JP4013847B2 - Fuel reformer - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予混合燃料を利用する燃料改質装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池システムでは、炭化水素系の原燃料から水素ガスを生成するために燃料改質装置が利用されている。燃料改質装置は、改質部を備えており、改質部は、原燃料を改質して、水素ガスを生成する。
【0003】
改質部は、通常、水蒸気改質反応を利用して水素ガスを生成する。この場合には、改質部には、原燃料と共に、水が供給される。例えば、特許文献1では、ガソリンまたはアルコールと水との混合液(予混合燃料)がタンクに貯蔵されており、予混合燃料が改質部に供給されている。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−79703号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、タンク内の予混合燃料に含まれる水の分子数と原燃料中の炭素原子数との比の値(以下、単に「S/C」とも呼ぶ)は、時間経過に伴って次第に増大する。これは、原燃料が水よりも気化し易いためである。しかしながら、従来では、タンク内に蓄えられた予混合燃料のS/Cの変化は、考慮されていなかった。このため、改質部において、改質反応が良好に進行しない恐れがあった。すなわち、予混合燃料に含まれる水の割合が大きくなると、改質部内部の温度が低下し、この結果、改質反応が良好に進行しなくなる。
【0006】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、予混合燃料のS/Cが増大した場合に、改質反応が良好に進行しない状態で改質部の運転が実行されるのを回避するのできる技術を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装置は、燃料改質装置であって、
炭化水素系の原燃料を改質して水素ガスを生成するための改質部と、
前記原燃料と水とが予め混合された予混合燃料を貯蔵するための予混合燃料タンクを含み、前記予混合燃料を前記改質部に供給するための予混合燃料供給部と、
前記予混合燃料タンク内の前記予混合燃料に含まれる前記水の分子数と前記原燃料中の炭素原子数との比の値を推定するための推定部と、
前記推定部で得られた推定値に基づいて、前記燃料改質装置の動作を制御するための制御部と、
を備えることを特徴とする。
【0008】
この燃料改質装置では、予混合燃料タンク内に貯蔵された予混合燃料のS/Cが推定され、S/Cの推定値に基づいて、燃料改質装置の動作が制御される。このため、予混合燃料のS/Cが増大した場合に、改質反応が良好に進行しない状態で改質部の運転が実行されるのを回避することが可能となる。
【0009】
上記の装置において、さらに、
前記改質部に空気を供給するための空気供給部を備え、
前記制御部は、前記推定値に基づいて、前記空気供給部を制御し、前記改質部に供給される空気量を調整させることが好ましい。
【0010】
改質部に空気を供給すれば、改質部内部で部分酸化改質反応を進行させることができる。部分酸化改質反応は、発熱反応である。したがって、予混合燃料のS/Cが比較的大きな値である場合には、改質部に供給される空気量を増大させることにより、予混合燃料のS/Cの増大に起因して改質部内部の温度が低下するのを抑制することができ、この結果、改質反応を良好に進行させることができる。
【0011】
また、上記の装置において、
前記制御部は、前記推定値が第1の基準値以下である場合には、前記改質部に供給される空気量を前記推定値に応じて増大させず、前記推定値が前記第1の基準値よりも大きい場合には、前記改質部に供給される空気量を前記推定値に応じて増大させるようにしてもよい。
【0012】
上記の装置において、
前記予混合燃料供給部は、さらに、
前記原燃料を貯蔵するための原燃料タンクを含み、前記原燃料を前記予混合燃料タンクに供給するための原燃料供給部を備え、
前記制御部は、前記推定値に基づいて、前記原燃料供給部を制御し、前記原燃料を前記予混合燃料タンクへ供給させるようにしてもよい。
【0013】
こうすれば、予混合燃料タンク内の予混合燃料のS/Cが増大した場合にも、原燃料を予混合燃料タンクへ供給することによって、予混合燃料のS/Cを低減させることができ、この結果、改質反応を良好に進行させることができる。
【0014】
また、上記の装置において、
前記制御部は、前記推定値が第2の基準値以下である場合には、前記原燃料供給部に前記原燃料を前記予混合燃料タンクへ供給させず、前記推定値が前記第2の基準値よりも大きい場合には、前記推定値に応じて前記原燃料供給部に前記原燃料を前記予混合燃料タンクへ供給させるようにしてもよい。
【0015】
なお、第2の基準値は、第1の基準値よりも大きな値に設定されていてもよいし、第1の基準値と等しい値に設定されていてもよい。具体的には、S/Cの推定値に応じて改質部に供給される空気量を調整可能な構成を採用する場合には、第2の基準値は、第1の基準値よりも大きく設定されることが好ましい。また、S/Cの推定値に応じて改質部に供給される空気量を調整不能な構成を採用する場合には、第2の基準値は、第1の基準値とほぼ等しく設定されることが好ましい。
【0016】
上記の装置において、さらに、
ユーザへの通知を実行するための通知部を備え、
前記制御部は、前記推定値が第3の基準値よりも大きい場合には、前記通知部に、前記推定値が所定の範囲から外れていることをユーザへ通知させるようにしてもよい。
【0017】
こうすれば、ユーザに注意を促すことができると共に、ユーザは必要に応じて何らかの対策を施すことができる。
【0018】
なお、第3の基準値は、上記の第1の基準値または第2の基準値と等しい値に設定されるようにしてもよいし、第1の基準値または第2の基準値よりも大きな値に設定されるようにしてもよい。
【0019】
上記の装置において、
前記推定部は、
前記予混合燃料タンク内の前記予混合燃料の比重を測定するための比重測定部を備え、
前記推定部は、前記測定された比重を用いて、前記比の値を推定するようにしてもよい。
【0020】
また、上記の装置において、
前記推定部は、
前記予混合燃料タンク内の前記予混合燃料のインピーダンスを測定するためのインピーダンス測定部を備え、
前記推定部は、前記測定されたインピーダンスを用いて、前記比の値を推定するようにしてもよい。
【0021】
こうすれば、予混合燃料のS/Cを精度よく推定することができる。
【0022】
上記の装置において、
前記推定部は、
前記予混合燃料タンクへの前記予混合燃料の補給量を測定するための補給量測定部と、
前記予混合燃料タンク内に前記予混合燃料が補給されたときからの経過時間を測定するための経過時間測定部と、
を備え、
前記推定部は、前記測定された補給量と前記測定された経過時間とを用いて、前記比の値を推定するようにしてもよい。
【0023】
こうすれば、比較的簡単な構成で予混合燃料のS/Cを推定することができる。
【0024】
また、上記の装置において、
前記推定部は、さらに、
前記予混合燃料タンク内部の温度に関係する第1の温度を測定するための第1の温度測定部を備え、
前記推定部は、さらに、前記測定された第1の温度を用いて、前記比の値を推定することが好ましい。
【0025】
このように、予混合燃料の補給量と、予混合燃料が補給されたときからの経過時間と、予混合燃料タンク内部の温度に関係する第1の温度と、を用いれば、予混合燃料のS/Cをより正確に推定することが可能となる。
【0026】
また、上記の装置において、
前記推定部は、さらに、
前記改質部内部の温度に関係する第2の温度を測定するための第2の温度測定部を備え、
前記推定部は、さらに、前記測定された第2の温度を用いて、前記比の値を推定するようにしてもよい。
【0027】
このように、改質部内部の温度に関係する第2の温度を用いれば、予混合燃料のS/Cをさらに正確に推定することができる。
【0028】
上記の装置において、
前記推定部は、
前記改質部内部の温度に関係する温度を測定するための温度測定部を備え、
前記推定部は、前記測定された温度を用いて、前記比の値を推定するようにしてもよい。
【0029】
このように、改質部内部の温度に関係する温度を用いれば、予混合燃料のS/Cを正確に推定することができる。
【0030】
なお、本発明は、燃料改質装置、燃料改質方法、燃料改質装置を含む燃料電池システム、該燃料電池システムを搭載した移動体などの装置、等の種々の態様で実現することができる。
【0031】
【発明の実施の形態】
A.第1実施例:
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図1は、第1実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。なお、この燃料電池システムは、車両に搭載されている。
【0032】
図示するように、燃料電池システムは、燃料電池100と、燃料ガス供給部200Aと、酸化ガス供給部300と、燃料電池システム全体の動作を制御するための制御部600Aと、を備えている。燃料ガス供給部200Aは、後述するように、原燃料を改質して水素ガスを生成する燃料改質装置であり、水素ガスを含む燃料ガスを燃料電池100に供給する。酸化ガス供給部300は、ブロワ310を備えており、酸素ガスを含む酸化ガス(空気)を燃料電池100に供給する。燃料電池100は、燃料ガス供給部200Aから供給された燃料ガスと、酸化ガス供給部300から供給された酸化ガスと、を用いて発電する。
【0033】
燃料改質装置(燃料ガス供給部)200Aは、予混合燃料タンク210と、ブロワ220と、気化部230と、改質部240と、第1の熱交換部250と、シフト部260と、水素分離部270と、第2の熱交換部280と、浄化部290と、を備えている。
【0034】
予混合燃料タンク210は、炭化水素系の原燃料と水とが予め混合された予混合燃料を貯蔵するタンクである。なお、このように原燃料と水とを予め混合しておけば、水を個別に貯蔵する場合に発生し得る水の凍結を回避することができる。タンク210内の予混合燃料は、ポンプ212と噴射弁214とを介して、気化部230に供給される。
【0035】
本実施例では、予混合燃料として、原燃料としてのガソリンと、水と、が乳化剤(界面活性剤)を用いて混合されたエマルションが利用されている。乳化剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキレンアルキルエーテルや、その誘導体、ポリオキシエチレンラウリルエーテルなどを用いることができる。乳化剤としては、炭素原子と水素原子と酸素原子とで構成されるものが好ましい。こうすれば、改質部240内部に設けられた改質触媒の被毒を防止することができる。
【0036】
ブロワ220は、第1の熱交換部250を介して、気化部230に空気を供給する。なお、空気は、熱交換部250を通ることによって、加熱される。
【0037】
気化部230は、加熱部232を備えており、噴射弁214によって噴射された予混合燃料を気化させる。気化部230では、原燃料と水蒸気と空気との混合ガスが生成され、混合ガスは改質部240に供給される。なお、気化部230内部の温度は、加熱部232から与えられる熱や、改質部240から伝わる熱、熱交換部250を通って加熱された空気の熱などによって、高められている。ただし、加熱部232による加熱は、通常、改質部240が運転を開始する際に行われ、改質部240が定常的な運転を実行する期間には行われない。高温の気化部230に予混合燃料が噴射されると、予混合燃料は直ちに気化する。
【0038】
改質部240は、改質反応を促進する改質触媒を備えており、混合ガスに含まれる原燃料を、水蒸気と空気中の酸素ガスとを用いて、水素ガスと一酸化炭素ガスとを含む改質ガスに改質する。すなわち、改質部240では、水蒸気を利用する水蒸気改質反応と、酸素ガスを利用する部分酸化改質反応と、を組み合わせた併用改質反応が進行する。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、部分酸化改質反応は発熱反応である。部分酸化改質反応によって生じた熱は、水蒸気改質反応に利用される。
【0039】
第1の熱交換部250は、改質部240から供給された改質ガスを冷却して、シフト部260に供給する。前述したように、改質ガスの熱は、ブロワ220から気化部230へ供給される空気に与えられる。なお、熱交換部250において改質ガスの冷却が行われるのは、シフト部260における反応温度が、改質部240における反応温度よりも低いためである。
【0040】
シフト部260は、シフト反応を促進するシフト触媒を備えており、改質ガス中の一酸化炭素ガスを、水蒸気を用いて、水素ガスと二酸化炭素ガスとに変換する。一酸化炭素ガス濃度が低減された改質ガスは、水素分離部270に供給される。なお、シフト部260において一酸化炭素ガス濃度を低減させることにより、燃料電池100内部の電極に担持された貴金属触媒の被毒を抑制することができる。
【0041】
水素分離部270は、供給室272と水素透過膜270fと抽出室274とを備えている。供給室272には、シフト部260から改質ガスが供給されており、抽出室274には、燃料電池100から酸化オフガスが供給されている。水素透過膜270fは、供給室272に供給された改質ガス中の水素ガスを選択的に透過させることにより、水素ガスを分離する。抽出室274に供給される酸化オフガスは、水素透過膜270fを透過した水素ガスを搬送する搬送ガスとして機能し、水素ガスの透過を促進させる。抽出された水素ガスは、第2の熱交換部280で冷却された後に、燃料電池100に供給される。
