JP3724563B2

JP3724563B2 - 燃料改質装置

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Publication number: JP3724563B2
Application number: JP2001113491A
Authority: JP
Inventors: 光高阿部
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: JP2002308602A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料改質装置、特に起動時の運転に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料改質装置の一部を構成する一酸化炭素除去器を起動する方法が特開平８−１３３７０１公報に開示されている。このものでは燃料改質装置の起動時にまず燃料蒸気生成手段により燃料蒸気を生成し、その燃料蒸気を改質器に導入して水素リッチガスを生成する。次にこの水素リッチガスに過剰量の酸化剤を混合して一酸化炭素除去器に導入する。これにより一酸化炭素除去器では一酸化炭素の酸化反応の進行と並行して水素の酸化反応が促進され、この反応熱により一酸化炭素除去器が昇温する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料を改質することにより生成した水素リッチガスには一酸化炭素が含まれるのであるが、起動した直後で改質触媒（改質器に用いられている触媒）が低温のときには一酸化炭素を十分に低減できないため起動開始直後の水素リッチガス中の一酸化炭素濃度が通常運転時より高くなる。例えば燃料にメタノールを用いた場合には一時的に例えば３％程度にもなる。
【０００４】
一方、一酸化炭素除去触媒（一酸化炭素除去器に用いられている触媒）は、一酸化炭素を選択的に酸化するために一酸化炭素が吸着しやすいように設計されている。また、一酸化炭素除去触媒が低温のときには一酸化炭素が関与する反応の速度が小さい。このため一酸化炭素除去触媒が低温のときには反応しない一酸化炭素に覆われる触媒表面が増大する。
【０００５】
以上により、燃料改質装置の起動時には次の現象が生じている。まず水素リッチガス中の高濃度の一酸化炭素が低温状態の一酸化炭素除去触媒に吸着し、未反応のまま触媒表面を覆ってしまう。これにより酸化剤が触媒表面に衝突する頻度が減少するため酸化反応の進行が遅くなる。この結果、一酸化炭素除去器の昇温が遅くなるという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は、起動時に一酸化炭素除去器での酸化反応を先に開始させ、その後に改質器での酸化反応を開始させることにより、一酸化炭素除去器の昇温を早め燃料改質装置全体の起動を時間を短縮することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、燃料蒸気を生成する燃料蒸気生成手段と、この燃料蒸気生成手段からの燃料蒸気と酸化剤との酸化反応により水素リッチガスを生成する改質器と、この水素リッチガスに含まれる一酸化炭素を酸化剤との酸化反応により低減する一酸化炭素除去器とをこの順に直列に備えた燃料改質装置において、起動時に一酸化炭素除去器での酸化反応を先に開始させ、その後に改質器での酸化反応を開始させる制御手段を備える。
【０００８】
第２の発明では、第１の発明において起動時の一酸化炭素除去器での酸化反応の反応物が、燃料蒸気と酸化剤とである。
【０００９】
第３の発明では、第２の発明において燃料蒸気と酸化剤を一酸化炭素除去器に供給する手段が、燃料蒸気生成手段からの燃料蒸気を酸化反応を起こさせることなく改質器を介して流出させた後に酸化剤を混合して一酸化炭素除去器に流入させる手段である。
【００１０】
第４の発明では、第３の発明において燃料蒸気生成手段が、燃料と酸化剤との酸化反応により高温ガスを生成する燃焼器と、この高温ガスと混合することによって燃料を気化して燃料蒸気とする気化器とからなる場合に、燃焼器における燃料の燃焼雰囲気が理論空燃比かそれよりもわずかにリーンの状態となるように燃料流量と空気流量の比率を設定する。
