（空気入口流量調整装置）の開度を制御すると共に、流量センサ３３により検出される実際の空気中間流量が目標値と一致するように流量制御弁２２（空気中間流量調整装置）の開度を制御する。
【００１９】
改質器８で生成される水素リッチな改質ガスには数％オーダーの一酸化炭素が含まれ、この一酸化炭素は固体高分子型燃料電池１７の、白金等からなる電極触媒を被毒し、その活性を著しく低下させてしまうので、シフト反応部およびＰＲＯＸ反応部（選択酸化反応部）からなる一酸化炭素除去装置９により、数十ｐｐｍにまで一酸化炭素を低減した上で燃料電池１７に供給する必要がある。
【００２０】
数％オーダーの一酸化炭素を含む改質ガスは、シフト反応部に送られ、シフト反応の早い触媒により一酸化炭素が低減される。シフト反応部の運転温度は例えば２００℃〜３００℃であり、熱力学的化学平衡により０．数％オーダーの一酸化炭素を含む改質ガスとなる。シフト反応により一酸化炭素の低減された改質ガスはＰＲＯＸ反応部に送られ、触媒酸化反応（発熱）によりさらに一酸化炭素が数十ｐｐｍにまで低減される。
【００２１】
触媒酸化反応に必要な酸素はコンプレッサ７より空気として供給される。
【００２２】
一酸化炭素除去装置９のすぐ下流には一酸化炭素センサ３５を備える。この一酸化炭素センサ３５からの信号が入力されるＣＯ制御器では１０では、センサ３５により検出される実際の一酸化炭素の濃度が燃料電池１７の仕様により決まる所定値以下に収まるように一酸化炭素除去装置９に供給する空気流量の目標値を算出する。この目標値を受けて流量制御器１１では流量センサ３４により検出される実際の空気流量がこの空気流量の目標値と一致するように流量制御弁２３（空気流量調整装置）の開度を制御する。
【００２３】
ＰＲＯＸ反応部では、水素雰囲気下で酸化反応を行うため、水素の燃焼反応（発熱反応）も併発する。上記の触媒酸化反応（発熱）ならびにこの水素の燃焼反応（発熱反応）による発熱を除去し、運転温度を例えば百数十℃に維持するために、冷却器１２からの冷媒により一酸化炭素除去装置９を冷却している。すなわち、温度制御器１３では、温度センサ３６により検出される一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が上限値を超えないように一酸化炭素除去装置９に供給する冷媒流量の目標値を算出し、この目標値を受ける流量制御器１４では流量センサ３７により検出される実際の冷媒流量がこの冷媒流量の目標値と一致するように流量制御弁２４（冷媒流量調整装置）の開度を制御する。
【００２４】
このようにして極めて低レベルな濃度にまで一酸化炭素が低減された改質ガスとコンプレッサ７からの空気とが燃料電池１７の燃料極と空気極に送気され、燃料電池１７では空気中の酸素と改質ガス中の水素とを電気化学的に反応させて発電する。
【００２５】
燃料電池１７において、改質ガス中の水素を全て利用することは困難であり、一部の水素を残した、発電に使用済みの改質ガスと、一部の酸素を残した、発電に使用済みの空気とを、触媒燃焼器１８に送り燃焼させる。得られた高温の燃焼ガスは、蒸発器６に送られ、メタノールと水の蒸発のエネルギーとして再利用される。
【００２６】
こうした燃料改質システムは、本実施形態は車両に搭載され、燃料電池１７から取り出される負荷電流は、インバータ１９を介して車両駆動用のモータ２０に流される。ここでは、インバータ１９及び駆動モータ２０が、燃料電池１７で発電した電力を消費する負荷装置である。
【００２７】
こうした燃料改質システムを前提として、一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合には、一酸化炭素除去装置９によっては現在処理している一酸化炭素成分を超える一酸化炭素成分を除去することができないので、本発明では、一酸化炭素除去装置９の運転状態に応じて一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にあるかどうかを判定し、この判定結果より一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合にその処理能力の限界での運転を回避する。
【００２８】
ここで、一酸化炭素除去装置９の運転状態を検出するためのパラメータは、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１、一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２、一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａ、一酸化炭素除去装置９の冷媒流量Ｑｒｅｆの４つで、入口触媒温度Ｔｃｏ１は温度センサ３６により、出口触媒温度Ｔｃｏ２は温度センサ３８により、空気流量Ｑｃｏａは流量センサ３４により、冷媒流量Ｑｒｅｆは流量センサ３７によりそれぞれ検出している。
【００２９】
なお、一酸化炭素除去装置９はシフト反応部とＰＲＯＸ反応部とに別々に構成され、シフト反応部（シフト反応器）が上流側に、ＰＲＯＸ反応部（ＰＲＯＸ反応器）が下流側に配置されるため、一酸化炭素除去触媒９の入口触媒とはシフト反応を行わせるための触媒を、これに対して一酸化炭素除去触媒９の出口触媒とはＰＲＯＸ反応を行わせるための触媒を指す。
【００３０】
また、一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合とは次の〈１〉から〈７〉までの７つであり、各場合のいずれかに該当するとき、その該当する場合に対応するアクションを行う。
〈１〉一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸを超えかつ一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸを超えている場合に、アクション１−Ａの操作として、次の操作を行う。
【００３１】
▲１▼改質器８への原料流量を低下し、かつ改質器８への空気中の酸素流量を改質器への原料流量で割った値である流量比（以下単に「流量比」という。）が目標流量比よりも小さな所定値となるように改質器８への空気流量を減少させる。
【００３２】
ここで、流量比には質量流量比を採用する。このとき流量比は次式となる。
【００３３】
流量比＝（改質器への酸素質量流量）／（改質器への原料質量流量）…（１）
目標流量比は、改質器８での反応式により定まっている（一定値）。
【００３４】
▲２▼上記の２つの操作を実行する期間は原料流量の低下の効果が現れて改質ガス流量が低下し、改質ガス中の一酸化炭素成分が減少するまでの期間（所定期間）とし、所定期間の経過後には原料流量は低下させたまま、流量比が目標流量比まで増加するように改質器８への空気流量を増加する。
〈２〉一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が下限値Ｔｃｏ１ＭＩＮを下回り、かつ一酸化炭素除去装置９に供給する冷媒流量Ｑｒｅｆが下限値ＱｒｅｆＭＩＮを下回り、かつ一酸化炭素除去装置９に供給する空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮ以上の場合に、アクション２−Ａとして、アクション１−Ａと同じ上記の操作を行う。
〈３〉一酸化炭素除去装置９に供給する冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸを超え、かつ一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が上限値Ｔｃｏ１ＭＡＸと下限値Ｔｃｏ１ＭＩＮの間にあり、かつ一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸと下限値Ｔｃｏ２ＭＩＮの間にある場合に、アクション３−Ａとして、改質器８への原料流量を低下し、かつ流量比が目標流量比を維持するように改質器８への空気流量を減少させる。
〈４〉一酸化炭素除去装置９への冷媒流量、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度、一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度に関わらず、一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａが上限値ＱｃｏａＭＡＸを超えた場合に、アクション４−Ａとして、改質器８への空気流量を減少させる。
〈５〉一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸを超え、かつ一酸化炭素除去装置９に供給する冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸ以下の場合に、アクション５−Ａとして、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量を増加する。
〈６〉一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が下限値Ｔｃｏ１ＭＩＮを下回り、かつ一酸化炭素除去装置９に供給する冷媒流量Ｑｒｅｆが下限値ＱｒｅｆＭＩＮ以上の状態で、かつ一酸化炭素除去装置９に供給する空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮ以上の場合に、アクション６−Ａとして、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量を下げる。
〈７〉一酸化炭素除去装置９の冷媒流量、入口触媒温度、出口触媒温度に関わらず、一酸化炭素除去装置９に供給している空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮを下回る場合に、アクション７−Ａとして、改質器８への原料流量と空気流量を徐々に低下させると共に燃料電池の発電を停止する。
【００３５】
上記〈１〉〜〈７〉に出てきた温度や流量の限界値に影響する因子は次の通りである。すなわち、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度の上限値Ｔｃｏ１ＭＡＸ、下限値Ｔｃｏ１ＭＩＮ及び出口触媒温度の上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸ、下限値Ｔｃｏ２ＭＩＮは一酸化炭素除去装置９の容量と触媒の耐熱性により、一酸化炭素除去装置９に供給する空気流量の上限値Ｑｃｏａ、下限値Ｑｃｏａはコンプレッサ７の能力により、また冷媒流量の上限値ＱｒｅｆＭＡＸ、下限値ＱｒｅｆＭＩＮは冷媒を吐出するポンプの能力により定まる。
【００３６】
上記の〈１〉、〈２〉、〈３〉、〈４〉ではいずれも改質器８への空気流量を減少させるのであるが、〈１〉、〈２〉、〈３〉と〈４〉とでは目的が異なり、かつ改質器８への空気を空気入口８ｄと空気中間入口８ｆの２つから供給し得るので、目的の違いに合わせて改質器８への空気流量の減少の仕方を次のように異ならせている。
【００３７】
１）上記〈１〉、〈２〉のように改質器８での原料転化率の低下を目的とするときには、まず空気中間流量を減らして空気入口流量は変えない。空気中間入口８ｆから供給する空気は、改質器８の入口触媒温度が高温になるため空気入口８ｄから供給できなかった分であり補助的な役割である。従って、補助的な役割をするほうから減少させる。この場合に、改質器８の空気入口８ｄ付近の触媒温度は変わらないが、空気中間入口８ｆ付近の触媒温度は下がる。
【００３８】
そして、空気中間流量を減らしつづけてゼロになりさらに改質器８への空気流量の減少が必要になったときには、空気入口流量を減少するようにする。
【００３９】
また、上記〈３〉での改質器８への空気流量の減少は、改質器８での原料転化率の維持を目的とするので、上記〈１〉、〈２〉での改質器８への空気流量の減少と同じに扱う。
【００４０】
２）上記〈４〉のように、改質器８の温度低下を目的とするときには、改質器８の空気入口８ｄ付近の触媒温度と改質器８の空気中間入口８ｆ付近の触媒温度を共に下げるようにする。そのため、空気入口流量と空気中間流量を共に下げる。
【００４１】
次に、コントローラ３１で実行される上記〈１〉〜〈７〉の制御を以下のフローチャートに基づいて詳述する。
【００４２】
図２は上記７つの場合が成立したかどうかの判定を行うためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。
【００４３】
本実施形態ではステップ２〜８で上記〈１〉〜〈７〉に記述の各場合に該当するかどうかの判定を１回の処理ですべて実行するため、２以上の場合に同時に該当することがあり、このとき、同時に該当した各場合に対応するアクションを行わせたのでは、異なるアクションが重なってしまい、支障が生じないともかぎらない。そこで、７つの各場合の判定の順番を図２のように定めており、２つ以上の場合に同時に該当するときには、判定の順番が後だった場合に対応するアクションを実行させるようにしている。
【００４４】
図２においてステップ１では、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１、出口触媒温度Ｔｃｏ２、一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａ、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆを読み込む。
【００４５】
ここで、入口触媒温度Ｔｃｏ１、出口触媒温度Ｔｃｏ２は温度センサ３６、３８（触媒温度検出手段）により、空気流量Ｑｃｏａは流量センサ３４（空気流量検出手段）により、冷媒流量Ｑｒｅｆは流量センサ３７（冷媒流量検出手段）により検出している。
【００４６】
ステップ２〜８はこの順に上記７つの場合が成立したかどうかを個別にみる部分であり、７つの各場合が成立したときフラグを立てるようにしている。この場合、フラグの名称は７つの各場合に対応して７つのフラグＦＬＡＧ Ｊ１〜ＦＬＡＧ Ｊ７（ゼロに初期設定）を導入している。従って、各場合が成立したとき、その成立した場合に対応するフラグがフラグ＝１となる。このため、ステップ２〜８ではフラグの設定、非設定を行うことになる。
【００４７】
次に、図２に示したステップ２〜８の各判定の内容を判定毎に説明する。
【００４８】
図３（図２のステップ２のサブルーチン）は上記〈１〉に記載した場合が成立したかどうかを判定するためのものである。
【００４９】
ステップ３１でフラグＦＬＡＧ Ｊ１をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ３２、３３に進み、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆとその上限値ＱｒｅｆＭＡＸを、また一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２とその上限値Ｔ２ＭＡＸを比較する。
【００５０】
一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸを超えており、かつ一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔ２ＭＡＸを超えている場合には上記〈１〉に記載した場合が成立したと判断し、ステップ３４に進んでフラグＦＬＡＧ Ｊ１＝１とする。
【００５１】
一方、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸ以下であるときや一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔ２ＭＡＸ以下であるときにはステップ３５に進んでＦＬＡＧ Ｊ１＝０とする。
【００５２】
ＦＬＡＧ Ｊ１＝１になると、次回からはステップ３１よりステップ３６に進み、終了フラグＦＬＡＧ Ｅ１をみる。このフラグは後述するアクション１−Ａが終了したとき１となるフラグである（図１２ステップ１４６参照）。ＦＬＡＧ Ｅ１＝０であるあいだはそのまま終了し（このときＦＬＡＧ Ｊ１＝１）、ＦＬＡＧ Ｅ１＝１になると、ステップ３６よりステップ３５に進んでＦＬＡＧ Ｊ１＝０とする。
【００５３】
図３のフローによれば、アクション１−Ａの実行中（ＦＬＡＧ Ｊ１＝１である）にＱｒｅｆがＱｒｅｆＭＡＸ以下となったりＴｃｏ２がＴｃｏ２ＭＡＸ以下となったタイミングでアクション１−Ａの実行が中断されることはない。
【００５４】
図４（図２のステップ３のサブルーチン）は上記〈２〉に記載した場合が成立したかどうかを判定するためのものである。
【００５５】
ステップ４１でフラグＦＬＡＧ Ｊ２をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ４２、４３、４４に進み、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１とその下限値ＴｃｏＭＩＮを、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆとその下限値ＱｒｅｆＭＩＮを、また一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａとその下限値ＱｃｏａＭＩＮを比較する。
【００５６】
一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が下限値ＴｃｏＭＩＮ未満であり、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが下限値ＱｒｅｆＭＩＮ未満でありさらに一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮ以上である場合には上記〈２〉に記載した場合が成立したと判断し、ステップ４５に進んでＦＬＡＧ Ｊ２＝１とする。
【００５７】
一方、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が下限値ＴｃｏＭＩＮ以上であるとき、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが下限値ＱｒｅｆＭＩＮ以上であるときあるいは一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮ未満であるときにはステップ４６に進みＦＬＡＧ Ｊ２＝０とする。
【００５８】
ＦＬＡＧ Ｊ２＝１になると、次回からはステップ４１よりステップ４７に進み終了フラグＦＬＡＧ Ｅ２をみる。この終了フラグは、後述するアクション２−Ａが終了したとき１となるフラグである。ＦＬＡＧ Ｅ２＝０であるあいだはそのまま終了し（このときＦＬＡＧ Ｊ２＝１）、ＦＬＡＧ Ｅ２＝１になると、ステップ４７よりステップ４６に進んでＦＬＡＧ Ｊ２＝０とする。
【００５９】
図４のフローによれば、アクション２−Ａの実行中（ＦＬＡＧ Ｊ２＝１である）にＴｃｏ１がＴｃｏＭＩＮ以上となったり、ＱｒｅｆがＱｒｅｆＭＩＮ以上となったりあるいはＱｃｏａがＱｃｏａＭＩＮ未満となったタイミングでアクション２−Ａの実行が中断されることはない。
【００６０】
図５（図２のステップ４のサブルーチン）は上記〈３〉に記載した場合が成立したかどうかを判定するためのものである。
【００６１】
ステップ５１でフラグＦＬＡＧ Ｊ３をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ５２、５３、５４に進み、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆとその上限値ＱｒｅｆＭＡＸを、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１とその上限値Ｔｃｏ１ＭＡＸ及び下限値Ｔｃｏ１ＭＩＮを、また一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２とその上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸ及び下限値Ｔｃｏ２ＭＩＮを比較する。
【００６２】