【0042】
なお、酸化オフガス中には、酸素ガスが残存している。このため、酸化オフガスを抽出室274に供給すると、酸素ガスが水素透過膜270fを透過した水素ガスと反応する。具体的には、水素透過膜270fを構成するパラジウム等が触媒として働き、水素透過膜上で燃焼反応が起こる。しかしながら、この燃焼反応による水素ガスの消費量は僅かである。このため、本実施例では、酸化オフガスが搬送ガスとして利用されている。
【0043】
浄化部290は、シフト部260において変換されずに排出された一酸化炭素ガスを、空気中の酸素ガスを用いて酸化する。浄化済みのガスは、大気へ排出される。
【0044】
制御部600Aは、燃料電池システムの各部を制御する。特に、制御部600Aは、燃料改質装置200Aの動作を制御して、燃料電池100に供給すべき水素ガス量に基づいて、気化部230へ供給される予混合燃料量と空気量とを調整する。
【0045】
ところで、予混合燃料タンク210内に貯蔵された予混合燃料のS/Cは、時間経過と共に増大し得る。これは、原燃料が水よりも気化し易いためである。したがって、予混合燃料のS/Cがほぼ一定に維持されると仮定して改質部240に予混合燃料を供給すると、改質反応が良好に進行しない恐れがある。具体的には、予混合燃料のS/Cが増大すると、気化部230には、より多くの割合で水が供給される。このとき、気化部230では、水を気化させるためにより多くの熱が利用され、この結果、混合ガスの温度が低下する。そして、温度の比較的低い混合ガスが改質部240に供給されると、改質部240内部の温度(より具体的には、改質触媒の温度)が低下し、この結果、改質反応が進行し難くなったり、進行しなくなったりする。
【0046】
そこで、本実施例では、制御部600Aは、予混合燃料タンク210内部に貯蔵された予混合燃料のS/Cの推定値に基づいて、燃料改質装置200Aの動作を制御している。
【0047】
具体的には、本実施例の燃料電池システムでは、予混合燃料のインピーダンスを測定するためのインピーダンス計610が設けられている。制御部600Aは、インピーダンス計610の測定値を用いて、予混合燃料のS/Cを推定する。そして、制御部600Aは、S/Cの推定値に基づいて、ブロワ220の動作を制御する。なお、予混合燃料のインピーダンスは予混合燃料のS/Cに応じて変化するため、インピーダンス計610の測定値を用いれば、予混合燃料のS/Cを精度よく推定することができる。
【0048】
また、本実施例の燃料電池システムでは、ユーザへの通知を実行するための通知部700が設けられている。制御部600Aは、S/Cの推定値に基づいて、通知部700にユーザへの通知を実行させる。なお、通知部700による通知は、通知部が備える表示装置によって行われてもよいし、通知部が備えるスピーカによって行われてもよい。
【0049】
なお、図1に示す予混合燃料タンク210とポンプ212と噴射弁214と気化部230とが本発明における予混合燃料供給部に相当し、ブロワ220と気化部230とが空気供給部に相当する。また、インピーダンス計610と制御部600Aとが、本発明における推定部に相当する。
【0050】
図2は、第1実施例における予混合燃料のS/Cを利用した処理の内容を示すフローチャートである。なお、この処理は、制御部600Aからの指示に従って実行される。
【0051】
ステップS102では、予混合燃料タンク210内の予混合燃料のS/Cが推定される。具体的には、制御部600Aは、インピーダンス計610の測定値を取得し、該測定値を用いて予混合燃料のS/Cを推定する。
【0052】
ステップS104では、S/Cの推定値が第1の閾値VH以下であるか否かが判断される。第1の閾値VHは、改質反応を良好に進行させることが可能な上限値であり、例えば、約3〜約4に設定される。すなわち、S/Cの推定値が第1の閾値VH以下である場合には、改質反応を良好に進行させることが可能な状態であると判断され、ステップS110に進む。一方、S/Cの推定値が第1の閾値VHよりも大きい場合には、改質反応を良好に進行させることが困難な状態であると判断され、ステップS106に進む。
【0053】
ステップS106では、改質反応を良好に進行させることが困難な状態であることが、ユーザへ通知される。この通知すなわち警告により、ユーザは、予混合燃料中の原燃料の割合がかなり減少していることを知ることができ、予混合燃料を補給するなどの何らかの対策を施すことができる。なお、本実施例では、改質反応を良好に進行させることが困難な場合には、改質部の運転は開始されない。
【0054】
ステップS110では、改質部240の運転開始処理が実行される。具体的には、制御部600Aは、加熱部232による加熱を開始させたり、気化部230への予混合燃料および空気の供給を開始させたりする。
【0055】
改質部240の運転が開始されると、ステップS112では、ステップS102と同様に、予混合燃料タンク210内の予混合燃料のS/Cが推定される。具体的には、制御部600Aは、インピーダンス計610の測定値を再度取得し、該測定値を用いて予混合燃料のS/Cを再度推定する。
【0056】
ステップS114では、S/Cの推定値が第2の閾値VL以下であるか否かが判断される。第2の閾値VLは、特別な処理を施さなくても、より具体的には、ブロワ220から改質部240に供給される空気量を増大させなくても、改質反応を良好に進行させることが可能な上限値であり、例えば、約2に設定される。すなわち、S/Cの推定値が第2の閾値VL以下である場合には、改質反応を良好に進行させるために空気量を増大させる必要が無いと判断され、ステップS116aに進む。一方、S/Cの推定値が第2の閾値VLよりも大きい場合には、改質反応を良好に進行させるために空気量を増大させる必要があると判断され、ステップS116bに進む。
【0057】
なお、上記の説明からも分かるように、予混合燃料のS/Cが第1の閾値VHより大きい状態は、ブロワ220から改質部240に供給される空気量を増大させても、改質反応を良好に進行させることが困難な状態を意味している。
【0058】
ステップS116aでは、通常モードで改質部240の運転が行われる。具体的には、制御部600Aは、要求される負荷に応じて、換言すれば、燃料電池が出力すべき電流量に応じて、改質部240に供給される予混合燃料量と空気量とを調整する。
【0059】
一方、ステップS116bでは、空気量増大モードで改質部240の運転が行われる。具体的には、制御部600Aは、ブロワ220を制御して、通常モードで改質部240の運転が行われる場合よりも、改質部240に供給される空気量を増大させる。空気量の増分は、S/Cの推定値に応じて決定される。空気量が増大すると、改質部240内部では、部分酸化改質反応(発熱反応)によって消費される原燃料の割合が増大する。このため、タンク210内の予混合燃料のS/Cの増大に起因して、改質部240内部の温度(より具体的には、改質触媒の温度)が低下するのを抑制することができる。この結果、S/Cが比較的大きな値である場合(すなわち、S/Cが第1の閾値VH以下であり、かつ、第2の閾値VLより大きい場合)にも、改質部240内部の温度を所定の温度範囲内に維持することができ、改質反応を良好に進行させることができる。
【0060】
ステップS118では、改質部240の運転を終了するか否かが判断される。具体的には、ステップS118では、改質部240の運転終了指示がユーザから与えられたか否かが判断される。改質部240の運転を継続する場合には、ステップS112,S114,S116a,S116b,S118の処理が繰り返し実行される。一方、改質部240の運転を終了する場合には、ステップS120に進む。
【0061】
ステップS120では、改質部240の運転終了処理が実行される。具体的には、制御部600Aは、気化部230への予混合燃料および空気の供給を停止させる。
【0062】
以上説明したように、本実施例の燃料改質装置200Aでは、予混合燃料タンク210内に貯蔵された予混合燃料のS/Cが推定され、S/Cの推定値に基づいて、改質部に供給される空気量の増大処理や、ユーザへの通知処理が実行される。具体的には、S/Cの推定値が第2の閾値VL(本発明の第1の基準値に相当する)以下である場合には、改質部に供給される空気量を推定値に応じて増大させず、S/Cの推定値が第2の閾値VLよりも大きい場合には、改質部に供給される空気量を推定値に応じて増大させている。また、S/Cの推定値が第1の閾値VH(本発明の第3の基準値に相当する)よりも大きい場合には、通知部にユーザへの通知を実行させている。この構成を採用することにより、予混合燃料のS/Cが増大した場合に、改質反応が良好に進行しない状態で改質部の運転が実行されるのを回避することが可能となる。
【0063】
A1.第1実施例の変形例:
図3は、第1実施例の変形例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。図3の燃料改質装置200A1は、図1とほぼ同じであるが、インピーダンス計610に代えて、予混合燃料の比重を測定するための比重計620を備えている。制御部600A1は、比重計620の測定値を用いて、予混合燃料のS/Cを推定する。なお、予混合燃料の比重は予混合燃料のS/Cに応じて変化するため、比重計620の測定値を用いる場合にも、予混合燃料のS/Cを精度よく推定することができる。なお、制御部600Aは、S/Cの推定値に基づいて、図2と同様の処理を実行する。
【0064】
B.第2実施例:
図4は、第2実施例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。図4の燃料改質装置200Bは、図1とほぼ同じであるが、インピーダンス計610に代えて、予混合燃料タンク210内の予混合燃料の液面位置を測定するための液面計630と、予混合燃料が補給されたときからの経過時間を測定するためのタイマ640と、を備えている。
【0065】
制御部600Bは、液面計630の測定値と、タイマ640の測定値と、を用いて、予混合燃料のS/Cを推定する。具体的には、制御部600Bは、予め、予混合燃料の補給が完了した直後の液面計630の測定値を取得し、予混合燃料の補給量を求めておく。ただし、ここでは、予混合燃料が補給される直前には、タンク210内部には、予混合燃料が残留していないと仮定している。補給される予混合燃料のS/Cは、ほぼ一定値であるため、予混合燃料が補給された直後のS/Cは、既知である。すなわち、タンク210に補給される予混合燃料中の水分子数および炭素原子数をそれぞれA,Bとすると、予混合燃料のS/Cの初期値は、A/Bである。ここで、所定時間(例えば1時間)に減少する水分子数および炭素原子数をそれぞれα,βとすると、予混合燃料がタンク210に補給されてから所定時間(例えば1時間)が経過したときには、予混合燃料のS/Cは、(A−α)/(B−β)と推定される。さらに、所定時間(例えば、1時間)が経過したときには、予混合燃料のS/Cは、(A−2α)/(B−2β)と推定される。
【0066】
このように、制御部600Bは、予混合燃料の補給量と、補給後の経過時間と、を用いて、予混合燃料のS/Cを推定する。なお、制御部600Bは、S/Cの推定値に基づいて、図2と同様の処理を実行する。
【0067】
なお、予混合燃料タンクには、通常、ユーザが予混合燃料の残留量を確認するために液面計が設けられている。したがって、図4の構成を採用すれば、比較的簡単な構成で予混合燃料の補給量を推定することができるという利点がある。
【0068】
ところで、予混合燃料が補給される際には、通常、タンク210内には、比較的少量の予混合燃料が残留している。このため、実際には、残留する予混合燃料の量およびS/Cと、補給される予混合燃料の量およびS/Cと、を用いて、補給直後のタンク210内部の予混合燃料のS/Cが求められる。なお、予混合燃料の残留量は、予混合燃料が補給される直前の液面計630の測定値から求めることができ、予混合燃料の補給量は、予混合燃料が補給される直前および直後の液面計630の測定値の差分から求めることができる。さらに、残留する予混合燃料のS/Cとしては、予混合燃料が補給される直前のS/Cの推定値を用いることができる。
【0069】
一般には、予混合燃料のS/Cは、予混合燃料の補給量と、補給後の経過時間と、を用いて推定されればよい。
【0070】
B1.第2実施例の変形例:
図5は、第2実施例の変形例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。図5の燃料改質装置200B1は、図4とほぼ同じであるが、温度計650が追加されている。なお、温度計650は、予混合燃料タンク210の近傍に配置されている。
【0071】
制御部600B1は、図4と同様に、予混合燃料の補給量と、補給後の経過時間と、を用いて、予混合燃料のS/Cを推定する。ただし、本例では、制御部600B1は、さらに、温度計650の測定値を用いて、予混合燃料のS/Cを推定している。このように、温度計650の測定値を用いる理由は、所定時間(例えば1時間)に減少する水分子数と炭素原子数とは、実際には、予混合燃料タンク210内部の温度に依存するためである。すなわち、所定時間(例えば1時間)に減少する水分子数および炭素原子数をそれぞれ温度Tに応じて変化するα(T),β(T)とすると、予混合燃料がタンク210に補給されてから所定時間(例えば1時間)が経過したときには、予混合燃料のS/Cは、(A−α(T1))/(B−β(T1))と推定される。さらに、所定時間(例えば、1時間)が経過すると、予混合燃料のS/Cは、(A−α(T1)−α(T2))/(B−β(T1)−β(T2))と推定される。