【００１１】
第５の発明では、第２の発明において燃料蒸気生成手段と改質器を接続する第１流路と、改質器と一酸化炭素除去器とを接続する第２流路と、第１流路から分岐して改質器を迂回し第２流路に合流するバイパス路と、燃料蒸気生成手段からの燃料蒸気の流れる流路をバイパス路と改質器を経る流路とで選択的に切換える流路切換手段とを備え、燃料蒸気と酸化剤を一酸化炭素除去器に供給する手段が、流路切換手段を用いてバイパス路側に流路を切換え、この切換えられた流路であるバイパス路を介して燃料蒸気生成手段からの燃料蒸気を流した後に酸化剤を混合して一酸化炭素除去器に流入させる手段である。
【００１２】
第６の発明では、第１から第５までのいずれか一つの発明において起動開始からの時間を計測する手段を備え、この計測される時間に基づいて改質器での酸化反応を開始させる時期を制御する。
【００１３】
第７の発明では、第１から第５までのいずれか一つの発明において一酸化炭素除去器の温度を検出する手段を備え、この検出される温度に基づいて改質器での酸化反応を開始させる時期を制御する。
【００１４】
【発明の効果】
一酸化炭素除去触媒が活性化する前に一酸化炭素除去器に対して改質器より一酸化炭素を含んだ水素リッチガスが導入されたのでは、一酸化炭素が触媒表面に吸着され、未反応のまま触媒表面を覆ってしまうことになるが、第１の発明によれば、改質器での酸化反応により一酸化炭素が流出するよりも前に、一酸化炭素除去器での酸化反応が開始されるので一酸化炭素除去器が先に昇温し酸化剤が触媒表面に衝突する頻度が高くなる（一酸化炭素除去触媒が活性化してゆく）。これにより、遅れて改質器での酸化反応が開始され改質器で生成された一酸化炭素が一酸化炭素除去器に流入してきても、酸化剤が触媒表面に衝突する頻度が高くなったぶん酸化反応の進行が早くなることから、一酸化炭素を反応よく酸化させることができる。これにより、一酸化炭素が触媒表面に吸着されて未反応のまま触媒表面を覆ってしまう事態を避けることができるととともに、一酸化炭素除去器の昇温を従来技術より早めることができ、燃料改質装置の起動時間を短縮することができる。
【００１５】
起動時の一酸化炭素除去器での酸化反応の反応物を燃料蒸気と酸化剤で構成するのであれば燃料蒸気の生成にはすでにある燃料蒸気生成手段を共用できるので、第２の発明によれば燃料改質装置の構成を簡素にすることができる。
【００１６】
第３、第４の発明によれば、従来技術における既存の装置構成のまま起動時の運転方法を変えるだけであるので、既存の装置構成を変更する必要がない。
【００１７】
第５の発明によれば、燃料蒸気生成手段からの燃料蒸気がバイパス路を介して一酸化炭素除去器に流入する。バイパス路は単なる配管であり熱容量が改質器より小さいので、一酸化炭素除去器に流入する燃料蒸気の温度低下が改質器を経て流れる場合よりも小さくなる。すなわち燃料蒸気の温度が高い方が反応速度が大きくなり酸化反応の進行が早くなることから、第５の発明によれば燃料蒸気を改質器を経て流す場合より一酸化炭素除去器の昇温をさらに早めることができる。
【００１８】
第６の発明によれば起動開始からの時間に基づくシーケンシャル制御でよいため制御が簡単である。
【００１９】
起動開始からの時間に基づくシーケンシャル制御であれば燃料改質装置の起動前に一酸化炭素除去器の温度が既に高い場合（燃料改質装置の運転を停止した直後に再び燃料改質装置を起動する場合）にも改質器の反応を開始する時期が冷間起動時と同じになってしまうが、第７の発明によれば、燃料改質装置の起動前に一酸化炭素除去器の温度が既に高い場合に合わせて改質器の反応を開始する時期を早めることができる。
【００２０】
【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。
【００２１】