一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸを超えており、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が上限値Ｔｃｏ１ＭＡＸと下限値Ｔｃｏ１ＭＩＮの間にあり、かつ一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸと下限値Ｔｃｏ２ＭＩＮの間にある場合には、上記〈３〉に記載した場合が成立したと判断し、ステップ５５に進んでＦＬＡＧ Ｊ３＝１とする。
【００６３】
一方、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸ以下であったり、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が上限値Ｔｃｏ１ＭＡＸと下限値Ｔｃｏ１ＭＩＮの間になかったりまたは一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸと下限値Ｔｃｏ２ＭＩＮの間になかったりするときにはステップ５６に進みＦＬＡＧ Ｊ３＝０とする。
【００６４】
ＦＬＡＧ Ｊ３＝１になると、ステップ５２以降に進むことなくそのまま終了する。これは、上記〈３〉に記載した場合の成立を判定したときには、その判定結果を運転を停止するまで持ちづけるようにするためである。
【００６５】
図６（図２のステップ５のサブルーチン）は上記〈４〉に記載した場合が成立したかどうかを判定するためのものである。
【００６６】
ステップ６１でフラグＦＬＡＧ Ｊ４をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ６２に進み一酸化炭素除去装置９へｍｐ空気流量Ｑｃｏとその上限値ＱｃｏＭＡＸを比較する。
【００６７】
一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏが上限値ＱｃｏＭＡＸを超える場合には上記〈４〉に記載した場合が成立したと判断し、ステップ６３に進んでフラグＦＬＡＧ Ｊ４＝１とする。
【００６８】
一方、一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏが上限値ＱｃｏＭＡＸ以下であるときにはステップ６４に進みフラグＦＬＡＧ Ｊ４＝０とする。
【００６９】
ＦＬＡＧ Ｊ４＝１になると、ステップ６２以降に進むことなくそのまま終了する。これは、上記〈４〉に記載した場合の成立を判定したときには、その判定結果を運転を停止するまで持ちづけるようにするためである。
【００７０】
図７（図２のステップ６のサブルーチン）は上記〈５〉に記載した場合が成立したかどうかを判定するためのものである。
【００７１】
ステップ７１でフラグＦＬＡＧ Ｊ５をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ７２、７３に進み、一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２とその上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸを、また一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆとその上限値ＱｒｅｆＭＡＸを比較する。
【００７２】
一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸを超えており、かつ一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸ以下である場合には上記〈５〉に記載した場合が成立したと判断し、ステップ７４に進んでフラグＦＬＡＧ Ｊ４＝１とする。
【００７３】
一方、一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸ以下であるときや一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸを超えているときにはステップ７５に進みフラグＦＬＡＧ Ｊ５＝０とする。
【００７４】
ＦＬＡＧ Ｊ５＝１になると、ステップ７２以降に進むことなくそのまま終了する。これは、上記〈５〉に記載した場合の成立を判定したときには、その判定結果を運転を停止するまで持ちづけるようにするためである。
【００７５】
図８（図２のステップ７のサブルーチン）は上記〈６〉に記載した場合が成立したかどうかを判定するためのものである。
【００７６】
ステップ８１でフラグＦＬＡＧ Ｊ６をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ８２、８３、８４に進み、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１とその下限値Ｔｃｏ２ＭＩＮを、また一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆとその下限値ＱｒｅｆＭＩＮを、また一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａとその下限値ＱｃｏａＭＩＮを比較する。
【００７７】
一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が下限値Ｔｃｏ２ＭＩＮを下回っており、かつ一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが下限値ＱｒｅｆＭＩＮ以上であり、かつ一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮ以上である場合には上記〈６〉に記載した場合が成立したと判断し、ステップ８５に進んでフラグＦＬＡＧ Ｊ６＝１とする。
【００７８】
一方、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が下限値Ｔｃｏ２ＭＩＮ以上であるときや一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが下限値ＱｒｅｆＭＩＮを下回っているときや一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮを下回っているときにはステップ８６に進みフラグＦＬＡＧ Ｊ６＝０とする。
【００７９】
ＦＬＡＧ Ｊ６＝１になると、ステップ８２以降に進むことなくそのまま終了する。これは、上記〈６〉に記載した場合の成立を判定したときには、その判定結果を運転の停止まで持ちづけるようにするためである。
【００８０】
図９（図２のステップ７のサブルーチン）は上記〈７〉に記載した場合が成立したかどうかを判定するためのものである。
【００８１】
ステップ９１でフラグＦＬＡＧ Ｊ７をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ９２に進み一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａとその下限値ＱｃｏａＭＩＮを比較する。
【００８２】
一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮ未満である場合には上記〈７〉に記載した場合が成立したと判断し、ステップ９３に進んでフラグＦＬＡＧ Ｊ７＝１とする。
【００８３】
一方、一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮ以上であるときにはステップ９４に進みフラグＦＬＡＧ Ｊ７＝０とする。
【００８４】
ＦＬＡＧ Ｊ７＝１になると、ステップ９２以降に進むことなくそのまま終了する。これは、上記〈７〉に記載した場合の成立を判定したときには、その判定結果を運転を停止するまで持ちづけるようにするためである。
【００８５】
このようにして図２のフローの今回の処理を全て終了する。
【００８６】
図２においてステップ２〜８を実行した後には、２以上のフラグが同時に１になることがあり得る。フラグ＝１のときには、そのフラグに対応したアクションを実行するのであるから、２以上のフラグが同時に１になったときには、アクションが重なり支障が生じ得ることが考えられなくもない。そこで、アクションが重なった場合は、図２において判定の順番が後だった方のフラグに従うため、次のようにアクションを実行する。すなわち図１０に示したように、
〔１〕フラグＦＬＡＧ Ｊ７＝１であるとき、ステップ１０１よりステップ１０８に進み、アクション７−Ａを実行する。
〔２〕フラグＦＬＡＧ Ｊ７＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ６＝１であるときステップ１０１、１０２、１０９と進みアクション６−Ａを実行する。
〔３〕フラグＦＬＡＧ Ｊ７＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ６＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ５＝１であるときステップ１０１、１０２、１０３、１１０と進みアクション５−Ａを実行する。
〔４〕フラグＦＬＡＧ Ｊ７＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ６＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ５＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ４＝１であるときステップ１０１、１０２、１０３、１０４、１１１と進みアクション４−Ａを実行する。
〔５〕フラグＦＬＡＧ Ｊ７＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ６＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ５＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ４＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ３＝１であるときステップ１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１１２と進みアクション３−Ａを実行する。
〔６〕フラグＦＬＡＧ Ｊ７＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ６＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ５＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ４＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ３＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ２＝１であるときステップ１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１１３と進みアクション２−Ａを実行する。
〔７〕フラグＦＬＡＧ Ｊ７＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ６＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ５＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ４＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ３＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ２＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ１＝１であるときステップ１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１１４と進みアクション１−Ａを実行する。
〔８〕７つのフラグがすべてゼロであるときは何もしない。ここで、７つのフラグがすべてゼロであるときを「通常時」と定義する。
【００８７】
次に、図１０に示したステップ１０８〜１１４の各アクションの内容をアクション毎に説明する。
【００８８】
図１１、図１２はアクション１−Ａにおける改質器８の目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２及び蒸発器６の目標原料流量ｔＱｇｅｎを演算するためのものである。図１１、図１２は図１０ステップ１１４のサブルーチンであるため、図１０の制御周期と同じ制御周期で実行される。
【００８９】
なお、フローを複雑化させないため、図１１、図１２のフロー並びに後述する図１６、図１７、図１８、図１９のフローは負荷が大きく変化しない定常時を対象として作成している。
【００９０】
具体的に説明する。ステップ１２１、１２２は上記７つの各場合がいずれも成立しない場合（通常時）に最適な改質効率が得られる改質器８の空気流量（空気入口流量と空気中間流量）を算出する部分である。
【００９１】
ステップ１２１では蒸発器６の目標原料流量ｔＱｇｅｎ［ｋｇ／ｍｉｎ］、改質器８の目標空気流量ｔＱａ［ｋｇ／ｍｉｎ］、この目標空気流量ｔＱａを改質器８の空気入口８ｄと空気中間入口８ｆとに配分する配分比を読み込む。これら３つの値は図示しないフローにより演算されている。例えば、ｔＱｇｅｎ、ｔＱａ、配分比は図１３、図１４、図１５のような特性である。
【００９２】
ここで、目標流量比は、
目標流量比
＝目標酸素流量［ｋｇ／ｍｉｎ］／目標原料流量［ｋｇ／ｍｉｎ］
＝ｔＱａ×０．２１／ｔＱｇｅｎ…（ａ）
の式により定まる値であり、目標流量比は一定値であるから、（ａ）式をｔＱａについて整理すると次式が得られる。
【００９３】
ｔＱａ＝目標流量比×ｔＱｇｅｎ／０．２１…（ｂ）
この（ｂ）式をテーブル化すれば図１４の特性が得られる。
【００９４】
ステップ１２１では温度センサ３９からの改質器８の入口触媒温度Ｔｋａｉ１も読み込んでいる。
【００９５】
ステップ１２２では改質器８の目標空気流量ｔＱａと配分比を用いて、
Ｑｍ１０＝ｔＱａ×配分比…（２）
Ｑｍ２０＝ｔＱａ×（１−配分比）…（３）
の式により基本空気入口流量Ｑｍ１０、基本空気中間流量Ｑｍ２０を算出する。
【００９６】
これらの値を流量制御弁２１、２２に与えてやれば、上記７つの各場合がいずれも成立しないとき（通常時）、改質器８において最適な原料転化率が得られる。
【００９７】
ステップ１２４ではフラグＦＬＡＧ Ａ１をみる。フラグＦＬＡＧ Ａ１はゼロに初期設定されているので、ステップ１２４に進み改質器８への原料流量を所定値（正の一定値）Δ１だけ減少させるため、
ｔＱｇｅｎ１＝ｔＱｇｅｎ−Δ１…（４）
の式により蒸発器６の目標原料流量ｔＱｇｅｎ１［ｋｇ／ｍｉｎ］を算出する。
【００９８】
（４）式の所定値Δ１には改質器出口の改質ガス流量が明らかに減少し、改質ガス中の一酸化炭素成分もそれに比例して明らかに減少する値を選択する。最終的には実験結果に基づいて決める。
【００９９】
ステップ１２５では、減量して求めた目標原料流量ｔＱｇｅｎ１のもとで流量比が目標流量比より小さな所定値（所定流量比）となるように改質器８の目標空気流量ｔＱａ１を、
ｔＱａ１＝ｔＱｇｅｎ１×所定流量比／０．２１…（５）
の式により算出する。
【０１００】
ここで、（５）式右辺の分子であるｔＱｇｅｎ１×所定流量比は所定流量比となるときの酸素流量［ｋｇ／ｍｉｎ］であり、これを空気中の酸素割合である０．２１で割ることによって空気流量［ｋｇ／ｍｉｎ］を得ている。
【０１０１】
（５）式により、流量比が所定値となるまで改質器８への空気流量を低下させることで、改質器内の原料と酸素の割合（つまり反応状態）が変化し原料を水素リッチなガスに変化させる割合（転化率）が変わる。これによって改質ガス中に含まれる一酸化炭素成分が直ちに低下する。
【０１０２】
上記（５）式の所定流量比は、改質ガス中の一酸化炭素成分を有効に低下することができるように予め実験やシミュレーションで決めておく。
【０１０３】
ステップ１２５の操作により改質器８への空気流量を減少させるのは、流量比を変えて原料の転化率を変えることが目的であるので、改質器８の空気入口流量はそのままにしておいて、先に改質器８の空気中間流量を減少させる。その結果、空気中間流量がゼロになった場合に初めて空気入口流量を低下させる。これを実行するためステップ１２６で、
ｄＱａ＝ｔＱａ−ｔＱａ１…（６）
の式により空気流量の減量分ｄＱａを算出し、この減量分ｄＱａと基本空気中間流量Ｑｍ２０とをステップ１２７で比較する。減量分ｄＱａが基本空気中間流量Ｑｍ２０より小さい場合には、減量分ｄＱａの全てを空気中間流量の減量で賄うことができるためステップ１２８に進み、目標空気中間流量Ｑｍ２を、
Ｑｍ２＝Ｑｍ２０−ｄＱａ…（７）
の式により算出する。このときには基本空気入口流量Ｑｍ１０をそのまま目標空気入口流量Ｑｍ１とする（ステップ１２８）。
【０１０４】
一方、減量分ｄＱａが基本空気中間流量Ｑｍ２０を超える場合には、ｄＱａの全てを空気中間流量の減量で賄うことができないので、ステップ１２７よりステップ１２９に進み目標空気中間流量Ｑｍ２をゼロとし、足りない分（ｄＱａ−Ｑｍ２０）を空気入口流量から低減するため、目標空気入口流量Ｑｍ１を、
Ｑｍ１＝Ｑｍ１０−（ｄＱａ−Ｑｍ２０）…（８）
の式により算出する。
【０１０５】
これでアクション１−Ａにおける目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２の算出を終了するので、ステップ１３０、１３１でフラグＦＬＡＧ Ａ１＝１としかつタイマを起動した後、ステップ１３２においてＱｍ１、Ｑｍ２とｔＱｇｅｎ１を出力レジスタに移す。ここで、タイマはアクション１−Ａを開始してからの時間を計測するためのもので、起動によりタイマ値ｔがゼロとなり、時間と共に大きくなっていく。
【０１０６】
図示しないフローでは、流量センサ３２により検出される実際の空気入口流量がこのようにして算出した目標空気入口流量Ｑｍ１と一致するように流量制御弁２１の開度が、また流量センサ３３により検出される実際の空気中間流量がこのようにして算出した目標空気中間流量Ｑｍ２と一致するように流量制御弁２２の開度が制御される。なお、これらの流量制御弁２１、２２に代えて、ガス流体用の流量制御一体型の制御弁を用いてもかまわない。当該制御弁では流量センサを内蔵しており、算出した目標空気流量Ｑｍ１、Ｑｍ２を入力として与えると、この値と内蔵の流量センサにより検出される実流量とが一致するように弁開度が駆動される。
【０１０７】
また、このようにして算出した目標原料流量ｔＱｇｅｎの原料が改質器８に供給されるように水、メタノールの供給装置４、５内の流量制御装置（インジェクタ）が制御される。
【０１０８】
フラグＦＬＡＧ Ａ１＝１としたことより次回以降はステップ１２３よりステップ１３３に進み、タイマ値ｔと所定値（正の一定値）ｔ０を比較する。所定値ｔ０はアクション１−Ａの開始により原料流量の低下の効果が現れて改質ガス流量が低下し、改質ガス中の一酸化炭素成分が減少するまでの期間を設定している。なお、アクション１−Ａの開始によって改質ガス中には未反応の原料が多く含まれるようになり、この状態が長く続くと燃料電池１７に悪影響を与え発電性能を低下させてしまうので（例えば未反応の原料がメタノールである場合については特開平８−２７３６９０号公報参照）、ｔ０は長く設定しすぎないようにしなければならない。具体的には予め行った実験やシミュレーションの結果から決定する。
【０１０９】
タイマ値ｔがｔ０未満であるときには、原料流量の低下を継続するためステップ１３４に進み現状を維持する。すなわち、Ｑｍ１、Ｑｍ２、ｔＱｇｅｎ１について前回値をそのまま今回値としたあと、ステップ１３２の操作を実行する。
【０１１０】
なお、図ではＱｍ１の前回値を「Ｑｍ１（前回）」、Ｑｍ２の前回値を「Ｑｍ２（前回）」、ｔＱｇｅｎ１の前回値を「ｔＱｇｅｎ１（前回）」で表している。
【０１１１】
やがてタイマ値ｔがｔ０以上になると、ステップ１３３より図１２のステップ１３５以降の復帰操作に進む。
【０１１２】