【0072】
このように、制御部600B1は、予混合燃料の補給量と、補給後の経過時間と、予混合燃料タンク210の近傍位置の温度と、を用いて、予混合燃料のS/Cを推定する。なお、制御部600B1は、S/Cの推定値に基づいて、図2と同様の処理を実行する。
【0073】
本例では、制御部600B1は、所定時間に減少する水分子数および炭素原子数として、温度に応じて変化するα(T),β(T)を用いて、予混合燃料のS/Cを推定している。しかしながら、これに代えて、所定時間に減少する水分子数および炭素原子数として、図4と同様に温度に依存しないα,βを用いて、予混合燃料のS/Cを推定し、推定値を温度に応じて補正するようにしてもよい。
【0074】
また、本例では、温度計650は、予混合燃料タンク210の近傍位置の温度を測定しているが、これに代えて、外気温度(大気温度)を測定するようにしてもよいし、予混合燃料タンク210内部の温度を測定するようにしてもよい。
【0075】
一般には、予混合燃料のS/Cは、予混合燃料の補給量と、補給後の経過時間と、予混合燃料タンク内部の温度に関係する温度と、を用いて、推定されればよい。このように、予混合燃料タンク内部の温度に関係する温度を用いれば、予混合燃料のS/Cをより正確に推定することができる。
【0076】
C.第3実施例:
図6は、第3実施例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。図6の燃料改質装置200Cは、図5とほぼ同じであるが、改質部240内部の温度、より具体的には、改質触媒の温度を測定するための温度計680が追加されている。
【0077】
図7は、第3実施例における予混合燃料のS/Cを利用した処理の内容を示すフローチャートである。図7は、図2とほぼ同じであるが、ステップS112Bの内容が変更されている。また、ステップS113B,S119Bが追加されている。
【0078】
ステップS112Bでは、ステップS102と同様に、予混合燃料タンク210内の予混合燃料のS/Cが推定される。具体的には、制御部600Cは、予め求められた予混合燃料の補給量と、補給後の経過時間と、予混合燃料タンク210の近傍位置の温度と、を用いて、予混合燃料のS/Cを推定する。ただし、ステップS112Bでは、制御部600Cは、さらに、温度計680から与えられる改質部240内部の温度を用いて、予混合燃料のS/Cの推定値を補正する。これは、予混合燃料の補給量と、補給後の経過時間と、予混合燃料タンク210の近傍位置の温度と、を用いて求められる推定値が誤っている可能性があるためである。すなわち、S/Cの推定値が、空気量の増大処理が不要な正常の範囲内(例えば、約1.5〜約2)であるにも関わらず、改質部240内部の温度が低い場合には、実際のS/Cは、推定値よりも高いと考えられる。このため、本実施例では、制御部600Cは、改質部240の運転が開始された後に、改質部240内部の温度を用いて、S/Cの推定値を補正している。
【0079】
ステップS113Bでは、S/Cの補正済み推定値が第1の閾値VH以下であるか否かが判断される。S/Cの補正済み推定値が第1の閾値VHよりも大きい場合には、換言すれば、改質反応を良好に進行させることが困難な状態であると判断される場合には、ステップS119Bに進む。ステップS119Bでは、ステップS106と同様に、ユーザへの通知が行われる。この通知により、ユーザに予混合燃料を補給するなどの何らかの対策を施すように促すことができる。その後、ステップS120において、改質部240の運転終了処理が実行される。
【0080】
なお、空気量増大モードで改質部240の運転が行われている場合には、部分酸化改質反応(発熱反応)で消費される原燃料の割合が増大し、改質部240内部の温度は上昇する。したがって、この場合には、改質部240に供給される空気量も考慮して、S/Cの推定値を補正すればよい。
【0081】
本実施例のように、改質部240内部の温度を用いれば、改質部240内部の実際の改質反応を考慮することができるため、予混合燃料のS/Cをより正確に推定することができるという利点がある。
【0082】
なお、本実施例では、温度計680は、改質部240内部の温度を測定しているが、これに代えて、改質部240から排出される改質ガスの温度を測定するようにしてもよい。一般には、温度計は、改質部内部の温度(より具体的には、改質触媒の温度)に関係する温度を測定すればよい。
【0083】
また、本実施例では、燃料改質装置200Cは、図5と同様に、液面計630とタイマ640と予混合燃料タンク210の近傍に設けられた温度計650とを備えているが、これらは省略可能である。この場合には、改質部240内部の温度を測定するための温度計680のみを用いて、予混合燃料のS/Cを推定すればよい。ただし、本実施例の構成を採用すれば、改質部240が運転を開始する前に、予混合燃料のS/Cを推定することができるという利点がある。
【0084】
D.第4実施例:
図8は、第4実施例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。図8の燃料改質装置200Dは、図1とほぼ同じであるが、原燃料タンク216とポンプ218とが追加されており、通知部700が省略されている。また、この変更に伴って、予混合燃料タンク210D内部には、撹拌器211が設けられている。原燃料タンク216には、水と混合されていない原燃料が貯蔵されている。
【0085】
なお、図8に示す原燃料タンク216とポンプ218とが本発明における原燃料供給部に相当する。
【0086】
図9は、第4実施例における予混合燃料のS/Cを利用した処理の内容を示すフローチャートである。図9は、図2とほぼ同じであるが、ステップS106に代えて、ステップS108Dが実行される。
【0087】
ステップS108Dは、ステップS104において、S/Cの推定値が第1の閾値VHよりも大きいと判断される場合に、換言すれば、改質反応を良好に進行させることが困難な状態であると判断される場合に、実行される。ステップS108Dでは、制御部600Dは、ポンプ218を制御して、原燃料タンク216に貯蔵された原燃料を予混合燃料タンク210D内に供給させる。このとき、制御部600Dは、撹拌器211を動作させ、予混合燃料タンク210D内に残存する予混合燃料と、タンク210D内に供給された原燃料と、を混合する。このように原燃料を補給することにより、予混合燃料タンク210D内の予混合燃料のS/Cを増大させることができる。なお、本実施例では、原燃料の供給量は、原燃料補給後のS/Cが第2の閾値VL以下となるように、S/Cの推定値に応じて決定される。ステップS108Dが終了すると、ステップS102,S104が再度実行される。
【0088】
以上説明したように、本実施例の燃料改質装置200Dでは、S/Cの推定値に基づいて、原燃料の供給処理や、改質部に供給される空気量の増大処理が実行される。具体的には、S/Cの推定値が第1の閾値VH(本発明の第2の基準値に相当する)以下である場合には、原燃料供給部に原燃料を予混合燃料タンクへ供給させず、S/Cの推定値が第1の閾値VHよりも大きい場合には、推定値に応じて原燃料供給部に原燃料を予混合燃料タンクへ供給させている。また、S/Cの推定値が第2の閾値VL(本発明の第1の基準値に相当する)以下である場合には、改質部に供給される空気量を推定値に応じて増大させず、推定値が第2の閾値VLよりも大きい場合には、改質部に供給される空気量を推定値に応じて増大させている。本実施例の構成を採用すれば、予混合燃料タンク内で予混合燃料のS/Cが増大した場合にも、原燃料を予混合燃料タンクへ供給することによって、予混合燃料のS/Cを低減させることができるため、改質反応を良好に進行させることができる。
【0089】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【0090】
(1)上記実施例では、予混合燃料タンク内部に貯蔵された予混合燃料のS/Cは、種々の手法を用いて推定されている。具体的には、図1,図8では、S/Cは、予混合燃料のインピーダンスを用いて推定されており、図3では、S/Cは、予混合燃料の比重を用いて推定されている。図4では、S/Cは、予混合燃料の補給量と補給後の経過時間とを用いて推定されており、図5では、S/Cは、予混合燃料の補給量および補給後の経過時間と共に、予混合燃料タンク内部の温度に関係する温度を用いて推定されている。図6では、S/Cは、予混合燃料の補給量,補給後の経過時間,予混合燃料タンク内部の温度に関係する温度と共に、改質部内部の温度に関係する温度を用いて推定されている。また、図6において説明したように、S/Cは、改質部内部の温度に関係する温度のみを用いて推定することも可能である。
【0091】
さらに、予混合燃料のS/Cは、他の手法を用いても推定可能である。例えば、予混合燃料タンク内部の温度に関係する温度と補給後の経過時間とのみを用いて推定されてもよい。また、予混合燃料のS/Cは、上記のような種々の手法を任意に組み合わせて総合的に推定されてもよい。
【0092】
一般には、推定部は、予混合燃料タンク内の予混合燃料に含まれる水の分子数と原燃料中の炭素原子数との比の値を推定可能であればよい。
【0093】
(2)第1〜第3実施例(図2,図7)では、S/Cの推定値が第1の閾値VHよりも大きい第1の場合には、ユーザへの通知が実行されているが、これに代えて、あるいは、これと共に、第4実施例(図9)と同様に、原燃料タンク内の原燃料を予混合燃料タンク内に供給するようにしてもよい。こうすれば、S/Cの推定値が第1の閾値VHよりも大きい場合にも、改質部において改質反応を良好に進行させることが可能となる。
【0094】
また、第1〜第4実施例(図2,図7,図9)では、S/Cの推定値が第1の閾値VH以下であり、かつ、第2の閾値VLよりも大きい第2の場合には、推定値に応じて改質部に供給される空気量を増大させているが、これに代えて、あるいは、これと共に、推定値に応じて原燃料タンク内の原燃料を予混合燃料タンク内に供給するようにしてもよい。また、第2の場合には、さらに、ユーザへの通知を行うようにしてもよい。
【0095】
上記のように、ユーザへの通知は、S/Cの推定値が第1の閾値VHよりも大きい第1の場合に実行されるようにしてもよいし、S/Cの推定値が第2の閾値VLよりも大きい第2の場合に実行されるようにしてもよい。第2の場合に、ユーザへの通知を実行すれば、ユーザに、S/Cの推定値が比較的大きな値になったことを認識させることができる。すなわち、ユーザへの通知は、S/Cの推定値が所定の範囲(例えば約1.5〜約2)から外れていることをユーザに認識させるために実行されればよい。こうすれば、ユーザに注意を促すことができると共に、ユーザは必要に応じて何らかの対策を施すことができる。
【0096】
さらに、第1〜第4実施例(図2,図7,図9)では、S/Cの推定値が第2の閾値VL以下である第3の場合には、改質部に供給される空気量が通常の量に維持されている。しかしながら、これに代えて、推定値に応じて改質部に供給される空気量を増大させるようにしてもよいし、推定値に応じて原燃料タンク内の原燃料を予混合燃料タンク内に供給するようにしてもよい。あるいは、推定値に応じて、空気量の増大処理と原燃料の供給処理との双方を実行するようにしてもよい。
【0097】
また、上記実施例では、S/Cの推定値に基づいて、空気量の増大処理や、原燃料の供給処理、ユーザへの通知処理などが実行されているが、これに代えて、他の処理が実行されるようにしてもよい。例えば、改質部が加熱部を備えるようにしてもよい。この場合には、制御部は、S/Cの推定値に基づいて、加熱部を制御して、加熱量を調整させればよい。このようにしても、改質部内部の温度(より具体的には、改質触媒の温度)が低下するのを抑制することができ、この結果、改質反応を良好に進行させることができる。
【0098】
一般には、制御部は、推定部で得られた推定値に基づいて、燃料改質装置の動作を制御すればよい。
【0099】
(3)上記実施例では、燃料改質装置は、気化部を備えているが、気化部は省略可能である。この場合には、改質部が、予混合燃料の気化に必要な熱量を発生させるための加熱部を備えていればよい。
【0100】
また、上記実施例では、改質部は、水蒸気を利用する水蒸気改質反応と、酸素ガスを利用する部分酸化改質反応と、を組み合わせた併用改質反応を進行させることによって、原燃料を改質しているが、これに代えて、水蒸気改質反応のみを進行させることによって、原燃料を改質するようにしてもよい。この場合には、改質部が加熱部を備えていればよい。そして、加熱部が、水蒸気改質反応(吸熱反応)の進行に必要な熱量を発生させればよい。
【0101】
上記実施例では、原燃料としてガソリンが利用されているが、これに代えて、アルコールや、エーテル、アルデヒドなどが利用されるようにしてもよい。なお、上記実施例では、原燃料としてガソリンが用いられているため、乳化剤が利用されているが、原燃料と水とが容易に混合する場合には、乳化剤は不要である。
【0102】
一般には、改質部は、炭化水素系の原燃料を改質して水素ガスを生成すればよい。また、予混合燃料供給部は、液体原燃料と水とが予め混合された予混合燃料を貯蔵するための予混合燃料タンクを含み、予混合燃料を改質部に供給すればよい。
【0103】
(4)上記実施例では、燃料改質装置を含む燃料電池システムが移動体(車両)に適用される場合について説明したが、定置用の発電システムに適用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図2】 第1実施例における予混合燃料のS/Cを利用した処理の内容を示すフローチャートである。