図１に燃料改質装置の第１実施形態のブロック構成図を示すと、燃料改質装置は化学反応が生じる反応部、この反応部に燃料であるメタノールを供給する燃料供給系統、反応部に酸化剤としての空気を供給する空気供給系統の３つの部分からなり、各部分の詳細は次の通りである。まず反応部は、燃焼器１、気化器２、改質器４、一酸化炭素除去器６、これらを直列に接続する流路３、５、７、８からなり、さらに通常運転に移行する前にはガスを燃焼器・蒸発器（図示しない）へと流し、通常運転に移行した後に燃料電池スタックへと流す機構（流路２８と遮断弁２９、３０）を備えている。燃料供給系統は、メタノールポンプ９、燃料供給通路１０、１２、インジェクタ１１、１３から、これに対して空気供給系統は、空気コンプレッサ１４、空気供給通路１５、１７、１９、これら通路の開閉を行うとともに、開いた状態では燃焼器１、改質器４、一酸化炭素除去器６への空気流量を調整するバルブ１６、１８、２０から構成されている。
【００２２】
ここで、燃料改質装置の通常運転時の運転方法について簡単に説明する。なお、この状態では燃焼器１と気化器２の運転は停止されている。
【００２３】
図示しない燃焼器で生成した高温ガスにより、図示しない蒸発器において気化したメタノール蒸気と水蒸気とが流路２１を介して流路５に導入され、ここでバルブ１８により調量された空気と混合される。この混合されたメタノール蒸気と水蒸気と空気とが流入する改質器４では、改質触媒であるＣｕ／ＺｎＯ上において次に示す反応が生じることにより水素リッチガスが生成され流路７に流出する。
【００２４】
２ＣＨ₃ＯＨ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂＋４Ｈ₂ （１）
ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋３Ｈ₂ （２）
この際、次に示す反応も進行しているため水素リッチガス中には一酸化炭素ＣＯが例えば約１％程度含まれている。
【００２５】
ＣＨ₃ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ₂ （３）
この一酸化炭素の濃度を低減するために改質器４からの水素リッチガスに対してバルブ２０で調量された空気が混合され、一酸化炭素除去器６に導かれる。一酸化炭素除去器６では一酸化炭素除去触媒であるＰｔ／Ｒｕ／Ａｌ₂Ｏ₃において次に示す反応が生じることにより、水素リッチガス中の一酸化炭素濃度が例えば約４０ｐｐｍ以下まで低減されて流路８に流出する。
【００２６】
２ＣＯ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂ （４）
そして、この一酸化炭素濃度の低減された水素リッチガスが、図示しない燃料電池スタックへと導かれる。このとき一方の遮断弁２９は開いた状態、他方の遮断弁３０は閉じた状態にある。
【００２７】
このように運転されるのであるが、通常運転時と異なる冷間状態での起動時には改質器４、一酸化炭素除去器６が低温の状態にあり各触媒が未活性化の状態にあるので、触媒を活性化するため、燃焼器１、気化器２からなる燃料蒸気生成手段の運転並びにバルブ１８、２０の開閉制御を起動開始からの時間に基づくシーケンシャル制御で行う。このシーケンシャル制御を以下時系列的に説明する。
【００２８】
起動開始の前にはメタノールポンプ９、空気コンプレッサ１４は作動停止状態にあり、インジェクタ１１、１３およびバルブ１６、１８、２０、遮断弁２９、３０は総て全閉状態にある。グロープラグ２２も非通電状態である。
【００２９】
起動開始時にメタノールポンプ９と空気コンプレッサ１４の駆動を開始してインジェクタ１１にメタノールを、バルブ１６に空気を圧送し、グロープラグ２２への通電を開始してグロープラグ２２を加熱する。これらの操作と同時にあるいは所定時間後にインジェクタ１１、バルブ１６、遮断弁３０を開くと、メタノールがインジェクタ１１により微粒化されて燃焼器１内に噴射され、このメタノールはバルブ１６を介して導入される空気中の酸素の存在のもとでグロープラグ２２により点火され燃焼する。このメタノールの燃焼により生成される高温のガスが流路３を介して気化器２に流入する。
【００３０】