ステップ１３５で温度センサ３９により検出されている改質器８の入口触媒温度Ｔｋａｉ１と改質器８の目標運転温度Ｔｍ（例えば４００℃）を比較する。アクション１−Ａ開始後の原料流量の低下により改質器８の入口触媒温度は低下するので、タイマ値ｔがｔ０以上となってステップ１３５に進んできた当初はＴｋａｉ１がＴｍより低くなっている。従ってこのときにはステップ１３６に進んで、
ΔＴ＝Ｔｍ−Ｔｋａｉ１…（９）
の式により目標運転温度Ｔｍからの温度差ΔＴを算出し、この温度差ΔＴを無くすためステップ１３７で温度差ΔＴに基づいて公知の比例積分動作を行ってフィードバック量Ｑｆｂを算出する。
【０１１３】
ステップ１３８では、
Ｑｍ１＝Ｑｍ１（前回）＋Ｑｆｂ…（１０）
ただし、Ｑｍ１（前回）：Ｑｍ１の前回値、
の式により目標空気入口流量Ｑｍ１を算出する。ここで、温度差ΔＴが正の値のときにはＱｆｂが正の値となり、Ｑｍ１が増やされる。タイマ値ｔがｔ０以上となってステップ１３５に進んできた当初のＱｍ１（前回）は、タイマ値ｔがｔ０以上となる直前のＱｍ１である。
【０１１４】
ステップ１３９ではこの目標空気入口流量Ｑｍ１と基本空気入口流量Ｑｍ１０を比較する。Ｑｍ１０がＱｍ１より大きいことは、改質器８の空気入口８ｄより供給しきれない空気が残ってしまうことを表すので、この場合には改質器８の空気入口８ｄより供給しきれない空気を空気中間入口８ｆから供給するため、ステップ１４０に進んで、
Ｑｍ２＝Ｑｍ１０−Ｑｍ１…（１１）
の式により目標空気中間流量Ｑｍ２を算出する。
【０１１５】
一方、Ｑｍ１０がＱｍ１以下であるときには改質器８の空気入口流量の増加のみで十分であるので、ステップ１４１に進みＱｍ２＝０とする。
【０１１６】
ステップ１４２では蒸発器６の目標原料流量ｔＱｇｅｎ１の値を維持し、ステップ１４３の操作を実行する。
【０１１７】
ステップ１３６〜１４３の操作を繰り返すと、やがて改質器８の入口触媒温度Ｔｋａｉ１が目標運転温度Ｔｍ以上となるので、このときにはステップ１３５よりステップ１４４に進み、改質器８への現在の空気流量を維持するとともに、次回に備えるためステップ１４５、１４６でフラグＦＬＡＧ Ａ１＝０、終了フラグＦＬＡＧ Ｅ１＝１とした後、ステップ１４２、１４３の操作を実行する。
【０１１８】
ＦＬＡＧ Ｅ１＝１となれば、図３においてステップ３１、３６よりステップ３５へと進みＦＬＡＧ Ｊ１＝０となる。この結果、再び上記〈１〉に記載した場合が成立するかどうかが図３のフローにより判定され、上記〈１〉に記載した場合が成立すれば再びＦＬＡＧ Ｊ１＝１となり、アクション１−Ａが実行される。
【０１１９】
次に、アクション２−Ａの内容についてであるが、これはアクション１−Ａと同様なので、フローは作成していない。あえて作成するとすれば、図１１、図１２においてフラグの名称を変える（ステップ１２３、１３１、１４５のフラグＦＬＡＧ Ａ１をＦＬＡＧ Ａ２に、ステップ１４６のフラグＦＬＡＧ Ｅ１をＦＬＡＧ Ｅ２に変える）だけでよい。
【０１２０】
図１６はアクション３−Ａにおける改質器８の目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２及び蒸発器６の目標原料流量ｔＱｇｅｎを演算するためのものである。図１６は図１０ステップ１１２のサブルーチンであり、図１０の制御周期と同じ制御周期で実行される。図１１、図１２と同一部分には同一のステップ番号を付けている。
【０１２１】
図１１、図１２と相違する部分を主に説明すると、ステップ１５３では改質器８への原料流量を所定値（正の一定値）Δ２だけ減少するため、上記（４）式に代えて、
ｔＱｇｅｎ１＝ｔＱｇｅｎ−Δ１…（１２）
の式により蒸発器６の目標原料流量ｔＱｇｅｎ１を算出する。
【０１２２】
またステップ１５４ではこのときの目標原料流量ｔＱｇｅｎ１でも流量比が目標流量比（一定値）となるように改質器８への目標空気流量ｔＱａ１を、上記（５）式に代えて、
ｔＱａ１＝ｔＱｇｅｎ１×目標流量比／０．２１…（１３）
の式により算出する。
【０１２３】
アクション３−Ａでは（後述するアクション４−Ａ〜７−Ａについても）、アクション１−Ａ、２−Ａと違って所定期間後の復帰動作を行うことはないので、図１１のステップ１３３、図１２のステップ１３５〜１４６の操作が図１６にはない。また、ステップ１５１では改質器の入口触媒温度Ｔｋａｉ１の読み込みも不要である。
【０１２４】
また、ステップ１５２、１５５ではアクション３−Ａに合わせてフラグの名称をアクション１−Ａと相違させている。
【０１２５】
図１７はアクション４−Ａにおける改質器８の目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２を演算するためのものである。図１７は図１０ステップ１１１のサブルーチンであり、図１０の制御周期と同じ制御周期で実行される。
【０１２６】
ステップ１６１で蒸発器６の目標原料流量ｔＱｇｅｎ、改質器８の目標空気流量ｔＱａ、配分比、改質器８の入口触媒温度Ｔｋａｉ１を読み込み、ステップ１６２で上記の（２）、（３）式により基本空気入口流量Ｑｍ１０、基本空気中間流量Ｑｍ２０を算出する。
【０１２７】
ステップ１６３ではフラグＦＬＡＧ Ａ４をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ１６４に進み、改質器８の実際の入口触媒温度Ｔｋａｉ１から所定値（正の一定値）θだけ低い値をアクション４−Ａにおける改質器８の目標温度Ｔｍ１として、つまり
Ｔｍ１＝Ｔｋａｉ１−θ…（１４）
の式によりアクション４−Ａにおける改質器８の目標温度Ｔｍ１を設定する。
【０１２８】
ステップ１６５では所定量（正の一定値）φの空気だけ改質器８への空気流量を減らすため、空気入口流量からの減量分ｄＱ１、空気中間流量からの減量分ｄＱ２を、
ｄＱ１＝φ×配分比…（１５）
ｄＱ２＝φ×（１−配分比）…（１６）
の式により算出し、ステップ１６６で基本値からこの減量分を差し引くことによって、つまり
Ｑｍ１＝Ｑｍ１−ｄＱ１…（１７）
Ｑｍ２＝Ｑｍ２−ｄＱ２…（１８）
の式により目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２を算出する。
【０１２９】
ステップ１６７ではフラグＦＬＡＧ Ａ４＝１とした後、ステップ１６８でＱｍ１、Ｑｍ２を出力レジスタに移す。
【０１３０】
フラグＦＬＡＧ Ａ４＝１となったことより次回にはステップ１６３よりステップ１６９に進み、改質器８の入口触媒温度Ｔｋａｉ１とアクション４−Ａにおける改質器８の目標温度Ｔｍ１を比較する。ステップ１６９に初めて進んできた当初はＴｋａｉ１がＴｍ１より高いので、さらに改質器８への空気流量を減らすためステップ１７０において、
Ｑｍ１＝Ｑｍ１（前回）−ｄＱ１…（１９）
Ｑｍ２＝Ｑｍ２（前回）−ｄＱ２…（２０）
ただし、Ｑｍ１（前回）：Ｑｍ１の前回値、
Ｑｍ２（前回）：Ｑｍ２の前回値、
の式により目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２を減量した後、ステップ１６８の操作を実行する。
【０１３１】
ステップ１７０の操作を繰り返し、改質器８への空気流量を減らしてゆくと、やがて改質器８の入口触媒温度Ｔｋａｉ１がアクション４−Ａにおける改質器８の目標温度Ｔｍ１以下に収まる。このときには、ステップ１６９よりステップ１７１に進んで改質器８への現在の空気流量を維持する。
【０１３２】
なお、図１７のフローは図１０の制御周期毎に実行する構成であるが、改質器８への空気流量を減量してからその結果が温度に現れるまでには応答遅れがあるので、その応答遅れを考慮して図１７の制御周期を図１０の制御周期とは異なるように構成することもできる。
【０１３３】
図１８はアクション５−Ａにおける改質器８の目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２及び一酸化炭素除去装置９の目標冷媒流量ｔＱｒｅｆを演算するためのものである。図１８は図１０ステップ１１０のサブルーチンであり、図１０の制御周期と同じ制御周期で実行される。
【０１３４】
ステップ１８１でｔＱｇｅｎ、ｔＱａ、配分比、温度センサ３６により検出される一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１、流量センサ３７により検出される実際の冷媒流量Ｑｒｅｆを読み込み、ステップ１８２で、
Ｑｍ１＝ｔＱａ×配分比…（２１）
Ｑｍ２＝ｔＱａ×（１−配分比）…（２２）
の式により目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２を算出する。
【０１３５】
ステップ１８３ではフラグＦＬＡＧ Ａ５をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ１８４に進み、冷媒流量を現在の状態から所定値（正の一定値）ψだけ増やすため、
ｔＱｒｅｆ＝Ｑｒｅｆ＋ψ…（２３）
の式により目標冷媒流量ｔＱｒｅｆを算出する。
【０１３６】
ステップ１８５ではフラグＦＬＡＧ Ａ５＝１とした後、ステップ１８６でＱｍ１、Ｑｍ２、ｔＱｒｅｆを出力レジスタに移す。
【０１３７】
図示しないフローでは、このようにして算出した目標空気入口流量Ｑｍ１の空気が流れるように流量制御弁２１の開度が、また目標空気中間流量Ｑｍ２の空気が流れるように流量制御弁２２の開度が制御される。
【０１３８】
また、図示しないフローではこのようにして算出した目標冷媒流量ｔＱｒｅｆの冷媒が一酸化炭素除去装置９に供給されるように、温度制御器１３の働きが停止され、流量制御器１４に対して指令値が直接に出力される。これについて説明すると、本実施形態では、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が所定値（例えば上限値Ｔｃｏ１より余裕代だけ低い温度）に保たれるように温度制御器１３が流量制御器１４に対して指令値を与えているので、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量を変化させるにはコントローラ３１より温度制御器１３に対して目標温度を変更する指示を与えれば良いとも考えられるのであるが、上記〈５〉に記載した場合が成立して冷媒流量の調整が必要となったことは、温度制御器１３による温度制御がうまく機能してないことを意味する。このため、温度制御器１３に対して目標温度の変更を指示することはせず、温度制御器１３の働きを停止して、流量制御器１４に対して目標冷媒流量ｔＱｒｅｆを直接に出力する。
【０１３９】
フラグＦＬＡＧ Ａ５＝１となったことより次回にはステップ１８３よりステップ１８７に進み一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１と所定温度ＴｃｏＡを比較する。ここで、所定温度ＴｃｏＡは例えば上限値ＴｃｏＭＡＸから余裕代（正の一定値）ε１を持たせた値、つまり
ＴｃｏＡ＝ＴｃｏＭＡＸ−ε１…（２４）
とする。
【０１４０】
ステップ１８７に初めて進んできた当初はＴｃｏ１がＴｃｏＡより高いので、さらに一酸化炭素除去装置９への冷媒流量を増やすためステップ１８８で、
ｔＱｒｅｆ＝ｔＱｒｅｆ（前回）＋ψ…（２５）
ただし、ｔＱｒｅｆ（前回）：ｔＱｒｅｆの前回値、
の式により目標冷媒流量ｔＱｒｅｆを算出する。
【０１４１】
また、ステップ１８９では改質器８の目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２を現状に維持し、ステップ１８６の操作を実行する。
【０１４２】
ステップ１８８、１８６の操作を繰り返し、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量を増やしてゆくと、やがて入口触媒温度Ｔｃｏ１が低下し所定温度ＴｃｏＡ以下に収まる。このときには、ステップ１８７よりステップ１９０に進んでそのときの目標冷媒流量ｔＱｒｅｆを維持し、ステップ１８９、１８６の操作を実行する。
【０１４３】
なお、図１８のフローは図１０の制御周期毎に実行する構成であるが、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量を増やしてからその結果が温度に現れるまでには応答遅れがあるので、その応答遅れを考慮して図１８の制御周期を図１０の制御周期とは異なるように構成することもできる。
【０１４４】
図１９はアクション６−Ａにおける改質器８の目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２及び一酸化炭素除去装置９の目標冷媒流量ｔＱｒｅｆを演算するためのものである。図１９は図１０ステップ１０９のサブルーチンであり、図１０の制御周期と同じ制御周期で実行される。図１８と同一部分には同一のステップ番号を付けている。
【０１４５】
図１８と相違する部分を中心にして説明すると、ステップ２０１ではフラグＦＬＡＧ Ａ６をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ２０２に進み現在の状態から所定値（正の一定値）ψだけ冷媒流量を減らすため、
ｔＱｒｅｆ＝Ｑｒｅｆ−ψ…（２６）
の式により目標冷媒流量ｔＱｒｅｆを算出する。
【０１４６】
ステップ２０１ではフラグＦＬＡＧ Ａ６＝１とした後、ステップ１８６でＱｍ１、Ｑｍ２、ｔＱｒｅｆを出力レジスタに移す。
【０１４７】
フラグＦＬＡＧ Ａ６＝１となったことより次回にはステップ２０１よりステップ２０４に進み、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１と所定温度ＴｃｏＢを比較する。ここで、所定温度ＴｃｏＢは例えば下限値ＴｃｏＭＩＮからだけ余裕代（正の一定値）ε２を持たせた値、つまり
ＴｃｏＢ＝ＴｃｏＭＩＮ＋ε２…（２７）
とする。
【０１４８】
ステップ２０４に初めて進んできた当初はＴｃｏ１がＴｃｏＢより低いので、さらに一酸化炭素除去装置９への冷媒流量を減らすためステップ２０５に進み、
ｔＱｒｅｆ＝ｔＱｒｅｆ（前回）−ψ…（２８）
ただし、ｔＱｒｅｆ（前回）：ｔＱｒｅｆの前回値、
の式により目標冷媒流量ｔＱｒｅｆを算出する。
【０１４９】
また、ステップ１８９では改質器の目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２を現状に維持し、ステップ１８６の操作を実行する。
【０１５０】
ステップ２０５、１８６の操作を繰り返し、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量を減らしてゆくと、やがてＴｃｏ１が上昇して所定温度ＴｃｏＢ以上に収まる。このときには、ステップ２０４よりステップ１９０に進んでそのときの目標冷媒流量ｔＱｒｅｆを維持し、ステップ１８９、１８６の操作を実行する。
【０１５１】
なお、図１９のフローも図１０の制御周期毎に実行する構成であるが、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量を減らしてからその結果が温度に現れるまでには応答遅れがあるので、その応答遅れを考慮して図１９の制御周期を図１０の制御周期とは異なるように構成することもできる。
【０１５２】
図１８、図１９では現在の状態からの制御周期当たりの冷媒流量の増量分である所定値ψ（図１８ステップ１８４、１８８参照）と、現在の状態からの制御周期当たりの冷媒流量の減量分である所定値ψ（図１９ステップ２０２、２０５参照）と同じにしているが、異ならせてもかまわない。
【０１５３】
図２０はアクション７−Ａにおける操作を説明するためのものである。図２０は図１０ステップ１０８のサブルーチンであり、図１０の制御周期と同じ制御周期で実行される。
【０１５４】
ステップ２１１、２１２では、改質器８への原料流量と空気流量を現状より徐々に低下させると共に、ステップ２１３で燃料電池１７による発電を停止させる。所定の変化率で原料流量、空気流量を低下させるようにしているのは、一気に原料流量、空気流量を低下させると、変化が大きすぎて逆に燃料改質システムを不安定にしてしまうためである。
【０１５５】
ただし、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量は低下させることなく維持する（ステップ２１４）。
【０１５６】
ここで、本実施形態の作用を説明する。
【０１５７】
本実施形態（請求項２に記載の発明）では、限界運転状態回避手段を、一酸化炭素除去装置の運転状態に応じて一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にあるかどうかを判定する触媒処理能力限界判定手段（図２）と、この判定結果より一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合に、その処理能力の限界での運転を回避する限界運転回避手段（図１０）とから構成し、この限界運転状態回避手段により一酸化炭素除去装置９の運転状態に応じて一酸化炭素除去装置９の限界運転状態を回避するようにしたので、限界運転状態が回避された状態での一酸化炭素除去装置９には、一酸化炭素を除去し得る処理能力が生じることから、改質ガス中の一酸化炭素成分が急に増えることがあっても、その増えた分の一酸化炭素成分を、この一酸化炭素除去装置９に生じる一酸化炭素成分の処理能力によって除去することができる。すなわち、一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界を超えた運転へと移行することを防止して未処理の一酸化炭素が燃料電池１７に流入することを防止できる。
【０１５８】
一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸを超えた状態にあることより、一酸化炭素除去触媒の反応が出口まで活発であり、取り除くべき一酸化炭素が出口まであると考えられる。かつ冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸを超えているのでこれ以上の冷却はできない。すなわち、取り除くべき一酸化炭素が出口まであり、かつこれ以上の冷却はできないのであるから、これは一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合であり、この状態では今後さらに空気を一酸化炭素除去装置９に供給し酸化反応（発熱反応）させて一酸化炭素を除去することはできない。
【０１５９】
このような場合に本実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、改質器８への原料流量を低下するので、改質器出口の改質ガスの流量が低下して改質ガス中の一酸化炭素成分が低下し、これにより一酸化炭素除去触媒の処理能力を、限界までに余裕のある状態へと回復させることができる（一酸化炭素除去装置の限界運転状態を回避できる）。
【０１６０】
また、本実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、流量比が目標流量比より小さくなるように改質器８への空気流量を減少させるので、改質器８での反応状態が変化し、これにより流量比を目標流量比に保ちつつ原料流量を低下させる場合より速く、改質ガス中の一酸化炭素成分を低下することができる。
【０１６１】
ある程度の空気を一酸化炭素除去装置９に供給しているのに、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが下限値ＱｒｅｆＭＩＮを下回ることより冷却を必要としておらず、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が下限値Ｔｃｏ１ＭＩＮを下回っている場合には、一酸化炭素除去触媒が活性でない状態つまり一酸化炭素除去触媒の劣化が進行していると考えられる（触媒が活性であれば一酸化炭素除去装置の入口付近の酸素濃度が高いため入口付近の触媒温度が上昇する）。
【０１６２】
この場合も一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合であり、この状態では今後さらに空気を一酸化炭素除去装置９に供給し酸化反応（発熱反応）させて一酸化炭素を除去することはできない。
【０１６３】