【図3】 第1実施例の変形例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。
【図4】 第2実施例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。
【図5】 第2実施例の変形例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。
【図6】 第3実施例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。
【図7】 第3実施例における予混合燃料のS/Cを利用した処理の内容を示すフローチャートである。
【図8】 第4実施例における燃料電池システムの概略を示す説明図である。
【図9】 第4実施例における予混合燃料のS/Cを利用した処理の内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
100…燃料電池
200A,A1,B,B1,C,D…燃料改質装置(燃料ガス供給部)
210,210D…予混合燃料タンク
211…撹拌器
212…ポンプ
214…噴射弁
216…原燃料タンク
218…ポンプ
220…ブロワ
230…気化部
232…加熱部
240…改質部
250…熱交換部
260…シフト部
270…水素分離部
270f…水素透過膜
272…供給室
274…抽出室
280…熱交換部
290…浄化部
300…酸化ガス供給部
310…ブロワ
600A,A1,B,B1,C,D…制御部
610…インピーダンス計
620…比重計
630…液面計
640…タイマ
650…温度計
680…温度計
700…通知部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel reformer using premixed fuel.
[0002]
[Prior art]
In a fuel cell system, a fuel reformer is used to generate hydrogen gas from a hydrocarbon-based raw fuel. The fuel reformer includes a reforming unit, and the reforming unit reforms the raw fuel to generate hydrogen gas.
[0003]
The reformer usually generates hydrogen gas using a steam reforming reaction. In this case, water is supplied to the reforming unit together with the raw fuel. For example, in Patent Document 1, gasoline or a mixture of alcohol and water (premixed fuel) is stored in a tank, and the premixed fuel is supplied to the reforming unit.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-11-79703
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the value of the ratio between the number of water molecules contained in the premixed fuel in the tank and the number of carbon atoms in the raw fuel (hereinafter also simply referred to as “S / C”) gradually increases with time. . This is because raw fuel is more easily vaporized than water. However, conventionally, the change in the S / C of the premixed fuel stored in the tank has not been considered. For this reason, the reforming reaction may not proceed well in the reforming section. That is, when the proportion of water contained in the premixed fuel increases, the temperature inside the reforming section decreases, and as a result, the reforming reaction does not proceed well.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and when the S / C of the premixed fuel increases, the operation of the reforming section is executed in a state where the reforming reaction does not proceed well. It is an object of the present invention to provide a technique capable of avoiding this.
[0007]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
In order to solve at least a part of the problems described above, an apparatus of the present invention is a fuel reformer,
A reforming section for reforming a hydrocarbon-based raw fuel to generate hydrogen gas;
A premixed fuel tank for storing a premixed fuel in which the raw fuel and water are premixed, and a premixed fuel supply unit for supplying the premixed fuel to the reforming unit;
An estimation unit for estimating a value of a ratio between the number of water molecules contained in the premixed fuel in the premixed fuel tank and the number of carbon atoms in the raw fuel;
A control unit for controlling the operation of the fuel reformer, based on the estimated value obtained by the estimation unit;
It is characterized by providing.
[0008]
In this fuel reformer, the S / C of the premixed fuel stored in the premix fuel tank is estimated, and the operation of the fuel reformer is controlled based on the estimated value of S / C. For this reason, when the S / C of the premixed fuel is increased, it is possible to avoid the operation of the reforming unit being performed in a state where the reforming reaction does not proceed well.
[0009]
In the above apparatus,
An air supply unit for supplying air to the reforming unit;
It is preferable that the control unit controls the air supply unit based on the estimated value to adjust the amount of air supplied to the reforming unit.
[0010]
If air is supplied to the reforming section, the partial oxidation reforming reaction can proceed in the reforming section. The partial oxidation reforming reaction is an exothermic reaction. Therefore, when the S / C of the premixed fuel is a relatively large value, the amount of air supplied to the reforming unit is increased, thereby improving the S / C of the premixed fuel. It can suppress that the temperature inside a part falls, As a result, a reforming reaction can be advanced favorably.
[0011]
In the above apparatus,
When the estimated value is equal to or less than the first reference value, the control unit does not increase the amount of air supplied to the reforming unit in accordance with the estimated value, and the estimated value is the first value. If it is larger than the reference value, the amount of air supplied to the reforming unit may be increased according to the estimated value.
[0012]
In the above device,
The premixed fuel supply unit further includes:
A raw fuel tank for storing the raw fuel, the raw fuel supply unit for supplying the raw fuel to the premixed fuel tank,
The control unit may control the raw fuel supply unit based on the estimated value so as to supply the raw fuel to the premixed fuel tank.
[0013]
In this way, even when the S / C of the premixed fuel in the premixed fuel tank increases, the S / C of the premixed fuel can be reduced by supplying the raw fuel to the premixed fuel tank. As a result, the reforming reaction can proceed well.
[0014]
In the above apparatus,
When the estimated value is equal to or less than the second reference value, the control unit does not cause the raw fuel supply unit to supply the raw fuel to the premixed fuel tank, and the estimated value is the second reference value. When the value is larger than the value, the raw fuel supply unit may supply the raw fuel to the premixed fuel tank according to the estimated value.