この場合、従来技術と相違して、燃焼器１内でのメタノールの燃焼雰囲気が理論空燃比かそれよりもわずかにリーンの状態となるようにインジェクタ１１からの燃料流量に対する空気流量の比率をバルブ１６により調量している（バルブ１６の開度を設定している）。したがって、燃焼器１からの高温のガス中に酸素は殆ど含まれいないかごく僅かの量しか含まれておらず、そのガスの組成はメタノールの燃焼により生じた水蒸気および二酸化炭素と燃えなかった窒素になる。
【００３１】
気化器２にはメタノールポンプ９から圧送されるメタノールがインジェクタ１３により微粒化して噴射され、気化器２内において流路３より導入される高温のガスの熱エネルギーによりこの微粒化されたメタノールの気化が促進されメタノール蒸気が生成される。そしてこのメタノール蒸気に対して、水蒸気と窒素と二酸化炭素とを主成分とする高温のガスとが混合されたガスが気化器２から流出し、流路５を介して改質器４に導入される。
【００３２】
改質器４に導入されるこの混合ガスには前述したように酸素が含まれていないかごく僅かの量であり、起動開始当初はバルブ１８は従来技術と異なり全閉位置にあって空気が改質器４に対して導入されることがないため、上記の化学反応式（１）に示す反応はほとんど生じない。一方、気化器２から流出した混合ガスの熱エネルギーは改質器４の触媒層の昇温に消費されるため、吸熱反応である蒸気の化学式（２）および（３）に示す反応もほとんど生じることがない。そのため改質器４に流入した混合ガスはその混合組成のまま流路７に流出して一酸化炭素除去器６に流入する。
【００３３】
燃焼器１の運転を開始してから所定時間が経過したｔ１でバルブ２０を先に開くと（図２参照）、上記の混合ガスにバルブ２０で調量された空気が混合され、この空気混合ガスが一酸化炭素除去器６に流入する。バルブ２０を開いた後ではこのバルブ２０より流入する空気中の酸素の存在により、一酸化炭素除去器４では低温においても前記空気混合ガスに含まれるメタノールと酸素とを反応物として次に示す発熱反応が容易に生じるので一酸化炭素除去器６が速やかに昇温する。
【００３４】
２ＣＨ₃ＯＨ＋３Ｏ₂→２ＣＯ₂＋４Ｈ₂Ｏ（５）
この一酸化炭素除去器４の昇温をしばらく継続した後でバルブ１８を開く。つまりバルブ２０の開弁より所定時間が経過したｔ３になってバルブ２０よりも遅らせてバルブ１８を開く（図２参照）。このバルブ１８の開弁により気化器２より流出する混合ガスに対して空気が混合され、この空気混合ガスが改質器４に流入すると、主として上記の化学反応式（１）に示す発熱反応が進行し、改質器４の昇温が開始される。
【００３５】
これ以降、一酸化炭素除去器６では上記の化学反応式（４）と次に示す反応が主として進行し昇温がさらに継続される。
【００３６】
２Ｈ₂＋Ｏ₂→２Ｈ₂Ｏ（６）
そして、図示しない蒸発器が、メタノールと水とを十分に気化できる状態になったら、その蒸気を流路５に供給されるが、そのタイミングで燃焼器１と気化器２の運転を停止する（インジェクタ１１、１３とバルブ１６を全閉とし、グロープラグ２２への通電を遮断する）。
【００３７】
本実施形態では図示しない蒸発器が、メタノールと水とを十分に気化できる状態になったかどうかも起動開始からの時間に基づいて行っている。つまり起動開始から所定時間が経過したら、図示しない蒸発器が、メタノールと水とを十分に気化できる状態になったと判定させる。もちろんこれに限らず、図示しない蒸発器出口の燃焼ガス温度をセンサにより検出して判断するようにしてもかまわない。
【００３８】
起動開始時には前述のように遮断弁２９は閉じられこれに対して遮断弁３０が開かれた状態にあるので、起動開始直後で一酸化除去触媒が未活性状態にあり一酸化炭素除去器６からの改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定値（例えば４０ｐｐｍ）以下にまで低減されていない状態の改質ガスは燃料電池スタックヘと供給されることがなく図示しない燃焼器へと導入される。
【００３９】