このような場合に本実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、改質器８への原料流量を低下するので、改質器出口の改質ガスの流量が低下して改質ガス中の一酸化炭素成分が低下し、これにより一酸化炭素除去触媒の処理能力を、限界までに余裕のある状態へと回復させることができる（一酸化炭素除去装置の限界運転状態を回避できる）。
【０１６４】
また、本実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、流量比が目標流量比より小さくなるように改質器８への空気流量を減少させるので、改質器８での反応状態が変化し、これにより流量比を目標流量比に保ちつつ原料流量を低下させる場合より速く、改質ガス中の一酸化炭素成分を低下することができる。
【０１６５】
流量比を目標流量比より小さくすると、改質器８の転化率が下がり改質器出口の改質ガス中に残る未反応の原料の量が多くなる。このためこの状態が長く続くと燃料電池１７に悪影響を与えるのであるが、本実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、原料流量の低下の効果が現れて改質ガス流量が低下し、改質ガス中の一酸化炭素成分が減少するまでの期間を経過した後に、流量比が目標流量比と一致するまで改質器８への空気流量を増加するので、改質器８の転化率が元に戻り、改質ガス中の未反応原料成分をなくして燃料電池１７への悪影響を防止することができる。
【０１６６】
一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１と出口触媒温度Ｔｃｏ２が通常時の状態にあるので、一酸化炭素除去装置９が一酸化炭素を直ちに流出するに到る可能性は少ないと考えられる状態（一酸化炭素除去装置の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸを超えていないということは、出口付近で一酸化炭素がないために一酸化炭素除去のための酸化反応がほとんどなく、冷媒により冷却されている状態）であるが、冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸを超えていることより一酸化炭素除去装置９は冷却を限界まで使って温度を適正に保っている状態である。よって、今後さらに酸素を含む気体を一酸化炭素除去装置９に供給して酸化反応を促進して一酸化炭素除去を行うことができなくなる状態に至る可能性がある。
【０１６７】
このような場合に、本実施形態（請求項７に記載の発明）によれば、改質器８への原料流量を低下するので、改質器出口の改質ガス流量が低下して改質ガス中の一酸化炭素流成分が低下し、これにより一酸化炭素除去触媒の処理能力を、限界までに余裕のある状態へと回復させることができる（一酸化炭素除去装置の限界運転状態を回避できる）。
【０１６８】
また、本実施形態（請求項７に記載の発明）によれば、流量比が目標流量比を維持するように改質器８への空気流量を減少させるので、改質器８での反応状態を変えることなく改質ガス流量を減らすことができ、改質器８での反応状態が変わって一酸化炭素が余分に生成されるような改質器８の運転状態を防止できる。
【０１６９】
一酸化炭素除去装置９の冷媒流量Ｑｒｅｆ、入口触媒温度Ｔｃｏ１、出口触媒温度Ｔｃｏ２に拘わらず、一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａが上限値ＱｃｏａＭＡＸを超えているので、改質器出口の改質ガス中の一酸化炭素成分が多すぎると考えられる（一酸化炭素除去装置９では一酸化炭素を除去するために更に空気が必要となりその空気流量が上限値を超えた状態）。つまり、一酸化炭素除去装置９に対して上限値ＱｃｏａＭＡＸ以上の空気が必要となった原因は、改質器８の運転状態が適正でなく、改質器出口の改質ガス中の一酸化炭素成分が多すぎることにある。
【０１７０】
よって、上限値Ｑｃｏａを超える空気流量を一酸化炭素除去装置９に供給し続けると、冷媒による冷却と一酸化炭素除去のための酸化反応による発熱とのバランスが崩れて一酸化炭素除去触媒が高温になり、一酸化炭素除去装置９への空気流量を更に増加しての一酸化炭素除去触媒の反応を促進できなくなる状態に至る可能性がある。
【０１７１】
このような場合に、本実施形態（請求項８に記載の発明）によれば、改質器８への空気流量Ｑｃｏａを減少させて改質器８の触媒温度を下げるので、改質器８における一酸化炭素成分の生成を抑制することができ、これによって一酸化炭素除去触媒の処理能力を、限界までに余裕のある状態へと回復させることができる（一酸化炭素除去装置の限界運転状態を回避できる）。
【０１７２】
また、空気流量が一酸化炭素除去装置９に対して多量に必要となる場合として、一酸化炭素除去触媒の劣化が進行している状態（劣化のため一酸化炭素を取り去る性能が落ちたので、更に酸化反応で一酸化炭素の除去反応を活性化しようとして空気流量が上限値を越えた状態）である可能性もあるが、この場合にも改質器８への空気流量を下げて改質器温度を下げるので、改質器８における一酸化炭素成分の生成を抑制できる。
【０１７３】
一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸを超え、かつ一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸ以下の場合には、一酸化炭素除去触媒が良く働いて一酸化炭素を除去しているものの発熱した熱量を冷媒で冷却しきれていない状態であると考えられる。
【０１７４】
このような場合に、本実施形態（請求項９に記載の発明）によれば、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆを増加するので、一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が下がり、一酸化炭素除去触媒の処理能力を、限界までに余裕のある状態へと回復させることができる（一酸化炭素除去装置の限界運転状態を回避できる）。
【０１７５】
ある程度の空気を一酸化炭素除去装置９に供給すると、酸化反応により一酸化炭素除去装置９の温度が上昇する（触媒が活性であれば、空気の供給口に近く酸素濃度も濃い一酸化炭素除去装置９の入口付近の温度が上昇する）のであるから、下限値ＱｃｏａＭＩＮ以上の空気流量を一酸化炭素除去装置９に供給しているのに、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が下限値Ｔｃｏ１ＭＩＮを下回り、かつ一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが下限値ＱｒｅｆＭＩＮ以上の場合には冷媒による冷却のしすぎであると考えられる。
【０１７６】
このような場合に、本実施形態（請求項１０に記載の発明）によれば、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆを下げるので、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が上昇し、一酸化炭素除去触媒の処理能力を、限界までに余裕のある状態へと回復させることができる（一酸化炭素除去装置の限界運転状態を回避できる）。
【０１７７】
一酸化炭素除去装置９の冷媒流量Ｑｒｅｆ、入口触媒温度Ｔｃｏ１、出口触媒温度Ｔｃｏ２に関わらず、一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮより少ない状態であるので、燃料改質システム全体の装置上の不具合が発生していると考えられる。というのも一酸化炭素除去装置９への空気流量が下限値より少ない状態とは、空気流量が少なくても一酸化炭素を除去できるようになった場合であり、このような事態となることは、一酸化炭素除去触媒の性能が向上しないかぎりありえない。
【０１７８】
このような場合に、本実施形態（請求項１１に記載の発明）によれば、改質器８への原料流量と空気流量とを低下させると共に、燃料電池１７での発電を停止するので、燃料改質システム全体の装置上の不具合が発生している状態での運転継続を回避できる。
【０１７９】
図２のステップ２〜８で上記〈１〉〜〈７〉に記述の各場合に該当するかどうかの判定を１回の処理ですべて実行すれば、２以上の場合に同時に該当することがあり、このとき、同時に該当した各場合に対応するアクションを行わせたのでは、異なるアクションが重なってしまい、支障が生じないともかぎらないのであるが、本実施形態（請求項１２に記載の発明）によれば、７つの各場合の判定の順番を図２のように定めており、２つ以上の場合に同時に該当するときには、判定の順番が後だった場合に対応するアクションを実行させるようにしているので（図１０参照）、異なるアクションが重なっての支障が生じることを避けることが出来る。
【０１８０】
実施形態では流量比が質量流量比である場合で説明したが、簡単には体積流量比を用いることもできる。
【０１８１】
実施形態ではメタノール改質の場合で述べたが、本発明は、ガソリン改質など他の改質仕様にも適用が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料改質システムの概略構成図。
【図２】７つの場合が成立したかどうかの判定を説明するためのフローチャート。
【図３】判定１−Ｈを説明するためのフローチャート。
【図４】判定２−Ｈを説明するためのフローチャート。
【図５】判定３−Ｈを説明するためのフローチャート。
【図６】判定４−Ｈを説明するためのフローチャート。
【図７】判定５−Ｈを説明するためのフローチャート。
【図８】判定６−Ｈを説明するためのフローチャート。
【図９】判定７−Ｈを説明するためのフローチャート。
【図１０】アクションの実行を説明するためのフローチャート。
【図１１】アクション１−Ａの内容を説明するためのフローチャート。
【図１２】アクション１−Ａの内容を説明するためのフローチャート。
【図１３】蒸発器の目標原料流量の特性図。
【図１４】改質器の目標空気流量の特性図。
【図１５】配分比の特性図。
【図１６】アクション３−Ａの内容を説明するためのフローチャート。
【図１７】アクション４−Ａの内容を説明するためのフローチャート。
【図１８】アクション５−Ａの内容を説明するためのフローチャート。
【図１９】アクション６−Ａの内容を説明するためのフローチャート。
【図２０】アクション７−Ａの内容を説明するためのフローチャート。
【図２１】改質器の概略構成図。
【符号の説明】
８ 改質器
８ｄ 空気入口（気体入口）
８ｆ 空気中間入口（気体中間入口）
１２ 冷却器（冷却装置）
１７ 燃料電池
２１ 流量制御弁
２２ 流量制御弁
２３ 流量制御弁（気体流量調整装置）
２４ 流量制御弁
３１ コントローラ
３６ 温度センサ
３７ 流量センサ
３８ 温度センサ
３９ 温度センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料改質システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料改質システムとして特開平８−２７３６９０号公報に開示されるものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空気（酸素を含む気体）と原料とを用いて改質器では改質反応と部分酸化反応とを行って水素を含む改質ガスを生成するのであるが、この水素リッチな改質ガスには一酸化炭素が含まれ、この一酸化炭素は小量であっても固体高分子型燃料電池の、白金等からなる電極触媒を被毒し、その活性を著しく低下させてしまう。
【０００４】
このため、上記従来装置には、「一酸化炭素検出装置により検出される一酸化炭素の濃度に基づいて改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減させるよう改質器の運転を制御する」との記載があり、この記載から類推して、改質ガス中の一酸化炭素濃度が燃料電池の仕様から定まる所定値を越えたときには、改質器の温度を下げるように制御するものと思われる。これは、改質器の温度を下げると生成される改質ガス流量が低下し、改質ガス中の一酸化炭素成分も低下すると思われるからである。
【０００５】
しかしながら、従来装置では一酸化炭素除去触媒の処理能力を考慮していないので、燃料電池への改質ガス中の一酸化炭素成分の増加を検出した場合に改質器の温度を下げるだけでは、燃料電池への改質ガス中の一酸化炭素成分を低下させるまでに時間がかかり過ぎたり、改質器の温度低下代が大きくなり過ぎる場合がある。
【０００６】
これについて説明すると、一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合には、燃料電池への改質ガス中の一酸化炭素成分が増加したからといって、その増加分を一酸化炭素除去装置によってはほとんど除去できないので、その増加分の全てを改質器の温度低下によって低減させる必要がある。これに対して、一酸化炭素除去触媒の処理能力に限界よりの余裕代がある場合には、その余裕代に対応する一酸化炭素成分を一酸化炭素除去装置によって除去できるで、その分だけ改質器の温度低下代を小さくできる。
【０００７】
このように、燃料電池への改質ガス中の一酸化炭素成分が増加した場合にその増加した一酸化炭素成分を過不足なく除去するには、一酸化炭素除去触媒の処理能力に応じて改質器の温度低下代を変化させることが好ましいのであるが、従来装置では一酸化炭素除去触媒の処理能力を考慮していないので、例えば一酸化炭素除去触媒の処理能力に限界よりの余裕代がある場合に対して、改質器の温度低下代を設定すると、一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合に改質器の温度低下代が足りず、未処理の一酸化炭素が燃料電池に流れ込む状態がしばらく続き燃料電池の発電性能にダメージを与えることが考えられる。
【０００８】
また、一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合に対して、改質器の温度低下代を設定すると、一酸化炭素除去触媒の処理能力に限界よりの余裕代がある場合に改質器の温度低下代が過度に大きくなる（無駄に改質器の温度を低下させる）。
【０００９】
そこで本発明は、一酸化炭素除去装置の運転状態に応じて一酸化炭素除去装置の限界運転状態を回避する限界運転状態回避手段を設けることにより、一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界を超えた運転へと移行することを防止して未処理の一酸化炭素が燃料電池に流入することがないようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、酸素を含む気体と原料とを用いて改質反応と部分酸化反応とを行って水素を含む改質ガスを生成する改質器と、改質ガス中の一酸化炭素を水と反応させるシフト反応と、このシフト反応でも反応せずに残る一酸化炭素を酸素を含む気体を用いて酸化させる部分酸化反応とで改質ガス中に含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去装置と、この一酸化炭素除去装置におけるシフト反応と部分酸化反応による発熱を冷媒により冷却する冷却装置と、一酸化炭素除去装置により一酸化炭素の除去された改質ガスと酸素とを反応させて発電する燃料電池とを備えた燃料改質システムにおいて、一酸化炭素除去装置の運転状態に応じて一酸化炭素除去装置の一酸化炭素除去触媒が処理能力の限界にある限界運転状態を回避する限界運転状態回避手段を備える。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、一酸化炭素除去装置の運転状態に応じて一酸化炭素除去装置の限界運転状態を回避するようにしたので、限界運転状態が回避された状態での一酸化炭素除去装置には、一酸化炭素を除去し得る処理能力が生じることから、改質ガス中の一酸化炭素成分が急に増えることがあっても、その増えた分の一酸化炭素成分を、この一酸化炭素除去装置に生じる一酸化炭素成分の処理能力によって除去することができる。すなわち、一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界を超えた運転へと移行することを防止して未処理の一酸化炭素が燃料電池に流入することを防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態を示す。まず燃料改質システムとしての基本的な構成および動作につき説明する。
【００１３】
図において原料タンク２内の水と原料タンク３内の燃料であるメタノールとが水供給装置４、メタノール供給装置５より蒸発器６内に送られて加熱蒸発され、水とメタノールの混合蒸気（原料蒸気）となって改質器８に供給される。ここで、水供給装置４、メタノール供給装置５は、主にフィードポンプとインジェクタからなっている。
【００１４】
水流量とメタノール流量の目標値は燃料電池１７で要求する発電量に基づいてコントローラ３１により算出され、それぞれの目標値になるようにコントローラ３１がそれぞれの供給装置４、５内の流量制御装置（インジェクタ）を制御する。当該燃料電池システムを車両に適用した場合には、上記の要求発電量はドライバのアクセルペダルの踏み込み量に基づいて算出する。
【００１５】
また、コンプレッサ７より空気（酸素を含む気体）が改質器８に圧送（送気）される。コンプレッサ７は、燃料電池システム全体で必要とする空気を全て供給するため、流量センサ１５により検出されるコンプレッサ吐出流量が、改質器８に供給する空気流量と一酸化炭素除去装置９に供給する空気流量と燃料電池１７で必要とされる空気流量との総和と等しくなるように、流量制御器１６がコンプレッサ７の回転速度を制御する。この場合、流量制御器１６による制御には非干渉制御方式を採用している（特開２００１−３３８６５９号公報参照）。
【００１６】
改質器８は、水、メタノールの混合蒸気と空気中の酸素とを改質反応させて水素リッチな改質ガスを生成する。改質器８は、部分酸化反応による発熱とメタノールの分解反応による吸熱とがバランスするオートサーマル条件で運転される。
【００１７】
改質器８のサイズや構成、あるいは触媒の性能が決まれば、燃料であるメタノールの流量に対する水蒸気の流量、あるいはメタノールの流量に対する空気中の酸素流量といった流量比はほぼ定まる。
【００１８】
ここで、改質器８の構成が、図２１に示したように一方向に長い円筒状の容器８ａ内に部分酸化反応と改質反応とを共に行う触媒８ｂを充填し、長手方向の一端（図で左端）に原料入口８ｃ及びその近くに空気入口８ｄを、長手方向他端（図で右端）にガス出口８ｅを開口したものであり、こうした改質器８の構成によれば、部分酸化反応に必要な空気流量の全てを空気入口８ｄより供給したとき、改質器８内の触媒温度が目標運転温度Ｔｍ（例えば４００℃）を超えることがあるので、空気入口８ｄよりも下流側に空気中間入口８ｆを設け、これら空気入口８ｄと空気中間入口８ｆとの２つから空気を分散して供給するようにしている。このため、コントローラ３１では、空気入口８ｄからの空気流量（この空気流量を以下「空気入口流量」という。）と空気中間入口８ｆからの空気流量（この空気流量を以下「空気中間流量」という。）とが最適となるように目標値を定めており、流量センサ３２により検出される実際の空気入口流量が目標値と一致するように流量制御弁２１（空気入口流量調整装置）の開度を制御すると共に、流量センサ３３により検出される実際の空気中間流量が目標値と一致するように流量制御弁２２（空気中間流量調整装置）の開度を制御する。
【００１９】
改質器８で生成される水素リッチな改質ガスには数％オーダーの一酸化炭素が含まれ、この一酸化炭素は固体高分子型燃料電池１７の、白金等からなる電極触媒を被毒し、その活性を著しく低下させてしまうので、シフト反応部およびＰＲＯＸ反応部（選択酸化反応部）からなる一酸化炭素除去装置９により、数十ｐｐｍにまで一酸化炭素を低減した上で燃料電池１７に供給する必要がある。
【００２０】
数％オーダーの一酸化炭素を含む改質ガスは、シフト反応部に送られ、シフト反応の早い触媒により一酸化炭素が低減される。シフト反応部の運転温度は例えば２００℃〜３００℃であり、熱力学的化学平衡により０．数％オーダーの一酸化炭素を含む改質ガスとなる。シフト反応により一酸化炭素の低減された改質ガスはＰＲＯＸ反応部に送られ、触媒酸化反応（発熱）によりさらに一酸化炭素が数十ｐｐｍにまで低減される。