[0015]
The second reference value may be set to a value larger than the first reference value, or may be set to a value equal to the first reference value. Specifically, when adopting a configuration in which the amount of air supplied to the reforming unit can be adjusted according to the estimated value of S / C, the second reference value is larger than the first reference value. It is preferably set. Further, in the case of adopting a configuration in which the amount of air supplied to the reforming unit cannot be adjusted according to the estimated value of S / C, the second reference value is set substantially equal to the first reference value. It is preferable.
[0016]
In the above apparatus,
A notification unit for executing notification to the user;
When the estimated value is larger than a third reference value, the control unit may cause the notification unit to notify the user that the estimated value is out of a predetermined range.
[0017]
In this way, the user can be alerted and the user can take some measures as necessary.
[0018]
The third reference value may be set to a value equal to the first reference value or the second reference value, or may be larger than the first reference value or the second reference value. It may be set to a value.
[0019]
In the above device,
The estimation unit includes
A specific gravity measuring unit for measuring the specific gravity of the premixed fuel in the premixed fuel tank;
The estimation unit may estimate the value of the ratio using the measured specific gravity.
[0020]
In the above apparatus,
The estimation unit includes
An impedance measuring unit for measuring the impedance of the premixed fuel in the premixed fuel tank;
The estimation unit may estimate the value of the ratio using the measured impedance.
[0021]
By doing so, it is possible to accurately estimate the S / C of the premixed fuel.
[0022]
In the above device,
The estimation unit includes
A replenishment amount measuring unit for measuring the replenishment amount of the premixed fuel to the premixed fuel tank;
An elapsed time measuring unit for measuring an elapsed time from when the premixed fuel is replenished in the premixed fuel tank;
With
The estimation unit may estimate the value of the ratio using the measured replenishment amount and the measured elapsed time.
[0023]
In this way, the S / C of the premixed fuel can be estimated with a relatively simple configuration.
[0024]
In the above apparatus,
The estimation unit further includes:
A first temperature measuring unit for measuring a first temperature related to the temperature inside the premixed fuel tank;
It is preferable that the estimation unit further estimates the value of the ratio using the measured first temperature.
[0025]
Thus, if the replenishment amount of the premixed fuel, the elapsed time since the premixed fuel was replenished, and the first temperature related to the temperature inside the premixed fuel tank, the premixed fuel It becomes possible to estimate S / C more accurately.
[0026]
In the above apparatus,
The estimation unit further includes:
A second temperature measuring unit for measuring a second temperature related to the temperature inside the reforming unit;
The estimation unit may further estimate the value of the ratio using the measured second temperature.
[0027]
Thus, if the second temperature related to the temperature inside the reforming unit is used, the S / C of the premixed fuel can be estimated more accurately.
[0028]
In the above device,
The estimation unit includes
A temperature measuring unit for measuring a temperature related to the temperature inside the reforming unit;
The estimation unit may estimate the value of the ratio using the measured temperature.
[0029]
Thus, if the temperature related to the temperature inside the reforming unit is used, the S / C of the premixed fuel can be accurately estimated.
[0030]
The present invention can be realized in various modes such as a fuel reforming apparatus, a fuel reforming method, a fuel cell system including the fuel reforming apparatus, and a device such as a moving body equipped with the fuel cell system. .
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A. First embodiment:
Next, embodiments of the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system in the first embodiment. The fuel cell system is mounted on a vehicle.
[0032]
As shown in the figure, the fuel cell system includes a fuel cell 100, a fuel gas supply unit 200A, an oxidizing gas supply unit 300, and a control unit 600A for controlling the operation of the entire fuel cell system. As will be described later, the fuel gas supply unit 200A is a fuel reformer that reforms raw fuel to generate hydrogen gas, and supplies the fuel cell 100 with fuel gas containing hydrogen gas. The oxidizing gas supply unit 300 includes a blower 310 and supplies an oxidizing gas (air) containing oxygen gas to the fuel cell 100. The fuel cell 100 generates power using the fuel gas supplied from the fuel gas supply unit 200 </ b> A and the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supply unit 300.
[0033]
The fuel reformer (fuel gas supply unit) 200A includes a premixed fuel tank 210, a blower 220, a vaporizer 230, a reformer 240, a first heat exchange unit 250, a shift unit 260, hydrogen, A separation unit 270, a second heat exchange unit 280, and a purification unit 290 are provided.
[0034]
The premixed fuel tank 210 is a tank that stores a premixed fuel in which a hydrocarbon-based raw fuel and water are mixed in advance. If raw fuel and water are mixed in advance in this way, freezing of water that can occur when water is stored individually can be avoided. The premixed fuel in the tank 210 is supplied to the vaporizer 230 via the pump 212 and the injection valve 214.
[0035]
In this embodiment, an emulsion in which gasoline as raw fuel and water are mixed using an emulsifier (surfactant) is used as the premixed fuel. As the emulsifier, for example, polyoxyethylene alkylene alkyl ether, a derivative thereof, polyoxyethylene lauryl ether, or the like can be used. As an emulsifier, what is comprised by the carbon atom, the hydrogen atom, and the oxygen atom is preferable. By so doing, poisoning of the reforming catalyst provided in the reforming unit 240 can be prevented.
[0036]
The blower 220 supplies air to the vaporization unit 230 via the first heat exchange unit 250. Note that the air is heated by passing through the heat exchanging unit 250.
[0037]
The vaporization unit 230 includes a heating unit 232 and vaporizes the premixed fuel injected by the injection valve 214. In the vaporization unit 230, a mixed gas of raw fuel, water vapor, and air is generated, and the mixed gas is supplied to the reforming unit 240. Note that the temperature inside the vaporization unit 230 is increased by heat given from the heating unit 232, heat transmitted from the reforming unit 240, heat of air heated through the heat exchange unit 250, or the like. However, heating by the heating unit 232 is normally performed when the reforming unit 240 starts operation, and is not performed during a period in which the reforming unit 240 performs steady operation. When the premixed fuel is injected into the high temperature vaporizer 230, the premixed fuel is immediately vaporized.
[0038]
The reforming unit 240 includes a reforming catalyst that promotes the reforming reaction. The raw fuel contained in the mixed gas is converted into hydrogen gas and carbon monoxide gas using water vapor and oxygen gas in the air. The reformed gas is reformed. That is, in the reforming unit 240, a combined reforming reaction that combines a steam reforming reaction using steam and a partial oxidation reforming reaction using oxygen gas proceeds. The steam reforming reaction is an endothermic reaction, and the partial oxidation reforming reaction is an exothermic reaction. The heat generated by the partial oxidation reforming reaction is used for the steam reforming reaction.
[0039]
The first heat exchange unit 250 cools the reformed gas supplied from the reforming unit 240 and supplies it to the shift unit 260. As described above, the heat of the reformed gas is given to the air supplied from the blower 220 to the vaporizer 230. The reason why the reformed gas is cooled in the heat exchanging unit 250 is that the reaction temperature in the shift unit 260 is lower than the reaction temperature in the reforming unit 240.
[0040]
The shift unit 260 includes a shift catalyst that promotes the shift reaction, and converts the carbon monoxide gas in the reformed gas into hydrogen gas and carbon dioxide gas using water vapor. The reformed gas having a reduced carbon monoxide gas concentration is supplied to the hydrogen separator 270. In addition, by reducing the carbon monoxide gas concentration in the shift unit 260, poisoning of the noble metal catalyst supported on the electrode inside the fuel cell 100 can be suppressed.
[0041]
The hydrogen separation unit 270 includes a supply chamber 272, a hydrogen permeable membrane 270f, and an extraction chamber 274. The reforming gas is supplied from the shift unit 260 to the supply chamber 272, and the oxidizing off gas is supplied from the fuel cell 100 to the extraction chamber 274. The hydrogen permeable membrane 270f separates the hydrogen gas by selectively allowing the hydrogen gas in the reformed gas supplied to the supply chamber 272 to permeate. The oxidizing off gas supplied to the extraction chamber 274 functions as a carrier gas that carries the hydrogen gas that has permeated the hydrogen permeable membrane 270f, and promotes the permeation of the hydrogen gas. The extracted hydrogen gas is cooled by the second heat exchange unit 280 and then supplied to the fuel cell 100.
[0042]
Note that oxygen gas remains in the oxidizing off gas. For this reason, when the oxidizing off gas is supplied to the extraction chamber 274, the oxygen gas reacts with the hydrogen gas that has passed through the hydrogen permeable membrane 270f. Specifically, palladium constituting the hydrogen permeable membrane 270f acts as a catalyst, and a combustion reaction occurs on the hydrogen permeable membrane. However, the amount of hydrogen gas consumed by this combustion reaction is small. For this reason, in this embodiment, the oxidizing off gas is used as the carrier gas.
[0043]
The purification unit 290 oxidizes the carbon monoxide gas discharged without being converted in the shift unit 260 using oxygen gas in the air. The purified gas is discharged to the atmosphere.
[0044]
The controller 600A controls each part of the fuel cell system. In particular, the controller 600A controls the operation of the fuel reformer 200A to adjust the amount of premixed fuel and the amount of air supplied to the vaporizer 230 based on the amount of hydrogen gas to be supplied to the fuel cell 100. To do.
[0045]
By the way, the S / C of the premixed fuel stored in the premixed fuel tank 210 may increase with time. This is because raw fuel is more easily vaporized than water. Therefore, if the premixed fuel is supplied to the reforming unit 240 on the assumption that the S / C of the premixed fuel is maintained substantially constant, the reforming reaction may not proceed well. Specifically, when the S / C of the premixed fuel increases, water is supplied to the vaporization unit 230 at a higher rate. At this time, the vaporization unit 230 uses more heat to vaporize water, and as a result, the temperature of the mixed gas decreases. Then, when a mixed gas having a relatively low temperature is supplied to the reforming unit 240, the temperature inside the reforming unit 240 (more specifically, the temperature of the reforming catalyst) decreases, and as a result, the reforming reaction is performed. May or may not progress.
[0046]
Therefore, in the present embodiment, the control unit 600A controls the operation of the fuel reformer 200A based on the estimated value of S / C of the premixed fuel stored in the premixed fuel tank 210.
[0047]
Specifically, in the fuel cell system of the present embodiment, an impedance meter 610 for measuring the impedance of the premixed fuel is provided. Control unit 600A estimates the S / C of the premixed fuel using the measured value of impedance meter 610. Then, control unit 600A controls the operation of blower 220 based on the estimated value of S / C. Since the impedance of the premixed fuel changes according to the S / C of the premixed fuel, the S / C of the premixed fuel can be accurately estimated by using the measured value of the impedance meter 610.
[0048]
In addition, in the fuel cell system of the present embodiment, a notification unit 700 for executing notification to the user is provided. Based on the estimated value of S / C, control unit 600A causes notification unit 700 to execute notification to the user. Note that the notification by the notification unit 700 may be performed by a display device included in the notification unit, or may be performed by a speaker included in the notification unit.