一方、改質器４と一酸化炭素除去器６とが十分に昇温することにより一酸化炭素除去器６から流出する改質ガス中の一酸化炭素濃度が４０ｐｐｍ以下に低減した（つまり一酸化炭素除去触媒が活性化した）と判断したら遮断弁２９を開き遮断弁３０を閉じて一酸化炭素濃度が４０ｐｐｍ以下に低減したこの改質ガスを燃料電池スタックへと供給する。これによって通常運転に移行する。
【００４０】
この場合、一酸化炭素濃度が４０ｐｐｍ以下に低減したかどうかの判定も起動開始からの経過時間に基づいて行っている。すなわち起動開始から所定時間が経過したｔ４で一酸化炭素除去器６からの改質ガス中の一酸化炭素濃度が４０ｐｐｍ以下に低減したと判断している（図２参照）。これに限らず一酸化炭素除去器６出口の一酸化炭素濃度をセンサにより検出して判断するようにしてもかまわない。
【００４１】
図２は本実施形態と従来技術とで燃料改質装置の起動時間を比較したものである。燃料改質装置の起動時間とは起動開始から、一酸化炭素除去器６から流出する改質ガス中の一酸化炭素濃度が４０ｐｐｍ以下となり燃料電池スタックへの改質ガスの導入が可能となるまでの時間のことである。
【００４２】
従来技術の燃料改質装置もその構成は図１とほぼ同様である。ただし、バルブ１８、２０を開く順序が本実施形態と異なり、図示のようにバルブ１８を先に開くことでまず改質器４において水素リッチガスを生成し、これと空気中の酸素とを反応物とし、上記の化学反応式（４）と（６）とに示す反応を利用することにより、一酸化炭素除去器６を昇温している。しかしながら、起動した直後で改質触媒が低温のときには改質器４において一酸化炭素を十分に低減できないため、水素リッチガス中の一酸化炭素濃度が通常よりも高い例えば３％程度にもなる。このガスが同じく低温のために一酸化炭素除去触媒が未活性化状態にある一酸化炭素除去器６に流入すると、一酸化炭素がその触媒に吸着し未反応のまま触媒表面を覆ってしまう。これにより酸素が触媒表面に衝突する頻度が減少するため上記の化学反応式（４）と（６）とに示す反応の進行を遅くしていた。
【００４３】
これに対して本実施形態によれば、バルブ２０のほうを先に開いて一酸化炭素除去器６の昇温を優先させることとしたので、一酸化炭素除去触媒の昇温が従来技術より早くなり、図２のように燃料改質装置全体の起動時間をｔ５からｔ４へと短縮することができた。
【００４４】
図３は第２実施形態の燃料改質装置の構成を示すブロック図で、第１実施形態の図１と同一部分には同一符号を付けている。
【００４５】
第２実施形態は、第１実施形態に対して、流路５から分岐して改質器４を迂回し流路７に合流するバイパス路２３を設けると共に、バイパス路２３およびこのバイパス路２３が合流する点より上流側の流路７に常閉の遮断弁２４、２５を介装したものである。２つの遮断弁２４、２５はバイパス路２３へのガス流れと改質器４へのガス流れとを切換えるためのもので、流路を切換えることができれば他の構成でもよい。例えばバイパス路２３の分岐点や合流点に三方弁を設置すればよい。
【００４６】
第２実施形態による燃料改質装置の起動時の運転方法について説明する。
【００４７】
気化器２からメタノール蒸気、水蒸気、窒素、二酸化炭素を主成分とする混合ガスが流路５に流出する行程までは第１実施形態と同じである。起動開始時には遮断弁２４を開き、遮断弁２５を全閉としておく。このため起動開始当初は気化器２からの混合ガスが改質器４へは流入せずにバイパス路２３を介して一酸化炭素除去器６に流入する。その後、バルブ２０が開いて空気が上記の混合ガスに混合されると、この空気混合ガスが流入する一酸化炭素除去器６では昇温が開始され、一酸化炭素除去器６がある程度まで昇温したら遮断弁２４を全閉位置へ、遮断弁２５を開位置へと切換えると共にバルブ１８を開き、気化器２からの混合ガスに空気を混合させて改質器４に流入させる。これによって改質器４では発熱反応が進行し改質器４が昇温する。以後の運転は第１実施形態と同様である。
【００４８】
このように、第２実施形態においては混合ガスが改質器４をバイパスして一酸化炭素除去器６にまず流入する。バイパス路２３は単なる配管であり改質器４よりも熱容量が小さいので、改質器４を介して混合ガスを一酸化炭素除去器６に流入させるようにしている第１実施形態の場合より一酸化炭素除去器６に流入する混合ガスの温度低下が小さくなる。すなわち一酸化炭素除去器６に流入する混合ガスの温度が高くなる第２実施形態の方が一酸化炭素除去器６での反応速度が大きくなり酸化反応の進行が早くなるので、第２実施形態によれば一酸化炭素除去触媒６が昇温するのを第１実施形態の場合よりもさらに早めることができる。