【００２１】
触媒酸化反応に必要な酸素はコンプレッサ７より空気として供給される。
【００２２】
一酸化炭素除去装置９のすぐ下流には一酸化炭素センサ３５を備える。この一酸化炭素センサ３５からの信号が入力されるＣＯ制御器では１０では、センサ３５により検出される実際の一酸化炭素の濃度が燃料電池１７の仕様により決まる所定値以下に収まるように一酸化炭素除去装置９に供給する空気流量の目標値を算出する。この目標値を受けて流量制御器１１では流量センサ３４により検出される実際の空気流量がこの空気流量の目標値と一致するように流量制御弁２３（空気流量調整装置）の開度を制御する。
【００２３】
ＰＲＯＸ反応部では、水素雰囲気下で酸化反応を行うため、水素の燃焼反応（発熱反応）も併発する。上記の触媒酸化反応（発熱）ならびにこの水素の燃焼反応（発熱反応）による発熱を除去し、運転温度を例えば百数十℃に維持するために、冷却器１２からの冷媒により一酸化炭素除去装置９を冷却している。すなわち、温度制御器１３では、温度センサ３６により検出される一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が上限値を超えないように一酸化炭素除去装置９に供給する冷媒流量の目標値を算出し、この目標値を受ける流量制御器１４では流量センサ３７により検出される実際の冷媒流量がこの冷媒流量の目標値と一致するように流量制御弁２４（冷媒流量調整装置）の開度を制御する。
【００２４】
このようにして極めて低レベルな濃度にまで一酸化炭素が低減された改質ガスとコンプレッサ７からの空気とが燃料電池１７の燃料極と空気極に送気され、燃料電池１７では空気中の酸素と改質ガス中の水素とを電気化学的に反応させて発電する。
【００２５】
燃料電池１７において、改質ガス中の水素を全て利用することは困難であり、一部の水素を残した、発電に使用済みの改質ガスと、一部の酸素を残した、発電に使用済みの空気とを、触媒燃焼器１８に送り燃焼させる。得られた高温の燃焼ガスは、蒸発器６に送られ、メタノールと水の蒸発のエネルギーとして再利用される。
【００２６】
こうした燃料改質システムは、本実施形態は車両に搭載され、燃料電池１７から取り出される負荷電流は、インバータ１９を介して車両駆動用のモータ２０に流される。ここでは、インバータ１９及び駆動モータ２０が、燃料電池１７で発電した電力を消費する負荷装置である。
【００２７】
こうした燃料改質システムを前提として、一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合には、一酸化炭素除去装置９によっては現在処理している一酸化炭素成分を超える一酸化炭素成分を除去することができないので、本発明では、一酸化炭素除去装置９の運転状態に応じて一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にあるかどうかを判定し、この判定結果より一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合にその処理能力の限界での運転を回避する。
【００２８】
ここで、一酸化炭素除去装置９の運転状態を検出するためのパラメータは、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１、一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２、一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａ、一酸化炭素除去装置９の冷媒流量Ｑｒｅｆの４つで、入口触媒温度Ｔｃｏ１は温度センサ３６により、出口触媒温度Ｔｃｏ２は温度センサ３８により、空気流量Ｑｃｏａは流量センサ３４により、冷媒流量Ｑｒｅｆは流量センサ３７によりそれぞれ検出している。
【００２９】
なお、一酸化炭素除去装置９はシフト反応部とＰＲＯＸ反応部とに別々に構成され、シフト反応部（シフト反応器）が上流側に、ＰＲＯＸ反応部（ＰＲＯＸ反応器）が下流側に配置されるため、一酸化炭素除去触媒９の入口触媒とはシフト反応を行わせるための触媒を、これに対して一酸化炭素除去触媒９の出口触媒とはＰＲＯＸ反応を行わせるための触媒を指す。
【００３０】
また、一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合とは次の〈１〉から〈７〉までの７つであり、各場合のいずれかに該当するとき、その該当する場合に対応するアクションを行う。
〈１〉一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸを超えかつ一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸを超えている場合に、アクション１−Ａの操作として、次の操作を行う。
【００３１】
▲１▼改質器８への原料流量を低下し、かつ改質器８への空気中の酸素流量を改質器への原料流量で割った値である流量比（以下単に「流量比」という。）が目標流量比よりも小さな所定値となるように改質器８への空気流量を減少させる。
【００３２】
ここで、流量比には質量流量比を採用する。このとき流量比は次式となる。
【００３３】
流量比＝（改質器への酸素質量流量）／（改質器への原料質量流量）…（１）
目標流量比は、改質器８での反応式により定まっている（一定値）。
【００３４】
▲２▼上記の２つの操作を実行する期間は原料流量の低下の効果が現れて改質ガス流量が低下し、改質ガス中の一酸化炭素成分が減少するまでの期間（所定期間）とし、所定期間の経過後には原料流量は低下させたまま、流量比が目標流量比まで増加するように改質器８への空気流量を増加する。
〈２〉一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が下限値Ｔｃｏ１ＭＩＮを下回り、かつ一酸化炭素除去装置９に供給する冷媒流量Ｑｒｅｆが下限値ＱｒｅｆＭＩＮを下回り、かつ一酸化炭素除去装置９に供給する空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮ以上の場合に、アクション２−Ａとして、アクション１−Ａと同じ上記の操作を行う。
〈３〉一酸化炭素除去装置９に供給する冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸを超え、かつ一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が上限値Ｔｃｏ１ＭＡＸと下限値Ｔｃｏ１ＭＩＮの間にあり、かつ一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸと下限値Ｔｃｏ２ＭＩＮの間にある場合に、アクション３−Ａとして、改質器８への原料流量を低下し、かつ流量比が目標流量比を維持するように改質器８への空気流量を減少させる。
〈４〉一酸化炭素除去装置９への冷媒流量、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度、一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度に関わらず、一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａが上限値ＱｃｏａＭＡＸを超えた場合に、アクション４−Ａとして、改質器８への空気流量を減少させる。
〈５〉一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸを超え、かつ一酸化炭素除去装置９に供給する冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸ以下の場合に、アクション５−Ａとして、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量を増加する。
〈６〉一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が下限値Ｔｃｏ１ＭＩＮを下回り、かつ一酸化炭素除去装置９に供給する冷媒流量Ｑｒｅｆが下限値ＱｒｅｆＭＩＮ以上の状態で、かつ一酸化炭素除去装置９に供給する空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮ以上の場合に、アクション６−Ａとして、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量を下げる。
〈７〉一酸化炭素除去装置９の冷媒流量、入口触媒温度、出口触媒温度に関わらず、一酸化炭素除去装置９に供給している空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮを下回る場合に、アクション７−Ａとして、改質器８への原料流量と空気流量を徐々に低下させると共に燃料電池の発電を停止する。
【００３５】
上記〈１〉〜〈７〉に出てきた温度や流量の限界値に影響する因子は次の通りである。すなわち、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度の上限値Ｔｃｏ１ＭＡＸ、下限値Ｔｃｏ１ＭＩＮ及び出口触媒温度の上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸ、下限値Ｔｃｏ２ＭＩＮは一酸化炭素除去装置９の容量と触媒の耐熱性により、一酸化炭素除去装置９に供給する空気流量の上限値Ｑｃｏａ、下限値Ｑｃｏａはコンプレッサ７の能力により、また冷媒流量の上限値ＱｒｅｆＭＡＸ、下限値ＱｒｅｆＭＩＮは冷媒を吐出するポンプの能力により定まる。
【００３６】
上記の〈１〉、〈２〉、〈３〉、〈４〉ではいずれも改質器８への空気流量を減少させるのであるが、〈１〉、〈２〉、〈３〉と〈４〉とでは目的が異なり、かつ改質器８への空気を空気入口８ｄと空気中間入口８ｆの２つから供給し得るので、目的の違いに合わせて改質器８への空気流量の減少の仕方を次のように異ならせている。
【００３７】
１）上記〈１〉、〈２〉のように改質器８での原料転化率の低下を目的とするときには、まず空気中間流量を減らして空気入口流量は変えない。空気中間入口８ｆから供給する空気は、改質器８の入口触媒温度が高温になるため空気入口８ｄから供給できなかった分であり補助的な役割である。従って、補助的な役割をするほうから減少させる。この場合に、改質器８の空気入口８ｄ付近の触媒温度は変わらないが、空気中間入口８ｆ付近の触媒温度は下がる。
【００３８】
そして、空気中間流量を減らしつづけてゼロになりさらに改質器８への空気流量の減少が必要になったときには、空気入口流量を減少するようにする。
【００３９】
また、上記〈３〉での改質器８への空気流量の減少は、改質器８での原料転化率の維持を目的とするので、上記〈１〉、〈２〉での改質器８への空気流量の減少と同じに扱う。
【００４０】
２）上記〈４〉のように、改質器８の温度低下を目的とするときには、改質器８の空気入口８ｄ付近の触媒温度と改質器８の空気中間入口８ｆ付近の触媒温度を共に下げるようにする。そのため、空気入口流量と空気中間流量を共に下げる。
【００４１】
次に、コントローラ３１で実行される上記〈１〉〜〈７〉の制御を以下のフローチャートに基づいて詳述する。
【００４２】
図２は上記７つの場合が成立したかどうかの判定を行うためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。
【００４３】
本実施形態ではステップ２〜８で上記〈１〉〜〈７〉に記述の各場合に該当するかどうかの判定を１回の処理ですべて実行するため、２以上の場合に同時に該当することがあり、このとき、同時に該当した各場合に対応するアクションを行わせたのでは、異なるアクションが重なってしまい、支障が生じないともかぎらない。そこで、７つの各場合の判定の順番を図２のように定めており、２つ以上の場合に同時に該当するときには、判定の順番が後だった場合に対応するアクションを実行させるようにしている。
【００４４】
図２においてステップ１では、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１、出口触媒温度Ｔｃｏ２、一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａ、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆを読み込む。
【００４５】
ここで、入口触媒温度Ｔｃｏ１、出口触媒温度Ｔｃｏ２は温度センサ３６、３８（触媒温度検出手段）により、空気流量Ｑｃｏａは流量センサ３４（空気流量検出手段）により、冷媒流量Ｑｒｅｆは流量センサ３７（冷媒流量検出手段）により検出している。
【００４６】
ステップ２〜８はこの順に上記７つの場合が成立したかどうかを個別にみる部分であり、７つの各場合が成立したときフラグを立てるようにしている。この場合、フラグの名称は７つの各場合に対応して７つのフラグＦＬＡＧ Ｊ１〜ＦＬＡＧ Ｊ７（ゼロに初期設定）を導入している。従って、各場合が成立したとき、その成立した場合に対応するフラグがフラグ＝１となる。このため、ステップ２〜８ではフラグの設定、非設定を行うことになる。
【００４７】
次に、図２に示したステップ２〜８の各判定の内容を判定毎に説明する。
【００４８】
図３（図２のステップ２のサブルーチン）は上記〈１〉に記載した場合が成立したかどうかを判定するためのものである。
【００４９】
ステップ３１でフラグＦＬＡＧ Ｊ１をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ３２、３３に進み、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆとその上限値ＱｒｅｆＭＡＸを、また一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２とその上限値Ｔ２ＭＡＸを比較する。
【００５０】
一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸを超えており、かつ一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔ２ＭＡＸを超えている場合には上記〈１〉に記載した場合が成立したと判断し、ステップ３４に進んでフラグＦＬＡＧ Ｊ１＝１とする。
【００５１】
一方、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸ以下であるときや一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔ２ＭＡＸ以下であるときにはステップ３５に進んでＦＬＡＧ Ｊ１＝０とする。
【００５２】
ＦＬＡＧ Ｊ１＝１になると、次回からはステップ３１よりステップ３６に進み、終了フラグＦＬＡＧ Ｅ１をみる。このフラグは後述するアクション１−Ａが終了したとき１となるフラグである（図１２ステップ１４６参照）。ＦＬＡＧ Ｅ１＝０であるあいだはそのまま終了し（このときＦＬＡＧ Ｊ１＝１）、ＦＬＡＧ Ｅ１＝１になると、ステップ３６よりステップ３５に進んでＦＬＡＧ Ｊ１＝０とする。
【００５３】
図３のフローによれば、アクション１−Ａの実行中（ＦＬＡＧ Ｊ１＝１である）にＱｒｅｆがＱｒｅｆＭＡＸ以下となったりＴｃｏ２がＴｃｏ２ＭＡＸ以下となったタイミングでアクション１−Ａの実行が中断されることはない。
【００５４】
図４（図２のステップ３のサブルーチン）は上記〈２〉に記載した場合が成立したかどうかを判定するためのものである。
【００５５】
ステップ４１でフラグＦＬＡＧ Ｊ２をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ４２、４３、４４に進み、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１とその下限値ＴｃｏＭＩＮを、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆとその下限値ＱｒｅｆＭＩＮを、また一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａとその下限値ＱｃｏａＭＩＮを比較する。
【００５６】
一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が下限値ＴｃｏＭＩＮ未満であり、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが下限値ＱｒｅｆＭＩＮ未満でありさらに一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮ以上である場合には上記〈２〉に記載した場合が成立したと判断し、ステップ４５に進んでＦＬＡＧ Ｊ２＝１とする。
【００５７】
一方、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が下限値ＴｃｏＭＩＮ以上であるとき、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが下限値ＱｒｅｆＭＩＮ以上であるときあるいは一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮ未満であるときにはステップ４６に進みＦＬＡＧ Ｊ２＝０とする。
【００５８】
ＦＬＡＧ Ｊ２＝１になると、次回からはステップ４１よりステップ４７に進み終了フラグＦＬＡＧ Ｅ２をみる。この終了フラグは、後述するアクション２−Ａが終了したとき１となるフラグである。ＦＬＡＧ Ｅ２＝０であるあいだはそのまま終了し（このときＦＬＡＧ Ｊ２＝１）、ＦＬＡＧ Ｅ２＝１になると、ステップ４７よりステップ４６に進んでＦＬＡＧ Ｊ２＝０とする。
【００５９】
図４のフローによれば、アクション２−Ａの実行中（ＦＬＡＧ Ｊ２＝１である）にＴｃｏ１がＴｃｏＭＩＮ以上となったり、ＱｒｅｆがＱｒｅｆＭＩＮ以上となったりあるいはＱｃｏａがＱｃｏａＭＩＮ未満となったタイミングでアクション２−Ａの実行が中断されることはない。
【００６０】
図５（図２のステップ４のサブルーチン）は上記〈３〉に記載した場合が成立したかどうかを判定するためのものである。
【００６１】
ステップ５１でフラグＦＬＡＧ Ｊ３をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ５２、５３、５４に進み、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆとその上限値ＱｒｅｆＭＡＸを、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１とその上限値Ｔｃｏ１ＭＡＸ及び下限値Ｔｃｏ１ＭＩＮを、また一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２とその上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸ及び下限値Ｔｃｏ２ＭＩＮを比較する。
【００６２】
一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸを超えており、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が上限値Ｔｃｏ１ＭＡＸと下限値Ｔｃｏ１ＭＩＮの間にあり、かつ一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸと下限値Ｔｃｏ２ＭＩＮの間にある場合には、上記〈３〉に記載した場合が成立したと判断し、ステップ５５に進んでＦＬＡＧ Ｊ３＝１とする。
【００６３】
一方、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸ以下であったり、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が上限値Ｔｃｏ１ＭＡＸと下限値Ｔｃｏ１ＭＩＮの間になかったりまたは一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸと下限値Ｔｃｏ２ＭＩＮの間になかったりするときにはステップ５６に進みＦＬＡＧ Ｊ３＝０とする。