[0049]
The premixed fuel tank 210, the pump 212, the injection valve 214, and the vaporization unit 230 shown in FIG. 1 correspond to the premixed fuel supply unit in the present invention, and the blower 220 and the vaporization unit 230 correspond to the air supply unit. . The impedance meter 610 and the control unit 600A correspond to the estimation unit in the present invention.
[0050]
FIG. 2 is a flowchart showing the contents of processing using the S / C of the premixed fuel in the first embodiment. This process is executed in accordance with an instruction from control unit 600A.
[0051]
In step S102, the S / C of the premixed fuel in the premixed fuel tank 210 is estimated. Specifically, control unit 600A acquires the measured value of impedance meter 610, and estimates the S / C of the premixed fuel using the measured value.
[0052]
In step S104, it is determined whether or not the estimated value of S / C is equal to or less than a first threshold value VH. The first threshold value VH is an upper limit value that allows the reforming reaction to proceed well, and is set to about 3 to about 4, for example. That is, when the estimated value of S / C is equal to or less than the first threshold value VH, it is determined that the reforming reaction can be favorably progressed, and the process proceeds to step S110. On the other hand, when the estimated value of S / C is larger than the first threshold value VH, it is determined that it is difficult to make the reforming reaction proceed well, and the process proceeds to step S106.
[0053]
In step S106, the user is notified that it is difficult to make the reforming reaction proceed well. By this notification or warning, the user can know that the ratio of the raw fuel in the premixed fuel is considerably reduced, and can take some measures such as replenishing the premixed fuel. In this embodiment, when it is difficult to make the reforming reaction proceed well, the operation of the reforming unit is not started.
[0054]
In step S110, an operation start process of the reforming unit 240 is executed. Specifically, control unit 600 </ b> A starts heating by heating unit 232 or starts supplying premixed fuel and air to vaporizing unit 230.
[0055]
When the operation of the reforming unit 240 is started, in step S112, the S / C of the premixed fuel in the premixed fuel tank 210 is estimated as in step S102. Specifically, control unit 600A obtains the measured value of impedance meter 610 again, and estimates S / C of the premixed fuel again using the measured value.
[0056]
In step S114, it is determined whether or not the estimated value of S / C is less than or equal to the second threshold VL. The second threshold value VL allows the reforming reaction to proceed satisfactorily without performing special processing, more specifically, without increasing the amount of air supplied from the blower 220 to the reforming unit 240. The upper limit is possible, and is set to about 2, for example. That is, when the estimated value of S / C is equal to or less than the second threshold value VL, it is determined that there is no need to increase the air amount in order to allow the reforming reaction to proceed well, and the process proceeds to step S116a. On the other hand, when the estimated value of S / C is larger than the second threshold value VL, it is determined that it is necessary to increase the air amount in order to allow the reforming reaction to proceed well, and the process proceeds to step S116b.
[0057]
As can be seen from the above description, the state in which the S / C of the premixed fuel is larger than the first threshold value VH can be improved even if the amount of air supplied from the blower 220 to the reforming unit 240 is increased. This means that it is difficult to make the reaction proceed well.
[0058]
In step S116a, the reforming unit 240 is operated in the normal mode. Specifically, the control unit 600A determines the amount of premixed fuel and the amount of air supplied to the reforming unit 240 according to the required load, in other words, according to the amount of current that the fuel cell should output. Adjust.
[0059]
On the other hand, in step S116b, the reforming unit 240 is operated in the air amount increase mode. Specifically, the control unit 600A controls the blower 220 to increase the amount of air supplied to the reforming unit 240 as compared with the case where the reforming unit 240 is operated in the normal mode. The increment of the air amount is determined according to the estimated value of S / C. As the amount of air increases, the proportion of raw fuel consumed by the partial oxidation reforming reaction (exothermic reaction) increases in the reforming unit 240. For this reason, it is possible to suppress a decrease in the temperature inside the reforming unit 240 (more specifically, the temperature of the reforming catalyst) due to an increase in the S / C of the premixed fuel in the tank 210. it can. As a result, even when S / C is a relatively large value (that is, when S / C is equal to or smaller than the first threshold value VH and greater than the second threshold value VL), the reformer 240 has an internal structure. The temperature can be maintained within a predetermined temperature range, and the reforming reaction can proceed favorably.
[0060]
In step S118, it is determined whether or not to end the operation of the reforming unit 240. Specifically, in step S118, it is determined whether or not an instruction to end operation of the reforming unit 240 is given from the user. When the operation of the reforming unit 240 is continued, the processes of steps S112, S114, S116a, S116b, and S118 are repeatedly executed. On the other hand, when the operation of the reforming unit 240 is ended, the process proceeds to step S120.
[0061]
In step S120, an operation end process of the reforming unit 240 is executed. Specifically, control unit 600A stops the supply of premixed fuel and air to vaporization unit 230.
[0062]
As described above, in the fuel reforming apparatus 200A of the present embodiment, the S / C of the premixed fuel stored in the premixed fuel tank 210 is estimated, and the reforming is performed based on the estimated value of S / C. Processing for increasing the amount of air supplied to the unit and processing for notifying the user are executed. Specifically, when the estimated value of S / C is equal to or less than the second threshold value VL (corresponding to the first reference value of the present invention), the amount of air supplied to the reforming unit is used as the estimated value. If the estimated value of S / C is larger than the second threshold value VL, the amount of air supplied to the reforming unit is increased according to the estimated value. When the estimated value of S / C is larger than the first threshold value VH (corresponding to the third reference value of the present invention), the notification unit is notified to the user. By adopting this configuration, when the S / C of the premixed fuel is increased, it is possible to avoid the operation of the reforming unit being performed in a state where the reforming reaction does not proceed well.
[0063]
A1. Modification of the first embodiment:
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an outline of a fuel cell system according to a modification of the first embodiment. The fuel reformer 200A1 of FIG. 3 is substantially the same as FIG. 1, but includes a hydrometer 620 for measuring the specific gravity of the premixed fuel instead of the impedance meter 610. Control unit 600A1 estimates the S / C of the premixed fuel using the measured value of hydrometer 620. Since the specific gravity of the premixed fuel changes according to the S / C of the premixed fuel, the S / C of the premixed fuel can be accurately estimated even when the measured value of the hydrometer 620 is used. Note that the control unit 600A performs the same processing as in FIG. 2 based on the estimated value of S / C.
[0064]
B. Second embodiment:
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an outline of the fuel cell system in the second embodiment. The fuel reformer 200B of FIG. 4 is substantially the same as that of FIG. 1, but a liquid level gauge 630 for measuring the liquid level position of the premixed fuel in the premixed fuel tank 210, instead of the impedance meter 610, And a timer 640 for measuring an elapsed time from when the premixed fuel is replenished.
[0065]
Control unit 600B estimates the S / C of the premixed fuel using the measurement value of liquid level gauge 630 and the measurement value of timer 640. Specifically, control unit 600B obtains the measured value of liquid level meter 630 immediately after the replenishment of premixed fuel is completed, and obtains the replenishment amount of premixed fuel in advance. However, here, it is assumed that the premixed fuel does not remain in the tank 210 immediately before the premixed fuel is replenished. Since the S / C of the premixed fuel to be replenished is a substantially constant value, the S / C immediately after the premixed fuel is replenished is known. That is, assuming that the number of water molecules and the number of carbon atoms in the premixed fuel supplied to the tank 210 are A and B, respectively, the initial value of S / C of the premixed fuel is A / B. Here, when the number of water molecules and the number of carbon atoms that decrease in a predetermined time (for example, 1 hour) are α and β, respectively, when a predetermined time (for example, 1 hour) has elapsed since the premixed fuel was supplied to the tank 210. The S / C of the premixed fuel is estimated as (A−α) / (B−β). Furthermore, when a predetermined time (for example, 1 hour) elapses, the S / C of the premixed fuel is estimated as (A-2α) / (B-2β).
[0066]
As described above, the control unit 600B estimates the S / C of the premixed fuel using the replenishment amount of the premixed fuel and the elapsed time after the replenishment. Note that the control unit 600B performs the same processing as in FIG. 2 based on the estimated value of S / C.
[0067]
The premix fuel tank is usually provided with a liquid level gauge for the user to check the remaining amount of premix fuel. Therefore, if the configuration of FIG. 4 is adopted, there is an advantage that the replenishment amount of the premixed fuel can be estimated with a relatively simple configuration.
[0068]
By the way, when the premixed fuel is replenished, a relatively small amount of premixed fuel usually remains in the tank 210. Therefore, in practice, the amount of premixed fuel remaining and S / C and the amount of premixed fuel to be replenished and S / C are used to determine the S of the premixed fuel in the tank 210 immediately after replenishment. / C is required. The residual amount of the premixed fuel can be obtained from the measured value of the liquid level gauge 630 immediately before the premixed fuel is replenished, and the replenishment amount of the premixed fuel is the just before and immediately after the premixed fuel is replenished. It can obtain | require from the difference of the measured value of the liquid level meter 630. Further, as the S / C of the remaining premixed fuel, an estimated value of S / C immediately before the premixed fuel is supplied can be used.
[0069]
In general, the S / C of the premixed fuel may be estimated using the replenishment amount of the premixed fuel and the elapsed time after replenishment.
[0070]
B1. Modification of the second embodiment:
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an outline of a fuel cell system in a modification of the second embodiment. The fuel reformer 200B1 in FIG. 5 is substantially the same as that in FIG. 4, but a thermometer 650 is added. The thermometer 650 is disposed in the vicinity of the premixed fuel tank 210.
[0071]
Similar to FIG. 4, control unit 600B1 estimates the S / C of the premixed fuel using the replenishment amount of the premixed fuel and the elapsed time after the replenishment. However, in this example, the control unit 600B1 further estimates the S / C of the premixed fuel using the measurement value of the thermometer 650. Thus, the reason for using the measurement value of the thermometer 650 is that the number of water molecules and the number of carbon atoms that decrease in a predetermined time (for example, 1 hour) actually depend on the temperature inside the premixed fuel tank 210. Because. That is, if the number of water molecules and the number of carbon atoms that decrease during a predetermined time (for example, 1 hour) are α (T) and β (T) that change according to the temperature T, the premixed fuel is supplied to the tank 210. When a predetermined time (for example, 1 hour) has elapsed, the S / C of the premixed fuel is estimated as (A−α (T1)) / (B−β (T1)). Further, when a predetermined time (for example, 1 hour) elapses, the S / C of the premixed fuel becomes (A−α (T1) −α (T2)) / (B−β (T1) −β (T2)). It is estimated to be.
[0072]
As described above, the control unit 600B1 estimates the S / C of the premixed fuel using the replenishment amount of the premixed fuel, the elapsed time after the replenishment, and the temperature near the premixed fuel tank 210. . Note that the control unit 600B1 executes the same process as in FIG. 2 based on the estimated value of S / C.