【００４９】
図４は第３実施形態の燃料改質装置の構成を示すブロック図で、第１実施形態と同一部分には同一符号を付けている。
【００５０】
第１実施形態では一酸化炭素除去器６がある程度まで昇温したかどうかの判定を起動開始からの経過時間に基づいて行ったが、第３実施形態は一酸化炭素除去器６の温度をセンサ２６により検出し、コントローラ２７によりその検出温度に基づいて一酸化炭素除去器６がある程度まで昇温したかどうかを判定させるとともに、一酸化炭素除去器６がある程度まで昇温したと判定したときバルブ１８を開かせるようにしたものである。
【００５１】
コントローラ２７で行われる制御内容を図５のフローチャートに基づいて説明する。ただし、バルブ１８以外については第１実施形態と同様に起動開始からの時間に基づいてシーケンシャル制御することに変わりなく、したがって図５にはバルブ１８の駆動に関してだけ記載している。図５のフローが開始されるのはバルブ２０が開かれた後である。なお、必要に応じてバルブ１８以外についても触れる。
【００５２】
まずＳ１でバルブ２０が開かれているかどうかをみる。バルブ２０が開かれていれば混合ガスに空気が混合されて一酸化炭素除去器６に流入し、酸化反応によって一酸化炭素除去器６の温度が上昇するのでＳ２以降に進む。
【００５３】
Ｓ２ではセンサ２６により検出される一酸化炭素除去器６の温度Ｔ０を読み込み、これと所定値Ｔ１とをＳ３において比較する。低温時には水素リッチガス中の高濃度の一酸化炭素が一酸化炭素除去触媒に吸着し未反応のまま触媒表面を覆ってしまう事態が生じるが、所定値Ｔ１はこうした事態が生じることがなくなる温度で、例えば６０℃である。Ｔ０がＴ１以下であればＳ２に戻る。
【００５４】
Ｔ０がＴ１を超えるとＳ４に進みバルブ１８を開く。これにより気化器２からの混合ガスに空気が混合されて改質器４に流入し酸化反応によって改質器４の温度が上昇する。そして、改質器４からは水素リッチガスが流出し、一酸化炭素除去器６ではこれを酸化することにより一酸化炭素除去器６の昇温が継続される。その後、図示しない蒸発器がメタノールと水とを十分に気化できる状態になったらその蒸気を流路５に供給し、燃焼器１と気化器２との運転を停止する。
【００５５】
Ｓ５では一酸化炭素除去器６の温度Ｔ０を読み込みこれと所定値Ｔ２とをＳ６で比較する。所定値Ｔ２は水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を例えば４０ｐｐｍ以下に低減できる温度（一酸化炭素除去触媒が活性化した温度）で、例えば１５０℃である。Ｔ０がＴ２以下であればＳ５に戻り、Ｔ０がＴ２を超えると一酸化炭素除去触媒が活性化したと判断し、図５のフローを終了する。これ以降の操作は第１実施例と同様である。
【００５６】
このように第３実施形態では一酸化炭素除去器６の温度に基づいて一酸化炭素除去触媒が活性化したかどうかを判定するようにしたので、特に燃料改質装置の再起動時のように起動前の一酸化炭素除去器６の温度が冷間時と異なり既に高い場合には、改質器４の反応を開始する時期を早めることができ、これによって燃料改質装置の起動時間を短縮することができる。
【００５７】
図６は第４実施形態の燃料改質装置の構成を示すブロック図で、第２実施形態と同一部分には同一符号を付けている。
【００５８】
第４実施形態は、第３実施形態と同じに一酸化炭素除去器６の温度をセンサ２６により検出し、その検出温度に基づいてコントローラ３１によりバルブ１８の開閉をコントロールすると共に、遮断弁２４、２５の開閉についてもコントローラ３１により行わせるようにしたものである。このため、コントローラ３１で行われる制御内容を図７にフローチャートとして示すと、第３実施形態の図５のフローチャートと比較すればわかるように第３実施形態とほぼ同様であり、Ｓ１１でバルブ１８を開くタイミングでガス流れを切換える（遮断弁２５を開き、遮断弁２４を閉じる）点が追加されている点が相違するのみである。第４実施形態においても第３実施形態と同様の作用効果が生じる。