【００６４】
ＦＬＡＧ Ｊ３＝１になると、ステップ５２以降に進むことなくそのまま終了する。これは、上記〈３〉に記載した場合の成立を判定したときには、その判定結果を運転を停止するまで持ちづけるようにするためである。
【００６５】
図６（図２のステップ５のサブルーチン）は上記〈４〉に記載した場合が成立したかどうかを判定するためのものである。
【００６６】
ステップ６１でフラグＦＬＡＧ Ｊ４をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ６２に進み一酸化炭素除去装置９へｍｐ空気流量Ｑｃｏとその上限値ＱｃｏＭＡＸを比較する。
【００６７】
一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏが上限値ＱｃｏＭＡＸを超える場合には上記〈４〉に記載した場合が成立したと判断し、ステップ６３に進んでフラグＦＬＡＧ Ｊ４＝１とする。
【００６８】
一方、一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏが上限値ＱｃｏＭＡＸ以下であるときにはステップ６４に進みフラグＦＬＡＧ Ｊ４＝０とする。
【００６９】
ＦＬＡＧ Ｊ４＝１になると、ステップ６２以降に進むことなくそのまま終了する。これは、上記〈４〉に記載した場合の成立を判定したときには、その判定結果を運転を停止するまで持ちづけるようにするためである。
【００７０】
図７（図２のステップ６のサブルーチン）は上記〈５〉に記載した場合が成立したかどうかを判定するためのものである。
【００７１】
ステップ７１でフラグＦＬＡＧ Ｊ５をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ７２、７３に進み、一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２とその上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸを、また一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆとその上限値ＱｒｅｆＭＡＸを比較する。
【００７２】
一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸを超えており、かつ一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸ以下である場合には上記〈５〉に記載した場合が成立したと判断し、ステップ７４に進んでフラグＦＬＡＧ Ｊ４＝１とする。
【００７３】
一方、一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸ以下であるときや一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸを超えているときにはステップ７５に進みフラグＦＬＡＧ Ｊ５＝０とする。
【００７４】
ＦＬＡＧ Ｊ５＝１になると、ステップ７２以降に進むことなくそのまま終了する。これは、上記〈５〉に記載した場合の成立を判定したときには、その判定結果を運転を停止するまで持ちづけるようにするためである。
【００７５】
図８（図２のステップ７のサブルーチン）は上記〈６〉に記載した場合が成立したかどうかを判定するためのものである。
【００７６】
ステップ８１でフラグＦＬＡＧ Ｊ６をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ８２、８３、８４に進み、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１とその下限値Ｔｃｏ２ＭＩＮを、また一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆとその下限値ＱｒｅｆＭＩＮを、また一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａとその下限値ＱｃｏａＭＩＮを比較する。
【００７７】
一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が下限値Ｔｃｏ２ＭＩＮを下回っており、かつ一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが下限値ＱｒｅｆＭＩＮ以上であり、かつ一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮ以上である場合には上記〈６〉に記載した場合が成立したと判断し、ステップ８５に進んでフラグＦＬＡＧ Ｊ６＝１とする。
【００７８】
一方、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が下限値Ｔｃｏ２ＭＩＮ以上であるときや一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが下限値ＱｒｅｆＭＩＮを下回っているときや一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮを下回っているときにはステップ８６に進みフラグＦＬＡＧ Ｊ６＝０とする。
【００７９】
ＦＬＡＧ Ｊ６＝１になると、ステップ８２以降に進むことなくそのまま終了する。これは、上記〈６〉に記載した場合の成立を判定したときには、その判定結果を運転の停止まで持ちづけるようにするためである。
【００８０】
図９（図２のステップ７のサブルーチン）は上記〈７〉に記載した場合が成立したかどうかを判定するためのものである。
【００８１】
ステップ９１でフラグＦＬＡＧ Ｊ７をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ９２に進み一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａとその下限値ＱｃｏａＭＩＮを比較する。
【００８２】
一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮ未満である場合には上記〈７〉に記載した場合が成立したと判断し、ステップ９３に進んでフラグＦＬＡＧ Ｊ７＝１とする。
【００８３】
一方、一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮ以上であるときにはステップ９４に進みフラグＦＬＡＧ Ｊ７＝０とする。
【００８４】
ＦＬＡＧ Ｊ７＝１になると、ステップ９２以降に進むことなくそのまま終了する。これは、上記〈７〉に記載した場合の成立を判定したときには、その判定結果を運転を停止するまで持ちづけるようにするためである。
【００８５】
このようにして図２のフローの今回の処理を全て終了する。
【００８６】
図２においてステップ２〜８を実行した後には、２以上のフラグが同時に１になることがあり得る。フラグ＝１のときには、そのフラグに対応したアクションを実行するのであるから、２以上のフラグが同時に１になったときには、アクションが重なり支障が生じ得ることが考えられなくもない。そこで、アクションが重なった場合は、図２において判定の順番が後だった方のフラグに従うため、次のようにアクションを実行する。すなわち図１０に示したように、
〔１〕フラグＦＬＡＧ Ｊ７＝１であるとき、ステップ１０１よりステップ１０８に進み、アクション７−Ａを実行する。
〔２〕フラグＦＬＡＧ Ｊ７＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ６＝１であるときステップ１０１、１０２、１０９と進みアクション６−Ａを実行する。
〔３〕フラグＦＬＡＧ Ｊ７＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ６＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ５＝１であるときステップ１０１、１０２、１０３、１１０と進みアクション５−Ａを実行する。
〔４〕フラグＦＬＡＧ Ｊ７＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ６＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ５＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ４＝１であるときステップ１０１、１０２、１０３、１０４、１１１と進みアクション４−Ａを実行する。
〔５〕フラグＦＬＡＧ Ｊ７＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ６＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ５＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ４＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ３＝１であるときステップ１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１１２と進みアクション３−Ａを実行する。
〔６〕フラグＦＬＡＧ Ｊ７＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ６＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ５＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ４＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ３＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ２＝１であるときステップ１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１１３と進みアクション２−Ａを実行する。
〔７〕フラグＦＬＡＧ Ｊ７＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ６＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ５＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ４＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ３＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ２＝０かつフラグＦＬＡＧ Ｊ１＝１であるときステップ１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１１４と進みアクション１−Ａを実行する。
〔８〕７つのフラグがすべてゼロであるときは何もしない。ここで、７つのフラグがすべてゼロであるときを「通常時」と定義する。
【００８７】
次に、図１０に示したステップ１０８〜１１４の各アクションの内容をアクション毎に説明する。
【００８８】
図１１、図１２はアクション１−Ａにおける改質器８の目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２及び蒸発器６の目標原料流量ｔＱｇｅｎを演算するためのものである。図１１、図１２は図１０ステップ１１４のサブルーチンであるため、図１０の制御周期と同じ制御周期で実行される。
【００８９】
なお、フローを複雑化させないため、図１１、図１２のフロー並びに後述する図１６、図１７、図１８、図１９のフローは負荷が大きく変化しない定常時を対象として作成している。
【００９０】
具体的に説明する。ステップ１２１、１２２は上記７つの各場合がいずれも成立しない場合（通常時）に最適な改質効率が得られる改質器８の空気流量（空気入口流量と空気中間流量）を算出する部分である。
【００９１】
ステップ１２１では蒸発器６の目標原料流量ｔＱｇｅｎ［ｋｇ／ｍｉｎ］、改質器８の目標空気流量ｔＱａ［ｋｇ／ｍｉｎ］、この目標空気流量ｔＱａを改質器８の空気入口８ｄと空気中間入口８ｆとに配分する配分比を読み込む。これら３つの値は図示しないフローにより演算されている。例えば、ｔＱｇｅｎ、ｔＱａ、配分比は図１３、図１４、図１５のような特性である。
【００９２】
ここで、目標流量比は、
目標流量比
＝目標酸素流量［ｋｇ／ｍｉｎ］／目標原料流量［ｋｇ／ｍｉｎ］
＝ｔＱａ×０．２１／ｔＱｇｅｎ…（ａ）
の式により定まる値であり、目標流量比は一定値であるから、（ａ）式をｔＱａについて整理すると次式が得られる。
【００９３】
ｔＱａ＝目標流量比×ｔＱｇｅｎ／０．２１…（ｂ）
この（ｂ）式をテーブル化すれば図１４の特性が得られる。
【００９４】
ステップ１２１では温度センサ３９からの改質器８の入口触媒温度Ｔｋａｉ１も読み込んでいる。
【００９５】
ステップ１２２では改質器８の目標空気流量ｔＱａと配分比を用いて、
Ｑｍ１０＝ｔＱａ×配分比…（２）
Ｑｍ２０＝ｔＱａ×（１−配分比）…（３）
の式により基本空気入口流量Ｑｍ１０、基本空気中間流量Ｑｍ２０を算出する。
【００９６】
これらの値を流量制御弁２１、２２に与えてやれば、上記７つの各場合がいずれも成立しないとき（通常時）、改質器８において最適な原料転化率が得られる。
【００９７】
ステップ１２４ではフラグＦＬＡＧ Ａ１をみる。フラグＦＬＡＧ Ａ１はゼロに初期設定されているので、ステップ１２４に進み改質器８への原料流量を所定値（正の一定値）Δ１だけ減少させるため、
ｔＱｇｅｎ１＝ｔＱｇｅｎ−Δ１…（４）
の式により蒸発器６の目標原料流量ｔＱｇｅｎ１［ｋｇ／ｍｉｎ］を算出する。
【００９８】
（４）式の所定値Δ１には改質器出口の改質ガス流量が明らかに減少し、改質ガス中の一酸化炭素成分もそれに比例して明らかに減少する値を選択する。最終的には実験結果に基づいて決める。
【００９９】
ステップ１２５では、減量して求めた目標原料流量ｔＱｇｅｎ１のもとで流量比が目標流量比より小さな所定値（所定流量比）となるように改質器８の目標空気流量ｔＱａ１を、
ｔＱａ１＝ｔＱｇｅｎ１×所定流量比／０．２１…（５）
の式により算出する。
【０１００】
ここで、（５）式右辺の分子であるｔＱｇｅｎ１×所定流量比は所定流量比となるときの酸素流量［ｋｇ／ｍｉｎ］であり、これを空気中の酸素割合である０．２１で割ることによって空気流量［ｋｇ／ｍｉｎ］を得ている。
【０１０１】
（５）式により、流量比が所定値となるまで改質器８への空気流量を低下させることで、改質器内の原料と酸素の割合（つまり反応状態）が変化し原料を水素リッチなガスに変化させる割合（転化率）が変わる。これによって改質ガス中に含まれる一酸化炭素成分が直ちに低下する。
【０１０２】
上記（５）式の所定流量比は、改質ガス中の一酸化炭素成分を有効に低下することができるように予め実験やシミュレーションで決めておく。
【０１０３】
ステップ１２５の操作により改質器８への空気流量を減少させるのは、流量比を変えて原料の転化率を変えることが目的であるので、改質器８の空気入口流量はそのままにしておいて、先に改質器８の空気中間流量を減少させる。その結果、空気中間流量がゼロになった場合に初めて空気入口流量を低下させる。これを実行するためステップ１２６で、
ｄＱａ＝ｔＱａ−ｔＱａ１…（６）
の式により空気流量の減量分ｄＱａを算出し、この減量分ｄＱａと基本空気中間流量Ｑｍ２０とをステップ１２７で比較する。減量分ｄＱａが基本空気中間流量Ｑｍ２０より小さい場合には、減量分ｄＱａの全てを空気中間流量の減量で賄うことができるためステップ１２８に進み、目標空気中間流量Ｑｍ２を、
Ｑｍ２＝Ｑｍ２０−ｄＱａ…（７）
の式により算出する。このときには基本空気入口流量Ｑｍ１０をそのまま目標空気入口流量Ｑｍ１とする（ステップ１２８）。
【０１０４】
一方、減量分ｄＱａが基本空気中間流量Ｑｍ２０を超える場合には、ｄＱａの全てを空気中間流量の減量で賄うことができないので、ステップ１２７よりステップ１２９に進み目標空気中間流量Ｑｍ２をゼロとし、足りない分（ｄＱａ−Ｑｍ２０）を空気入口流量から低減するため、目標空気入口流量Ｑｍ１を、
Ｑｍ１＝Ｑｍ１０−（ｄＱａ−Ｑｍ２０）…（８）
の式により算出する。
【０１０５】
これでアクション１−Ａにおける目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２の算出を終了するので、ステップ１３０、１３１でフラグＦＬＡＧ Ａ１＝１としかつタイマを起動した後、ステップ１３２においてＱｍ１、Ｑｍ２とｔＱｇｅｎ１を出力レジスタに移す。ここで、タイマはアクション１−Ａを開始してからの時間を計測するためのもので、起動によりタイマ値ｔがゼロとなり、時間と共に大きくなっていく。
【０１０６】
図示しないフローでは、流量センサ３２により検出される実際の空気入口流量がこのようにして算出した目標空気入口流量Ｑｍ１と一致するように流量制御弁２１の開度が、また流量センサ３３により検出される実際の空気中間流量がこのようにして算出した目標空気中間流量Ｑｍ２と一致するように流量制御弁２２の開度が制御される。なお、これらの流量制御弁２１、２２に代えて、ガス流体用の流量制御一体型の制御弁を用いてもかまわない。当該制御弁では流量センサを内蔵しており、算出した目標空気流量Ｑｍ１、Ｑｍ２を入力として与えると、この値と内蔵の流量センサにより検出される実流量とが一致するように弁開度が駆動される。
【０１０７】
また、このようにして算出した目標原料流量ｔＱｇｅｎの原料が改質器８に供給されるように水、メタノールの供給装置４、５内の流量制御装置（インジェクタ）が制御される。
【０１０８】
フラグＦＬＡＧ Ａ１＝１としたことより次回以降はステップ１２３よりステップ１３３に進み、タイマ値ｔと所定値（正の一定値）ｔ０を比較する。所定値ｔ０はアクション１−Ａの開始により原料流量の低下の効果が現れて改質ガス流量が低下し、改質ガス中の一酸化炭素成分が減少するまでの期間を設定している。なお、アクション１−Ａの開始によって改質ガス中には未反応の原料が多く含まれるようになり、この状態が長く続くと燃料電池１７に悪影響を与え発電性能を低下させてしまうので（例えば未反応の原料がメタノールである場合については特開平８−２７３６９０号公報参照）、ｔ０は長く設定しすぎないようにしなければならない。具体的には予め行った実験やシミュレーションの結果から決定する。
【０１０９】
タイマ値ｔがｔ０未満であるときには、原料流量の低下を継続するためステップ１３４に進み現状を維持する。すなわち、Ｑｍ１、Ｑｍ２、ｔＱｇｅｎ１について前回値をそのまま今回値としたあと、ステップ１３２の操作を実行する。
【０１１０】
なお、図ではＱｍ１の前回値を「Ｑｍ１（前回）」、Ｑｍ２の前回値を「Ｑｍ２（前回）」、ｔＱｇｅｎ１の前回値を「ｔＱｇｅｎ１（前回）」で表している。
【０１１１】
やがてタイマ値ｔがｔ０以上になると、ステップ１３３より図１２のステップ１３５以降の復帰操作に進む。
【０１１２】
ステップ１３５で温度センサ３９により検出されている改質器８の入口触媒温度Ｔｋａｉ１と改質器８の目標運転温度Ｔｍ（例えば４００℃）を比較する。アクション１−Ａ開始後の原料流量の低下により改質器８の入口触媒温度は低下するので、タイマ値ｔがｔ０以上となってステップ１３５に進んできた当初はＴｋａｉ１がＴｍより低くなっている。従ってこのときにはステップ１３６に進んで、
ΔＴ＝Ｔｍ−Ｔｋａｉ１…（９）
の式により目標運転温度Ｔｍからの温度差ΔＴを算出し、この温度差ΔＴを無くすためステップ１３７で温度差ΔＴに基づいて公知の比例積分動作を行ってフィードバック量Ｑｆｂを算出する。
【０１１３】
ステップ１３８では、
Ｑｍ１＝Ｑｍ１（前回）＋Ｑｆｂ…（１０）
ただし、Ｑｍ１（前回）：Ｑｍ１の前回値、
の式により目標空気入口流量Ｑｍ１を算出する。ここで、温度差ΔＴが正の値のときにはＱｆｂが正の値となり、Ｑｍ１が増やされる。タイマ値ｔがｔ０以上となってステップ１３５に進んできた当初のＱｍ１（前回）は、タイマ値ｔがｔ０以上となる直前のＱｍ１である。
【０１１４】