[0073]
In this example, the control unit 600B1 uses the α (T) and β (T) that change according to the temperature as the number of water molecules and the number of carbon atoms that decrease in a predetermined time, and calculates the S / C of the premixed fuel. Estimated. However, instead of this, the S / C of the premixed fuel is estimated by using α and β that do not depend on temperature as the number of water molecules and the number of carbon atoms that decrease in a predetermined time as in FIG. May be corrected according to the temperature.
[0074]
In this example, the thermometer 650 measures the temperature in the vicinity of the premixed fuel tank 210. Alternatively, the thermometer 650 may measure the outside air temperature (atmospheric temperature). The temperature inside the mixed fuel tank 210 may be measured.
[0075]
In general, the S / C of the premixed fuel may be estimated using the replenishment amount of the premixed fuel, the elapsed time after the replenishment, and the temperature related to the temperature inside the premixed fuel tank. Thus, if the temperature related to the temperature inside the premixed fuel tank is used, the S / C of the premixed fuel can be estimated more accurately.
[0076]
C. Third embodiment:
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an outline of the fuel cell system in the third embodiment. The fuel reformer 200C of FIG. 6 is substantially the same as FIG. 5, except that a thermometer 680 for measuring the temperature inside the reforming unit 240, more specifically, the temperature of the reforming catalyst, is added. Yes.
[0077]
FIG. 7 is a flowchart showing the contents of processing using the S / C of the premixed fuel in the third embodiment. FIG. 7 is substantially the same as FIG. 2, but the content of step S112B is changed. Steps S113B and S119B are added.
[0078]
In step S112B, as in step S102, the S / C of the premixed fuel in the premixed fuel tank 210 is estimated. Specifically, the control unit 600C uses the premixed fuel replenishment amount obtained in advance, the elapsed time after replenishment, and the temperature in the vicinity of the premixed fuel tank 210 to determine the S of the premixed fuel. / C is estimated. However, in step S112B, control unit 600C further corrects the estimated S / C value of the premixed fuel using the temperature inside reforming unit 240 given from thermometer 680. This is because there is a possibility that the estimated value obtained using the replenishment amount of the premixed fuel, the elapsed time after the replenishment, and the temperature in the vicinity of the premixed fuel tank 210 is incorrect. That is, when the estimated value of S / C is within a normal range (for example, about 1.5 to about 2) that does not require an increase in the air amount, the temperature inside the reforming unit 240 is low. The actual S / C is considered to be higher than the estimated value. For this reason, in the present embodiment, the controller 600C corrects the estimated value of S / C using the temperature inside the reforming unit 240 after the operation of the reforming unit 240 is started.
[0079]
In step S113B, it is determined whether the corrected estimated value of S / C is less than or equal to the first threshold value VH. If the corrected estimated value of S / C is larger than the first threshold value VH, in other words, if it is determined that it is difficult to make the reforming reaction proceed well, step S119B Proceed to In step S119B, notification to the user is performed as in step S106. This notification can prompt the user to take some measures such as replenishing the premixed fuel. Thereafter, in step S120, an operation end process of the reforming unit 240 is executed.
[0080]
When the reforming unit 240 is operated in the air amount increasing mode, the ratio of the raw fuel consumed in the partial oxidation reforming reaction (exothermic reaction) is increased, and the temperature inside the reforming unit 240 is increased. Will rise. Accordingly, in this case, the estimated value of S / C may be corrected in consideration of the amount of air supplied to the reforming unit 240.
[0081]
If the temperature inside the reforming unit 240 is used as in the present embodiment, the actual reforming reaction inside the reforming unit 240 can be taken into account, so that the S / C of the premixed fuel can be estimated more accurately. There is an advantage that you can.
[0082]
In the present embodiment, the thermometer 680 measures the temperature inside the reforming unit 240, but instead, measures the temperature of the reformed gas discharged from the reforming unit 240. Also good. In general, the thermometer may measure a temperature related to the temperature inside the reforming section (more specifically, the temperature of the reforming catalyst).
[0083]
Further, in the present embodiment, the fuel reformer 200C includes a liquid level gauge 630, a timer 640, and a thermometer 650 provided in the vicinity of the premixed fuel tank 210, as in FIG. Can be omitted. In this case, the S / C of the premixed fuel may be estimated using only the thermometer 680 for measuring the temperature inside the reforming unit 240. However, if the configuration of this embodiment is adopted, there is an advantage that the S / C of the premixed fuel can be estimated before the reforming unit 240 starts operation.
[0084]
D. Fourth embodiment:
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an outline of the fuel cell system in the fourth embodiment. The fuel reformer 200D of FIG. 8 is substantially the same as that of FIG. 1, but the raw fuel tank 216 and the pump 218 are added, and the notification unit 700 is omitted. In accordance with this change, a stirrer 211 is provided inside the premixed fuel tank 210D. The raw fuel tank 216 stores raw fuel that is not mixed with water.
[0085]
The raw fuel tank 216 and the pump 218 shown in FIG. 8 correspond to the raw fuel supply unit in the present invention.
[0086]
FIG. 9 is a flowchart showing the contents of processing using the S / C of the premixed fuel in the fourth embodiment. FIG. 9 is substantially the same as FIG. 2, but step S108D is executed instead of step S106.
[0087]
In step S108D, when it is determined in step S104 that the estimated value of S / C is larger than the first threshold value VH, in other words, it is difficult to make the reforming reaction proceed well. If it is determined, it is executed. In step S108D, the control unit 600D controls the pump 218 to supply the raw fuel stored in the raw fuel tank 216 into the premixed fuel tank 210D. At this time, the controller 600D operates the agitator 211 to mix the premixed fuel remaining in the premixed fuel tank 210D and the raw fuel supplied in the tank 210D. By replenishing the raw fuel in this manner, the S / C of the premixed fuel in the premixed fuel tank 210D can be increased. In the present embodiment, the supply amount of the raw fuel is determined according to the estimated value of S / C so that the S / C after the supply of the raw fuel is equal to or less than the second threshold value VL. When step S108D ends, steps S102 and S104 are executed again.
[0088]
As described above, in the fuel reforming apparatus 200D of the present embodiment, the raw fuel supply process and the process for increasing the amount of air supplied to the reforming unit are executed based on the estimated value of S / C. . Specifically, when the estimated value of S / C is equal to or lower than the first threshold value VH (corresponding to the second reference value of the present invention), the raw fuel is supplied to the raw fuel supply unit to the premixed fuel tank. When the estimated value of S / C is larger than the first threshold value VH without being supplied, the raw fuel is supplied to the premixed fuel tank by the raw fuel supply unit according to the estimated value. Further, when the estimated value of S / C is equal to or less than the second threshold value VL (corresponding to the first reference value of the present invention), the amount of air supplied to the reforming unit is increased according to the estimated value. If the estimated value is larger than the second threshold value VL, the amount of air supplied to the reforming unit is increased according to the estimated value. By adopting the configuration of this embodiment, even when the S / C of the premixed fuel increases in the premixed fuel tank, the S / C of the premixed fuel is supplied by supplying the raw fuel to the premixed fuel tank. Therefore, the reforming reaction can proceed well.
[0089]
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
[0090]
(1) In the above embodiment, the S / C of the premixed fuel stored in the premixed fuel tank is estimated using various methods. Specifically, in FIGS. 1 and 8, S / C is estimated using the impedance of the premixed fuel, and in FIG. 3, S / C is estimated using the specific gravity of the premixed fuel. Yes. In FIG. 4, S / C is estimated using the replenishment amount of the premixed fuel and the elapsed time after replenishment. In FIG. 5, S / C is the replenishment amount of the premixed fuel and the elapsed time after replenishment. Over time, it is estimated using a temperature related to the temperature inside the premixed fuel tank. In FIG. 6, the S / C is estimated using the temperature related to the temperature inside the reforming section together with the temperature related to the replenishment amount of the premixed fuel, the elapsed time after replenishment, the temperature inside the premixed fuel tank. ing. Further, as described with reference to FIG. 6, S / C can be estimated using only the temperature related to the temperature inside the reforming unit.
[0091]
Further, the S / C of the premixed fuel can be estimated using other methods. For example, it may be estimated using only the temperature related to the temperature inside the premixed fuel tank and the elapsed time after replenishment. Further, the S / C of the premixed fuel may be comprehensively estimated by arbitrarily combining the various methods as described above.
[0092]
Generally, the estimation unit only needs to be able to estimate the value of the ratio between the number of water molecules contained in the premixed fuel in the premixed fuel tank and the number of carbon atoms in the raw fuel.
[0093]
(2) In the first to third embodiments (FIGS. 2 and 7), in the first case where the estimated value of S / C is larger than the first threshold value VH, notification to the user is executed. However, instead of or together with this, the raw fuel in the raw fuel tank may be supplied into the premixed fuel tank in the same manner as in the fourth embodiment (FIG. 9). In this way, even when the estimated value of S / C is larger than the first threshold value VH, the reforming reaction can be favorably progressed in the reforming unit.
[0094]
In the first to fourth embodiments (FIGS. 2, 7, and 9), the second estimated value of S / C is equal to or smaller than the first threshold value VH and is larger than the second threshold value VL. In this case, the amount of air supplied to the reforming unit is increased according to the estimated value, but instead of this, or together with this, the raw fuel in the raw fuel tank is premixed according to the estimated value. You may make it supply in a fuel tank. In the second case, the user may be further notified.
[0095]
As described above, the notification to the user may be executed in the first case where the estimated value of S / C is larger than the first threshold value VH, or the estimated value of S / C is the second value. It may be executed in the second case that is larger than the threshold value VL. If notification to the user is executed in the second case, the user can be made aware that the estimated value of S / C has become a relatively large value. That is, the notification to the user may be executed in order to make the user recognize that the estimated value of S / C is out of a predetermined range (for example, about 1.5 to about 2). In this way, the user can be alerted and the user can take some measures as necessary.
[0096]
Further, in the first to fourth embodiments (FIGS. 2, 7, and 9), in the third case where the estimated value of S / C is equal to or less than the second threshold value VL, it is supplied to the reforming unit. The amount of air is maintained at a normal amount. However, instead of this, the amount of air supplied to the reforming unit may be increased according to the estimated value, or the raw fuel in the raw fuel tank may be increased into the premixed fuel tank according to the estimated value. You may make it supply. Alternatively, both the air amount increase process and the raw fuel supply process may be executed according to the estimated value.
[0097]
Further, in the above embodiment, an air amount increasing process, a raw fuel supplying process, a user notifying process, and the like are executed based on the estimated S / C value. Processing may be executed. For example, the reforming unit may include a heating unit. In this case, the control unit may adjust the heating amount by controlling the heating unit based on the estimated value of S / C. Even in this case, the temperature inside the reforming section (more specifically, the temperature of the reforming catalyst) can be suppressed from decreasing, and as a result, the reforming reaction can proceed well. .