【００５９】
第１、第２の実施形態では起動開始からの時間に基づいたシーケンシャル制御で説明したが、第３、第４実施形態のようにコントローラを設け、コントローラに備えるタイマ機能を用いてシーケンシャル制御を行わせるようにすることもできる。
【００６０】
第３実施形態では一酸化炭素除去器６の温度をセンサにより検出しその検出値に基づいて一酸化炭素除去触媒が活性化したかどうかを判定する場合で説明したが、一酸化炭素除去器６の出口の一酸化炭素濃度をセンサにより検出し、その検出値に基づいて一酸化炭素除去触媒が活性化したかどうかを判定するようにしてもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のブロック構成図。
【図２】第１実施形態と従来技術との起動時間の比較を示す特性図。
【図３】第２実施形態のブロック構成図。
【図４】第３実施形態のブロック構成図。
【図５】第３実施形態の制御方法を示すフローチャート。
【図６】第４実施形態のブロック構成図。
【図７】第４実施形態の制御方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
１燃焼器
２気化器
３、５、７、８流路
４改質器
６一酸化炭素除去器
９メタノールポンプ
１４空気コンプレッサ
１８、２０バルブ
２３バイパス路
２４、２５遮断弁
２６温度センサ
２７、３１コントローラ

Claims

燃料蒸気を生成する燃料蒸気生成手段と、
この燃料蒸気生成手段からの燃料蒸気と酸化剤との酸化反応により水素リッチガスを生成する改質器と、
この水素リッチガスに含まれる一酸化炭素を酸化剤との酸化反応により低減する一酸化炭素除去器と
をこの順に直列に備えた燃料改質装置において、
起動時に一酸化炭素除去器での酸化反応を先に開始させ、その後に改質器での酸化反応を開始させる制御手段
を備えることを特徴とする燃料改質装置。
起動時の一酸化炭素除去器での酸化反応の反応物は燃料蒸気と酸化剤とであることを特徴とする請求項１に記載の燃料改質装置。
燃料蒸気と酸化剤を一酸化炭素除去器に供給する手段は、燃料蒸気生成手段からの燃料蒸気を酸化反応を起こさせることなく改質器を介して流出させた後に酸化剤を混合して一酸化炭素除去器に流入させる手段であることを特徴とする請求項２に記載の燃料改質装置。
燃料蒸気生成手段が、燃料と酸化剤との酸化反応により高温ガスを生成する燃焼器と、この高温ガスと混合することによって燃料を気化して燃料蒸気とする気化器とからなる場合に、燃焼器における燃料の燃焼雰囲気が理論空燃比かそれよりもわずかにリーンの状態となるように燃料流量と空気流量の比率を設定することを特徴とする請求項３に記載の燃料改質装置。
燃料蒸気生成手段と改質器を接続する第１流路と、改質器と一酸化炭素除去器とを接続する第２流路と、第１流路から分岐して改質器を迂回し第２流路に合流するバイパス路と、燃料蒸気生成手段からの燃料蒸気の流れる流路をバイパス路と改質器を経る流路とで選択的に切換える流路切換手段とを備え、燃料蒸気と酸化剤を一酸化炭素除去器に供給する手段が、流路切換手段を用いてバイパス路側に流路を切換え、この切換えられた流路であるバイパス路を介して燃料蒸気生成手段からの燃料蒸気を流した後に酸化剤を混合して一酸化炭素除去器に流入させる手段であることを特徴とする請求項２に記載の燃料改質装置。
起動開始からの時間を計測する手段を備え、この計測される時間に基づいて改質器での酸化反応を開始させる時期を制御することを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の燃料改質装置。
一酸化炭素除去器の温度を検出する手段を備え、この検出される温度に基づいて改質器での酸化反応を開始させる時期を制御することを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の燃料改質装置。