ステップ１３９ではこの目標空気入口流量Ｑｍ１と基本空気入口流量Ｑｍ１０を比較する。Ｑｍ１０がＱｍ１より大きいことは、改質器８の空気入口８ｄより供給しきれない空気が残ってしまうことを表すので、この場合には改質器８の空気入口８ｄより供給しきれない空気を空気中間入口８ｆから供給するため、ステップ１４０に進んで、
Ｑｍ２＝Ｑｍ１０−Ｑｍ１…（１１）
の式により目標空気中間流量Ｑｍ２を算出する。
【０１１５】
一方、Ｑｍ１０がＱｍ１以下であるときには改質器８の空気入口流量の増加のみで十分であるので、ステップ１４１に進みＱｍ２＝０とする。
【０１１６】
ステップ１４２では蒸発器６の目標原料流量ｔＱｇｅｎ１の値を維持し、ステップ１４３の操作を実行する。
【０１１７】
ステップ１３６〜１４３の操作を繰り返すと、やがて改質器８の入口触媒温度Ｔｋａｉ１が目標運転温度Ｔｍ以上となるので、このときにはステップ１３５よりステップ１４４に進み、改質器８への現在の空気流量を維持するとともに、次回に備えるためステップ１４５、１４６でフラグＦＬＡＧ Ａ１＝０、終了フラグＦＬＡＧ Ｅ１＝１とした後、ステップ１４２、１４３の操作を実行する。
【０１１８】
ＦＬＡＧ Ｅ１＝１となれば、図３においてステップ３１、３６よりステップ３５へと進みＦＬＡＧ Ｊ１＝０となる。この結果、再び上記〈１〉に記載した場合が成立するかどうかが図３のフローにより判定され、上記〈１〉に記載した場合が成立すれば再びＦＬＡＧ Ｊ１＝１となり、アクション１−Ａが実行される。
【０１１９】
次に、アクション２−Ａの内容についてであるが、これはアクション１−Ａと同様なので、フローは作成していない。あえて作成するとすれば、図１１、図１２においてフラグの名称を変える（ステップ１２３、１３１、１４５のフラグＦＬＡＧ Ａ１をＦＬＡＧ Ａ２に、ステップ１４６のフラグＦＬＡＧ Ｅ１をＦＬＡＧ Ｅ２に変える）だけでよい。
【０１２０】
図１６はアクション３−Ａにおける改質器８の目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２及び蒸発器６の目標原料流量ｔＱｇｅｎを演算するためのものである。図１６は図１０ステップ１１２のサブルーチンであり、図１０の制御周期と同じ制御周期で実行される。図１１、図１２と同一部分には同一のステップ番号を付けている。
【０１２１】
図１１、図１２と相違する部分を主に説明すると、ステップ１５３では改質器８への原料流量を所定値（正の一定値）Δ２だけ減少するため、上記（４）式に代えて、
ｔＱｇｅｎ１＝ｔＱｇｅｎ−Δ１…（１２）
の式により蒸発器６の目標原料流量ｔＱｇｅｎ１を算出する。
【０１２２】
またステップ１５４ではこのときの目標原料流量ｔＱｇｅｎ１でも流量比が目標流量比（一定値）となるように改質器８への目標空気流量ｔＱａ１を、上記（５）式に代えて、
ｔＱａ１＝ｔＱｇｅｎ１×目標流量比／０．２１…（１３）
の式により算出する。
【０１２３】
アクション３−Ａでは（後述するアクション４−Ａ〜７−Ａについても）、アクション１−Ａ、２−Ａと違って所定期間後の復帰動作を行うことはないので、図１１のステップ１３３、図１２のステップ１３５〜１４６の操作が図１６にはない。また、ステップ１５１では改質器の入口触媒温度Ｔｋａｉ１の読み込みも不要である。
【０１２４】
また、ステップ１５２、１５５ではアクション３−Ａに合わせてフラグの名称をアクション１−Ａと相違させている。
【０１２５】
図１７はアクション４−Ａにおける改質器８の目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２を演算するためのものである。図１７は図１０ステップ１１１のサブルーチンであり、図１０の制御周期と同じ制御周期で実行される。
【０１２６】
ステップ１６１で蒸発器６の目標原料流量ｔＱｇｅｎ、改質器８の目標空気流量ｔＱａ、配分比、改質器８の入口触媒温度Ｔｋａｉ１を読み込み、ステップ１６２で上記の（２）、（３）式により基本空気入口流量Ｑｍ１０、基本空気中間流量Ｑｍ２０を算出する。
【０１２７】
ステップ１６３ではフラグＦＬＡＧ Ａ４をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ１６４に進み、改質器８の実際の入口触媒温度Ｔｋａｉ１から所定値（正の一定値）θだけ低い値をアクション４−Ａにおける改質器８の目標温度Ｔｍ１として、つまり
Ｔｍ１＝Ｔｋａｉ１−θ…（１４）
の式によりアクション４−Ａにおける改質器８の目標温度Ｔｍ１を設定する。
【０１２８】
ステップ１６５では所定量（正の一定値）φの空気だけ改質器８への空気流量を減らすため、空気入口流量からの減量分ｄＱ１、空気中間流量からの減量分ｄＱ２を、
ｄＱ１＝φ×配分比…（１５）
ｄＱ２＝φ×（１−配分比）…（１６）
の式により算出し、ステップ１６６で基本値からこの減量分を差し引くことによって、つまり
Ｑｍ１＝Ｑｍ１−ｄＱ１…（１７）
Ｑｍ２＝Ｑｍ２−ｄＱ２…（１８）
の式により目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２を算出する。
【０１２９】
ステップ１６７ではフラグＦＬＡＧ Ａ４＝１とした後、ステップ１６８でＱｍ１、Ｑｍ２を出力レジスタに移す。
【０１３０】
フラグＦＬＡＧ Ａ４＝１となったことより次回にはステップ１６３よりステップ１６９に進み、改質器８の入口触媒温度Ｔｋａｉ１とアクション４−Ａにおける改質器８の目標温度Ｔｍ１を比較する。ステップ１６９に初めて進んできた当初はＴｋａｉ１がＴｍ１より高いので、さらに改質器８への空気流量を減らすためステップ１７０において、
Ｑｍ１＝Ｑｍ１（前回）−ｄＱ１…（１９）
Ｑｍ２＝Ｑｍ２（前回）−ｄＱ２…（２０）
ただし、Ｑｍ１（前回）：Ｑｍ１の前回値、
Ｑｍ２（前回）：Ｑｍ２の前回値、
の式により目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２を減量した後、ステップ１６８の操作を実行する。
【０１３１】
ステップ１７０の操作を繰り返し、改質器８への空気流量を減らしてゆくと、やがて改質器８の入口触媒温度Ｔｋａｉ１がアクション４−Ａにおける改質器８の目標温度Ｔｍ１以下に収まる。このときには、ステップ１６９よりステップ１７１に進んで改質器８への現在の空気流量を維持する。
【０１３２】
なお、図１７のフローは図１０の制御周期毎に実行する構成であるが、改質器８への空気流量を減量してからその結果が温度に現れるまでには応答遅れがあるので、その応答遅れを考慮して図１７の制御周期を図１０の制御周期とは異なるように構成することもできる。
【０１３３】
図１８はアクション５−Ａにおける改質器８の目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２及び一酸化炭素除去装置９の目標冷媒流量ｔＱｒｅｆを演算するためのものである。図１８は図１０ステップ１１０のサブルーチンであり、図１０の制御周期と同じ制御周期で実行される。
【０１３４】
ステップ１８１でｔＱｇｅｎ、ｔＱａ、配分比、温度センサ３６により検出される一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１、流量センサ３７により検出される実際の冷媒流量Ｑｒｅｆを読み込み、ステップ１８２で、
Ｑｍ１＝ｔＱａ×配分比…（２１）
Ｑｍ２＝ｔＱａ×（１−配分比）…（２２）
の式により目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２を算出する。
【０１３５】
ステップ１８３ではフラグＦＬＡＧ Ａ５をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ１８４に進み、冷媒流量を現在の状態から所定値（正の一定値）ψだけ増やすため、
ｔＱｒｅｆ＝Ｑｒｅｆ＋ψ…（２３）
の式により目標冷媒流量ｔＱｒｅｆを算出する。
【０１３６】
ステップ１８５ではフラグＦＬＡＧ Ａ５＝１とした後、ステップ１８６でＱｍ１、Ｑｍ２、ｔＱｒｅｆを出力レジスタに移す。
【０１３７】
図示しないフローでは、このようにして算出した目標空気入口流量Ｑｍ１の空気が流れるように流量制御弁２１の開度が、また目標空気中間流量Ｑｍ２の空気が流れるように流量制御弁２２の開度が制御される。
【０１３８】
また、図示しないフローではこのようにして算出した目標冷媒流量ｔＱｒｅｆの冷媒が一酸化炭素除去装置９に供給されるように、温度制御器１３の働きが停止され、流量制御器１４に対して指令値が直接に出力される。これについて説明すると、本実施形態では、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が所定値（例えば上限値Ｔｃｏ１より余裕代だけ低い温度）に保たれるように温度制御器１３が流量制御器１４に対して指令値を与えているので、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量を変化させるにはコントローラ３１より温度制御器１３に対して目標温度を変更する指示を与えれば良いとも考えられるのであるが、上記〈５〉に記載した場合が成立して冷媒流量の調整が必要となったことは、温度制御器１３による温度制御がうまく機能してないことを意味する。このため、温度制御器１３に対して目標温度の変更を指示することはせず、温度制御器１３の働きを停止して、流量制御器１４に対して目標冷媒流量ｔＱｒｅｆを直接に出力する。
【０１３９】
フラグＦＬＡＧ Ａ５＝１となったことより次回にはステップ１８３よりステップ１８７に進み一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１と所定温度ＴｃｏＡを比較する。ここで、所定温度ＴｃｏＡは例えば上限値ＴｃｏＭＡＸから余裕代（正の一定値）ε１を持たせた値、つまり
ＴｃｏＡ＝ＴｃｏＭＡＸ−ε１…（２４）
とする。
【０１４０】
ステップ１８７に初めて進んできた当初はＴｃｏ１がＴｃｏＡより高いので、さらに一酸化炭素除去装置９への冷媒流量を増やすためステップ１８８で、
ｔＱｒｅｆ＝ｔＱｒｅｆ（前回）＋ψ…（２５）
ただし、ｔＱｒｅｆ（前回）：ｔＱｒｅｆの前回値、
の式により目標冷媒流量ｔＱｒｅｆを算出する。
【０１４１】
また、ステップ１８９では改質器８の目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２を現状に維持し、ステップ１８６の操作を実行する。
【０１４２】
ステップ１８８、１８６の操作を繰り返し、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量を増やしてゆくと、やがて入口触媒温度Ｔｃｏ１が低下し所定温度ＴｃｏＡ以下に収まる。このときには、ステップ１８７よりステップ１９０に進んでそのときの目標冷媒流量ｔＱｒｅｆを維持し、ステップ１８９、１８６の操作を実行する。
【０１４３】
なお、図１８のフローは図１０の制御周期毎に実行する構成であるが、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量を増やしてからその結果が温度に現れるまでには応答遅れがあるので、その応答遅れを考慮して図１８の制御周期を図１０の制御周期とは異なるように構成することもできる。
【０１４４】
図１９はアクション６−Ａにおける改質器８の目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２及び一酸化炭素除去装置９の目標冷媒流量ｔＱｒｅｆを演算するためのものである。図１９は図１０ステップ１０９のサブルーチンであり、図１０の制御周期と同じ制御周期で実行される。図１８と同一部分には同一のステップ番号を付けている。
【０１４５】
図１８と相違する部分を中心にして説明すると、ステップ２０１ではフラグＦＬＡＧ Ａ６をみる。このフラグはゼロに初期設定されているので、ステップ２０２に進み現在の状態から所定値（正の一定値）ψだけ冷媒流量を減らすため、
ｔＱｒｅｆ＝Ｑｒｅｆ−ψ…（２６）
の式により目標冷媒流量ｔＱｒｅｆを算出する。
【０１４６】
ステップ２０１ではフラグＦＬＡＧ Ａ６＝１とした後、ステップ１８６でＱｍ１、Ｑｍ２、ｔＱｒｅｆを出力レジスタに移す。
【０１４７】
フラグＦＬＡＧ Ａ６＝１となったことより次回にはステップ２０１よりステップ２０４に進み、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１と所定温度ＴｃｏＢを比較する。ここで、所定温度ＴｃｏＢは例えば下限値ＴｃｏＭＩＮからだけ余裕代（正の一定値）ε２を持たせた値、つまり
ＴｃｏＢ＝ＴｃｏＭＩＮ＋ε２…（２７）
とする。
【０１４８】
ステップ２０４に初めて進んできた当初はＴｃｏ１がＴｃｏＢより低いので、さらに一酸化炭素除去装置９への冷媒流量を減らすためステップ２０５に進み、
ｔＱｒｅｆ＝ｔＱｒｅｆ（前回）−ψ…（２８）
ただし、ｔＱｒｅｆ（前回）：ｔＱｒｅｆの前回値、
の式により目標冷媒流量ｔＱｒｅｆを算出する。
【０１４９】
また、ステップ１８９では改質器の目標空気入口流量Ｑｍ１、目標空気中間流量Ｑｍ２を現状に維持し、ステップ１８６の操作を実行する。
【０１５０】
ステップ２０５、１８６の操作を繰り返し、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量を減らしてゆくと、やがてＴｃｏ１が上昇して所定温度ＴｃｏＢ以上に収まる。このときには、ステップ２０４よりステップ１９０に進んでそのときの目標冷媒流量ｔＱｒｅｆを維持し、ステップ１８９、１８６の操作を実行する。
【０１５１】
なお、図１９のフローも図１０の制御周期毎に実行する構成であるが、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量を減らしてからその結果が温度に現れるまでには応答遅れがあるので、その応答遅れを考慮して図１９の制御周期を図１０の制御周期とは異なるように構成することもできる。
【０１５２】
図１８、図１９では現在の状態からの制御周期当たりの冷媒流量の増量分である所定値ψ（図１８ステップ１８４、１８８参照）と、現在の状態からの制御周期当たりの冷媒流量の減量分である所定値ψ（図１９ステップ２０２、２０５参照）と同じにしているが、異ならせてもかまわない。
【０１５３】
図２０はアクション７−Ａにおける操作を説明するためのものである。図２０は図１０ステップ１０８のサブルーチンであり、図１０の制御周期と同じ制御周期で実行される。
【０１５４】
ステップ２１１、２１２では、改質器８への原料流量と空気流量を現状より徐々に低下させると共に、ステップ２１３で燃料電池１７による発電を停止させる。所定の変化率で原料流量、空気流量を低下させるようにしているのは、一気に原料流量、空気流量を低下させると、変化が大きすぎて逆に燃料改質システムを不安定にしてしまうためである。
【０１５５】
ただし、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量は低下させることなく維持する（ステップ２１４）。
【０１５６】
ここで、本実施形態の作用を説明する。
【０１５７】
本実施形態（請求項２に記載の発明）では、限界運転状態回避手段を、一酸化炭素除去装置の運転状態に応じて一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にあるかどうかを判定する触媒処理能力限界判定手段（図２）と、この判定結果より一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合に、その処理能力の限界での運転を回避する限界運転回避手段（図１０）とから構成し、この限界運転状態回避手段により一酸化炭素除去装置９の運転状態に応じて一酸化炭素除去装置９の限界運転状態を回避するようにしたので、限界運転状態が回避された状態での一酸化炭素除去装置９には、一酸化炭素を除去し得る処理能力が生じることから、改質ガス中の一酸化炭素成分が急に増えることがあっても、その増えた分の一酸化炭素成分を、この一酸化炭素除去装置９に生じる一酸化炭素成分の処理能力によって除去することができる。すなわち、一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界を超えた運転へと移行することを防止して未処理の一酸化炭素が燃料電池１７に流入することを防止できる。
【０１５８】
一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸを超えた状態にあることより、一酸化炭素除去触媒の反応が出口まで活発であり、取り除くべき一酸化炭素が出口まであると考えられる。かつ冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸを超えているのでこれ以上の冷却はできない。すなわち、取り除くべき一酸化炭素が出口まであり、かつこれ以上の冷却はできないのであるから、これは一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合であり、この状態では今後さらに空気を一酸化炭素除去装置９に供給し酸化反応（発熱反応）させて一酸化炭素を除去することはできない。
【０１５９】
このような場合に本実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、改質器８への原料流量を低下するので、改質器出口の改質ガスの流量が低下して改質ガス中の一酸化炭素成分が低下し、これにより一酸化炭素除去触媒の処理能力を、限界までに余裕のある状態へと回復させることができる（一酸化炭素除去装置の限界運転状態を回避できる）。
【０１６０】
また、本実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、流量比が目標流量比より小さくなるように改質器８への空気流量を減少させるので、改質器８での反応状態が変化し、これにより流量比を目標流量比に保ちつつ原料流量を低下させる場合より速く、改質ガス中の一酸化炭素成分を低下することができる。
【０１６１】
ある程度の空気を一酸化炭素除去装置９に供給しているのに、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが下限値ＱｒｅｆＭＩＮを下回ることより冷却を必要としておらず、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が下限値Ｔｃｏ１ＭＩＮを下回っている場合には、一酸化炭素除去触媒が活性でない状態つまり一酸化炭素除去触媒の劣化が進行していると考えられる（触媒が活性であれば一酸化炭素除去装置の入口付近の酸素濃度が高いため入口付近の触媒温度が上昇する）。
【０１６２】
この場合も一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合であり、この状態では今後さらに空気を一酸化炭素除去装置９に供給し酸化反応（発熱反応）させて一酸化炭素を除去することはできない。
【０１６３】
このような場合に本実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、改質器８への原料流量を低下するので、改質器出口の改質ガスの流量が低下して改質ガス中の一酸化炭素成分が低下し、これにより一酸化炭素除去触媒の処理能力を、限界までに余裕のある状態へと回復させることができる（一酸化炭素除去装置の限界運転状態を回避できる）。
【０１６４】
また、本実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、流量比が目標流量比より小さくなるように改質器８への空気流量を減少させるので、改質器８での反応状態が変化し、これにより流量比を目標流量比に保ちつつ原料流量を低下させる場合より速く、改質ガス中の一酸化炭素成分を低下することができる。
【０１６５】
流量比を目標流量比より小さくすると、改質器８の転化率が下がり改質器出口の改質ガス中に残る未反応の原料の量が多くなる。このためこの状態が長く続くと燃料電池１７に悪影響を与えるのであるが、本実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、原料流量の低下の効果が現れて改質ガス流量が低下し、改質ガス中の一酸化炭素成分が減少するまでの期間を経過した後に、流量比が目標流量比と一致するまで改質器８への空気流量を増加するので、改質器８の転化率が元に戻り、改質ガス中の未反応原料成分をなくして燃料電池１７への悪影響を防止することができる。
【０１６６】
一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１と出口触媒温度Ｔｃｏ２が通常時の状態にあるので、一酸化炭素除去装置９が一酸化炭素を直ちに流出するに到る可能性は少ないと考えられる状態（一酸化炭素除去装置の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸを超えていないということは、出口付近で一酸化炭素がないために一酸化炭素除去のための酸化反応がほとんどなく、冷媒により冷却されている状態）であるが、冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸを超えていることより一酸化炭素除去装置９は冷却を限界まで使って温度を適正に保っている状態である。よって、今後さらに酸素を含む気体を一酸化炭素除去装置９に供給して酸化反応を促進して一酸化炭素除去を行うことができなくなる状態に至る可能性がある。
【０１６７】
このような場合に、本実施形態（請求項７に記載の発明）によれば、改質器８への原料流量を低下するので、改質器出口の改質ガス流量が低下して改質ガス中の一酸化炭素流成分が低下し、これにより一酸化炭素除去触媒の処理能力を、限界までに余裕のある状態へと回復させることができる（一酸化炭素除去装置の限界運転状態を回避できる）。
【０１６８】
また、本実施形態（請求項７に記載の発明）によれば、流量比が目標流量比を維持するように改質器８への空気流量を減少させるので、改質器８での反応状態を変えることなく改質ガス流量を減らすことができ、改質器８での反応状態が変わって一酸化炭素が余分に生成されるような改質器８の運転状態を防止できる。
【０１６９】
一酸化炭素除去装置９の冷媒流量Ｑｒｅｆ、入口触媒温度Ｔｃｏ１、出口触媒温度Ｔｃｏ２に拘わらず、一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａが上限値ＱｃｏａＭＡＸを超えているので、改質器出口の改質ガス中の一酸化炭素成分が多すぎると考えられる（一酸化炭素除去装置９では一酸化炭素を除去するために更に空気が必要となりその空気流量が上限値を超えた状態）。つまり、一酸化炭素除去装置９に対して上限値ＱｃｏａＭＡＸ以上の空気が必要となった原因は、改質器８の運転状態が適正でなく、改質器出口の改質ガス中の一酸化炭素成分が多すぎることにある。
【０１７０】
よって、上限値Ｑｃｏａを超える空気流量を一酸化炭素除去装置９に供給し続けると、冷媒による冷却と一酸化炭素除去のための酸化反応による発熱とのバランスが崩れて一酸化炭素除去触媒が高温になり、一酸化炭素除去装置９への空気流量を更に増加しての一酸化炭素除去触媒の反応を促進できなくなる状態に至る可能性がある。
【０１７１】
このような場合に、本実施形態（請求項８に記載の発明）によれば、改質器８への空気流量Ｑｃｏａを減少させて改質器８の触媒温度を下げるので、改質器８における一酸化炭素成分の生成を抑制することができ、これによって一酸化炭素除去触媒の処理能力を、限界までに余裕のある状態へと回復させることができる（一酸化炭素除去装置の限界運転状態を回避できる）。
【０１７２】
また、空気流量が一酸化炭素除去装置９に対して多量に必要となる場合として、一酸化炭素除去触媒の劣化が進行している状態（劣化のため一酸化炭素を取り去る性能が落ちたので、更に酸化反応で一酸化炭素の除去反応を活性化しようとして空気流量が上限値を越えた状態）である可能性もあるが、この場合にも改質器８への空気流量を下げて改質器温度を下げるので、改質器８における一酸化炭素成分の生成を抑制できる。
【０１７３】
一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が上限値Ｔｃｏ２ＭＡＸを超え、かつ一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが上限値ＱｒｅｆＭＡＸ以下の場合には、一酸化炭素除去触媒が良く働いて一酸化炭素を除去しているものの発熱した熱量を冷媒で冷却しきれていない状態であると考えられる。
【０１７４】
このような場合に、本実施形態（請求項９に記載の発明）によれば、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆを増加するので、一酸化炭素除去装置９の出口触媒温度Ｔｃｏ２が下がり、一酸化炭素除去触媒の処理能力を、限界までに余裕のある状態へと回復させることができる（一酸化炭素除去装置の限界運転状態を回避できる）。
【０１７５】
ある程度の空気を一酸化炭素除去装置９に供給すると、酸化反応により一酸化炭素除去装置９の温度が上昇する（触媒が活性であれば、空気の供給口に近く酸素濃度も濃い一酸化炭素除去装置９の入口付近の温度が上昇する）のであるから、下限値ＱｃｏａＭＩＮ以上の空気流量を一酸化炭素除去装置９に供給しているのに、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が下限値Ｔｃｏ１ＭＩＮを下回り、かつ一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆが下限値ＱｒｅｆＭＩＮ以上の場合には冷媒による冷却のしすぎであると考えられる。
【０１７６】
このような場合に、本実施形態（請求項１０に記載の発明）によれば、一酸化炭素除去装置９への冷媒流量Ｑｒｅｆを下げるので、一酸化炭素除去装置９の入口触媒温度Ｔｃｏ１が上昇し、一酸化炭素除去触媒の処理能力を、限界までに余裕のある状態へと回復させることができる（一酸化炭素除去装置の限界運転状態を回避できる）。
【０１７７】
一酸化炭素除去装置９の冷媒流量Ｑｒｅｆ、入口触媒温度Ｔｃｏ１、出口触媒温度Ｔｃｏ２に関わらず、一酸化炭素除去装置９への空気流量Ｑｃｏａが下限値ＱｃｏａＭＩＮより少ない状態であるので、燃料改質システム全体の装置上の不具合が発生していると考えられる。というのも一酸化炭素除去装置９への空気流量が下限値より少ない状態とは、空気流量が少なくても一酸化炭素を除去できるようになった場合であり、このような事態となることは、一酸化炭素除去触媒の性能が向上しないかぎりありえない。
【０１７８】
このような場合に、本実施形態（請求項１１に記載の発明）によれば、改質器８への原料流量と空気流量とを低下させると共に、燃料電池１７での発電を停止するので、燃料改質システム全体の装置上の不具合が発生している状態での運転継続を回避できる。
【０１７９】
図２のステップ２〜８で上記〈１〉〜〈７〉に記述の各場合に該当するかどうかの判定を１回の処理ですべて実行すれば、２以上の場合に同時に該当することがあり、このとき、同時に該当した各場合に対応するアクションを行わせたのでは、異なるアクションが重なってしまい、支障が生じないともかぎらないのであるが、本実施形態（請求項１２に記載の発明）によれば、７つの各場合の判定の順番を図２のように定めており、２つ以上の場合に同時に該当するときには、判定の順番が後だった場合に対応するアクションを実行させるようにしているので（図１０参照）、異なるアクションが重なっての支障が生じることを避けることが出来る。
【０１８０】
実施形態では流量比が質量流量比である場合で説明したが、簡単には体積流量比を用いることもできる。
【０１８１】
実施形態ではメタノール改質の場合で述べたが、本発明は、ガソリン改質など他の改質仕様にも適用が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料改質システムの概略構成図。
【図２】７つの場合が成立したかどうかの判定を説明するためのフローチャート。
【図３】判定１−Ｈを説明するためのフローチャート。
【図４】判定２−Ｈを説明するためのフローチャート。
【図５】判定３−Ｈを説明するためのフローチャート。
【図６】判定４−Ｈを説明するためのフローチャート。
【図７】判定５−Ｈを説明するためのフローチャート。
【図８】判定６−Ｈを説明するためのフローチャート。
【図９】判定７−Ｈを説明するためのフローチャート。
【図１０】アクションの実行を説明するためのフローチャート。
【図１１】アクション１−Ａの内容を説明するためのフローチャート。
【図１２】アクション１−Ａの内容を説明するためのフローチャート。
【図１３】蒸発器の目標原料流量の特性図。
【図１４】改質器の目標空気流量の特性図。
【図１５】配分比の特性図。
【図１６】アクション３−Ａの内容を説明するためのフローチャート。
【図１７】アクション４−Ａの内容を説明するためのフローチャート。
【図１８】アクション５−Ａの内容を説明するためのフローチャート。
【図１９】アクション６−Ａの内容を説明するためのフローチャート。
【図２０】アクション７−Ａの内容を説明するためのフローチャート。
【図２１】改質器の概略構成図。
【符号の説明】
８ 改質器
８ｄ 空気入口（気体入口）
８ｆ 空気中間入口（気体中間入口）
１２ 冷却器（冷却装置）
１７ 燃料電池
２１ 流量制御弁
２２ 流量制御弁
２３ 流量制御弁（気体流量調整装置）
２４ 流量制御弁
３１ コントローラ
３６ 温度センサ
３７ 流量センサ
３８ 温度センサ
３９ 温度センサ
Claims (17)
- 酸素を含む気体と原料とを用いて改質反応と部分酸化反応とを行って水素を含む改質ガスを生成する改質器と、
改質ガス中の一酸化炭素を水と反応させるシフト反応と、このシフト反応でも反応せずに残る一酸化炭素を酸素を含む気体を用いて酸化させる部分酸化反応とで改質ガス中に含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去装置と、
この一酸化炭素除去装置におけるシフト反応と部分酸化反応による発熱を冷媒により冷却する冷却装置と、
一酸化炭素除去装置により一酸化炭素の除去された改質ガスと酸素とを反応させて発電する燃料電池と
を備えた燃料改質システムにおいて、
一酸化炭素除去装置の運転状態に応じて一酸化炭素除去装置の一酸化炭素除去触媒が処理能力の限界にある限界運転状態を回避する限界運転状態回避手段を備える
ことを特徴とする燃料改質システム。 - 限界運転状態回避手段は、一酸化炭素除去装置の運転状態に応じて一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にあるかどうかを判定する触媒処理能力限界判定手段と、この判定結果より一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合に、その処理能力の限界での運転を回避する限界運転回避手段とからなることを特徴とする請求項１に記載の燃料改質システム。
- 一酸化炭素除去装置の運転状態を検出するパラメータは、一酸化炭素除去装置の入口触媒温度、一酸化炭素除去装置の出口触媒温度、一酸化炭素除去装置への冷媒流量、一酸化炭素除去装置への酸素を含む気体流量の少なくとも一つであることを特徴とする請求項２に記載の燃料改質システム。
- 一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合は、一酸化炭素除去装置への冷媒流量が上限値を超え、かつ一酸化炭素除去装置の出口触媒温度が上限値を超えている場合であり、この場合の限界運転回避手段は、改質器への原料流量を低下させる原料流量低下手段と、改質器への酸素流量を改質器への原料流量で割った値である流量比が目標流量比より小さくなるように改質器への酸素を含む気体流量を減少させる気体流量減少手段とからなることを特徴とする請求項３に記載の燃料改質システム。
- 一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合は、一酸化炭素除去装置の入口触媒温度が下限値を下回り、かつ一酸化炭素除去装置への冷媒流量が下限値を下回り、かつ一酸化炭素除去装置への酸素を含む気体流量が下限値以上の場合であり、この場合の限界運転回避手段は、改質器への原料流量を低下する原料流量低下手段と、改質器への酸素流量を改質器への原料流量で割った値である流量比が目標流量比より小さくなるように改質器への酸素を含む気体流量を減少させる気体流量減少手段とからなることを特徴とする請求項３に記載の燃料改質システム。
- 所定期間の経過後に、改質器への酸素流量を改質器への原料流量で割った値である流量比が目標流量比と一致するまで改質器への酸素を含む気体流量を増加することを特徴とする請求項４または５に記載の燃料改質システム。
- 一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合は、一酸化炭素除去装置への冷媒流量が上限値を超え、かつ一酸化炭素除去装置の入口触媒温度が上限値と下限値の間にあり、かつ一酸化炭素除去装置の出口触媒温度が上限値と下限値の間にある場合であり、この場合の限界運転回避手段は、改質器への原料流量を低下する原料流量低下手段と、改質器への酸素流量を原料流量で割った値である流量比が目標流量比を維持するように改質器への酸素を含む気体流量を減少させる気体流量減少手段とからなることを特徴とする請求項３に記載の燃料改質システム。
- 一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合は、一酸化炭素除去装置への酸素を含む気体流量が上限値を超える場合であり、この場合の限界運転回避手段は、改質器への酸素を含む気体流量を減少させる気体流量減少手段であることを特徴とする請求項３に記載の燃料改質システム。
- 一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合は、一酸化炭素除去装置の出口触媒温度が上限値を超え、かつ一酸化炭素除去装置への冷媒流量が上限値以下の場合であり、この場合の限界運転回避手段は、一酸化炭素除去装置への冷媒流量を増加する冷媒流量増加手段であることを特徴とする請求項３に記載の燃料改質システム。
- 一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合は、一酸化炭素除去装置の入口触媒温度が下限値を下回り、かつ一酸化炭素除去装置への冷媒流量が下限値以上の状態で、かつ一酸化炭素除去装置への酸素を含む気体流量が下限値以上の場合であり、この場合の限界運転回避手段は、一酸化炭素除去装置への冷媒流量を減少させる冷媒流量減少手段であることを特徴とする請求項３に記載の燃料改質システム。
- 一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合は、一酸化炭素除去装置への酸素を含む気体流量が下限値を下回る場合であり、この場合の限界運転回避手段は、改質器への原料流量と酸素を含む気体流量を低下させる流量低下手段と、燃料電池での発電を停止させる発電停止手段とからなることを特徴とする請求項３に記載の燃料改質システム。
- 次の７つの条件のうち２つ以上が同時に成立した場合に、条件に付けている番号のうち最も大きい番号を有する条件を一酸化炭素除去触媒の処理能力が限界にある場合の条件として選択し、次の７つの限界運転回避手段のうちその選択した条件に付けている番号と同じ番号を有する限界運転回避手段によりその処理能力の限界での運転を回避することを特徴とする請求項３に記載の燃料改質システム。
条件１：一酸化炭素除去装置への冷媒流量が上限値を超え、かつ一酸化炭素除去装置の出口触媒温度が上限値を超えている場合、
条件２：一酸化炭素除去装置の入口触媒温度が下限値を下回り、かつ一酸化炭素除去装置への冷媒流量が下限値を下回り、かつ一酸化炭素除去装置への酸素を含む気体流量が下限値以上の場合、
条件３：一酸化炭素除去装置への冷媒流量が上限値を超え、かつ一酸化炭素除去装置の入口触媒温度が上限値と下限値の間にあり、かつ一酸化炭素除去装置の出口触媒温度が上限値と下限値の間にある場合、
条件４：一酸化炭素除去装置への酸素を含む気体流量が上限値を超える場合、
条件５：一酸化炭素除去装置の出口触媒温度が上限値を超え、かつ一酸化炭素除去装置への冷媒流量が上限値以下の場合、
条件６：一酸化炭素除去装置の入口触媒温度が下限値を下回り、かつ一酸化炭素除去装置への冷媒流量が下限値以上の状態で、かつ一酸化炭素除去装置への酸素を含む気体流量が下限値以上の場合、
条件７：一酸化炭素除去装置への酸素を含む気体流量が下限値を下回る場合、
限界運転回避手段１：改質器への原料流量を低下させる原料流量低下し、かつ改質器への酸素流量を改質器への原料流量で割った値である流量比が目標流量比より小さくなるように改質器への酸素を含む気体流量を減少させる手段、
限界運転回避手段２：改質器への原料流量を低下し、かつ改質器への酸素流量を改質器への原料流量で割った値である流量比が目標流量比より小さくなるように改質器への酸素を含む気体流量を減少させる手段、
限界運転回避手段３：改質器への原料流量を低下し、かつ改質器への酸素流量を原料流量で割った値である流量比が目標流量比を維持するように改質器への酸素を含む気体流量を減少させる手段、
限界運転回避手段４：改質器への酸素を含む気体流量を減少させる手段、
限界運転回避手段５：一酸化炭素除去装置への冷媒流量を増加する手段、
限界運転回避手段６：一酸化炭素除去装置への冷媒流量を低下させる手段、
限界運転回避手段７：改質器への原料流量と酸素を含む気体流量を低下させると共に、燃料電池での発電を停止させる手段、 - 原料流量低下手段は、改質器への原料流量を調整可能な原料流量調整装置と、改質器への基本原料流量を負荷に応じて算出する手段と、この基本原料流量を所定値減量して改質器への目標原料流量を算出する手段と、この算出した目標原料流量が流れるように前記原料流量調整装置を制御する手段とからなり、
気体流量減少手段は、改質器への酸素を含む気体流量を調整可能な気体流量調整装置と、改質器への酸素流量を改質器への原料流量で割った値である流量比が目標流量比より小さな所定値となるように改質器への酸素を含む気体流量の目標値を目標原料流量に基づいて算出する手段と、この算出した気体流量の目標値が流れるように前記気体流量調整装置を制御する手段とからなる
ことを特徴とする請求項４から６までのいずれか一つに記載の燃料改質システム。 - 原料流量低下手段は、改質器への原料流量を調整可能な原料流量調整装置と、改質器への基本原料流量を負荷に応じて算出する手段と、この基本原料流量を所定値減量して改質器への目標原料流量を算出する手段と、この算出した目標原料流量が流れるように前記原料流量調整装置を制御する手段とからなり、
気体流量減少手段は、改質器への酸素を含む気体流量を調整可能な気体流量調整装置と、改質器への酸素流量を改質器への原料流量で割った値である流量比が目標流量比を維持するように改質器への酸素を含む気体流量の目標値を目標原料流量に基づいて算出する手段と、この算出した気体流量の目標値が流れるように前記気体流量調整装置を制御する手段とからなる
ことを特徴とする請求項７に記載の燃料改質システム。 - 原料を供給する原料入口と、部分酸化反応に用いる酸素を含む気体を供給する気体入口と、酸素を含む気体と原料とを用いて改質反応と部分酸化反応とを行って水素を含む改質ガスを生成する触媒と、この生成された改質ガスを排出するガス出口と、気体入口とガス出口との中間位置に酸素を含む気体を供給する気体中間入口とからなる改質器を備える場合に、気体流量減少手段は、気体中間入口に供給する気体の流量を先に減少させる手段であることを特徴とする請求項４から７までのいずれか一つに記載の燃料改質システム。
- 原料を供給する原料入口と、部分酸化反応に用いる酸素を含む気体を供給する気体入口と、酸素を含む気体と原料とを用いて改質反応と部分酸化反応とを行って水素を含む改質ガスを生成する触媒と、この生成された改質ガスを排出するガス出口と、気体入口とガス出口との中間位置に酸素を含む気体を供給する気体中間入口とからなる改質器を備える場合に、気体流量減少手段は、気体入口に供給する気体の流量と気体中間入口に供給する気体の流量とを共に減少させる手段であることを特徴とする請求項８に記載の燃料改質システム。
- 流量比は質量流量比であることを特徴とする請求項４、５、６、７、１２、１３、１４のいずれか一つに記載の燃料改質システム。
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