[0098]
In general, the control unit may control the operation of the fuel reformer based on the estimated value obtained by the estimation unit.
[0099]
(3) In the above embodiment, the fuel reformer includes the vaporization unit, but the vaporization unit can be omitted. In this case, the reforming unit may include a heating unit for generating the amount of heat necessary for vaporizing the premixed fuel.
[0100]
In the above-described embodiment, the reforming unit advances the combined reforming reaction, which is a combination of the steam reforming reaction using steam and the partial oxidation reforming reaction using oxygen gas. However, instead of this, the raw fuel may be reformed by proceeding only with the steam reforming reaction. In this case, the reforming part should just be provided with the heating part. And a heating part should just generate | occur | produce the calorie | heat amount required for progress of steam reforming reaction (endothermic reaction).
[0101]
In the above embodiment, gasoline is used as the raw fuel, but alcohol, ether, aldehyde, or the like may be used instead. In the above embodiment, since gasoline is used as the raw fuel, an emulsifier is used. However, when the raw fuel and water are easily mixed, the emulsifier is unnecessary.
[0102]
In general, the reforming unit may generate hydrogen gas by reforming a hydrocarbon-based raw fuel. The premixed fuel supply unit may include a premixed fuel tank for storing a premixed fuel in which liquid raw fuel and water are mixed in advance, and supply the premixed fuel to the reforming unit.
[0103]
(4) In the above embodiment, the case where the fuel cell system including the fuel reformer is applied to a moving body (vehicle) has been described. However, the fuel cell system may be applied to a stationary power generation system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to a first embodiment.
FIG. 2 is a flowchart showing the contents of processing using S / C of premixed fuel in the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an outline of a fuel cell system in a modification of the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an outline of a fuel cell system in a second embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an outline of a fuel cell system in a modification of the second embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an outline of a fuel cell system according to a third embodiment.
FIG. 7 is a flowchart showing the contents of processing using S / C of premixed fuel in the third embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an outline of a fuel cell system according to a fourth embodiment.
FIG. 9 is a flowchart showing the contents of processing using S / C of premixed fuel in the fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
100: Fuel cell
200A, A1, B, B1, C, D ... Fuel reformer (fuel gas supply unit)
210, 210D ... Premixed fuel tank
211 ... Agitator
212 ... Pump
214 ... Injection valve
216 ... Raw fuel tank
218 ... Pump
220 ... Blower
230 ... Vaporizer
232 ... heating unit
240 ... reforming section
250 ... Heat exchange section
260 ... shift section
270 ... Hydrogen separator
270f ... hydrogen permeable membrane
272 ... Supply room
274 ... Extraction chamber
280 ... Heat exchange section
290 ... Purification section
300 ... oxidizing gas supply section
310 ... Blower
600A, A1, B, B1, C, D ... control unit
610: Impedance meter
620 ... Hydrometer
630 ... Liquid level gauge
640 ... Timer
650 ... Thermometer
680 ... Thermometer
700 ... notification section

Claims (12)

燃料改質装置であって、
炭化水素系の原燃料を改質して水素ガスを生成するための改質部と
前記改質部に空気を供給するための空気供給部と、
記原燃料と水とが予め混合された予混合燃料を貯蔵するための予混合燃料タンクを含み、前記予混合燃料を前記改質部に供給するための予混合燃料供給部と、
前記予混合燃料タンク内の前記予混合燃料に含まれる前記水の分子数と前記原燃料中の炭素原子数との比の値を推定するための推定部と、
前記推定部で得られた推定値に基づいて、前記燃料改質装置の動作を制御するための制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記推定値に基づいて、前記空気供給部を制御し、前記改質部に供給される空気量を調整させることを特徴とする燃料改質装置。
A fuel reformer,
A reforming section for reforming a hydrocarbon-based raw fuel to generate hydrogen gas ;
An air supply unit for supplying air to the reforming unit;
Before comprise premixed fuel tank for the Kihara fuel and water to store pre-mixed premixed fuel, premixed fuel supply unit for supplying the premixed fuel to the reforming section,
An estimation unit for estimating a value of a ratio between the number of water molecules contained in the premixed fuel in the premixed fuel tank and the number of carbon atoms in the raw fuel;
A control unit for controlling the operation of the fuel reformer, based on the estimated value obtained by the estimation unit;
Bei to give a,
The control unit controls the air supply unit based on the estimated value to adjust the amount of air supplied to the reforming unit.
請求項記載の燃料改質装置であって、
前記制御部は、前記推定値が第1の基準値以下である場合には、前記改質部に供給される空気量を前記推定値に応じて増大させず、前記推定値が前記第1の基準値よりも大きい場合には、前記改質部に供給される空気量を前記推定値に応じて増大させる、燃料改質装置。
The fuel reformer according to claim 1 , wherein
When the estimated value is equal to or less than the first reference value, the control unit does not increase the amount of air supplied to the reforming unit in accordance with the estimated value, and the estimated value is the first value. A fuel reformer that increases the amount of air supplied to the reforming unit according to the estimated value when larger than a reference value.
請求項1または2に記載の燃料改質装置であって、
前記推定部は、
前記予混合燃料タンク内の前記予混合燃料の比重を測定するための比重測定部を備え、
前記推定部は、前記測定された比重を用いて、前記比の値を推定する、燃料改質装置。
The fuel reformer according to claim 1 or 2 ,
The estimation unit includes
A specific gravity measuring unit for measuring the specific gravity of the premixed fuel in the premixed fuel tank;
The estimation unit estimates a value of the ratio using the measured specific gravity.
請求項1または2に記載の燃料改質装置であって、
前記推定部は、
前記予混合燃料タンク内の前記予混合燃料のインピーダンスを測定するためのインピーダンス測定部を備え、
前記推定部は、前記測定されたインピーダンスを用いて、前記比の値を推定する、燃料改質装置。
The fuel reformer according to claim 1 or 2 ,
The estimation unit includes
An impedance measuring unit for measuring the impedance of the premixed fuel in the premixed fuel tank;
The estimation unit is a fuel reformer that estimates the value of the ratio using the measured impedance.
請求項1または2に記載の燃料改質装置であって、
前記推定部は、
前記改質部内部の温度に関係する温度を測定するための温度測定部を備え、
前記推定部は、前記測定された温度を用いて、前記比の値を推定する、燃料改質装置。
The fuel reformer according to claim 1 or 2 ,
The estimation unit includes
A temperature measuring unit for measuring a temperature related to the temperature inside the reforming unit;
The estimation unit is a fuel reformer that estimates the value of the ratio using the measured temperature.
請求項1または2に記載の燃料改質装置であって、
前記推定部は、
前記予混合燃料タンクへの前記予混合燃料の補給量を測定するための補給量測定部と、
前記予混合燃料タンク内に前記予混合燃料が補給されたときからの経過時間を測定するための経過時間測定部と、
を備え、
前記推定部は、前記測定された補給量と前記測定された経過時間とを用いて、前記比の値を推定する、燃料改質装置。
The fuel reformer according to claim 1 or 2 ,
The estimation unit includes
A replenishment amount measuring unit for measuring the replenishment amount of the premixed fuel to the premixed fuel tank;
An elapsed time measuring unit for measuring an elapsed time from when the premixed fuel is replenished in the premixed fuel tank;
With
The estimation unit is a fuel reformer that estimates the value of the ratio using the measured supply amount and the measured elapsed time.
燃料改質装置であって、
炭化水素系の原燃料を改質して水素ガスを生成するための改質部と、
前記原燃料と水とが予め混合された予混合燃料を貯蔵するための予混合燃料タンクを含み、前記予混合燃料を前記改質部に供給するための予混合燃料供給部と、
前記予混合燃料タンク内の前記予混合燃料に含まれる前記水の分子数と前記原燃料中の炭素原子数との比の値を推定するための推定部と、
前記推定部で得られた推定値に基づいて、前記燃料改質装置の動作を制御するための制御部と、
を備え、
前記推定部は、
前記予混合燃料タンクへの前記予混合燃料の補給量を測定するための補給量測定部と、
前記予混合燃料タンク内に前記予混合燃料が補給されたときからの経過時間を測定するための経過時間測定部と、
を備え、
前記推定部は、前記測定された補給量と前記測定された経過時間とを用いて、前記比の値を推定することを特徴とする燃料改質装置。
A fuel reformer,
A reforming section for reforming a hydrocarbon-based raw fuel to generate hydrogen gas;
A premixed fuel tank for storing a premixed fuel in which the raw fuel and water are premixed, and a premixed fuel supply unit for supplying the premixed fuel to the reforming unit;
An estimation unit for estimating a value of a ratio between the number of water molecules contained in the premixed fuel in the premixed fuel tank and the number of carbon atoms in the raw fuel;
A control unit for controlling the operation of the fuel reformer, based on the estimated value obtained by the estimation unit;
Bei to give a,
The estimation unit includes
A replenishment amount measuring unit for measuring the replenishment amount of the premixed fuel to the premixed fuel tank;
An elapsed time measuring unit for measuring an elapsed time from when the premixed fuel is replenished in the premixed fuel tank;
With
The estimation unit estimates the value of the ratio using the measured replenishment amount and the measured elapsed time .
請求項6または7に記載の燃料改質装置であって、
前記推定部は、さらに、
前記予混合燃料タンク内部の温度に関係する第1の温度を測定するための第1の温度測定部を備え、
前記推定部は、さらに、前記測定された第1の温度を用いて、前記比の値を推定する、
燃料改質装置。
The fuel reformer according to claim 6 or 7 , wherein
The estimation unit further includes:
A first temperature measuring unit for measuring a first temperature related to the temperature inside the premixed fuel tank;
The estimation unit further estimates the value of the ratio using the measured first temperature.
Fuel reformer.
請求項6ないし8のいずれかに記載の燃料改質装置であって、
前記推定部は、さらに、
前記改質部内部の温度に関係する第2の温度を測定するための第2の温度測定部を備え、
前記推定部は、さらに、前記測定された第2の温度を用いて、前記比の値を推定する、
燃料改質装置。
The fuel reformer according to any one of claims 6 to 8 ,
The estimation unit further includes:
A second temperature measuring unit for measuring a second temperature related to the temperature inside the reforming unit;
The estimation unit further estimates the value of the ratio using the measured second temperature.
Fuel reformer.
請求項1ないしのいずれかに記載の燃料改質装置であって、
前記予混合燃料供給部は、さらに、
前記原燃料を貯蔵するための原燃料タンクを含み、前記原燃料を前記予混合燃料タンクに供給するための原燃料供給部を備え、
前記制御部は、前記推定値に基づいて、前記原燃料供給部を制御し、前記原燃料を前記予混合燃料タンクへ供給させる、燃料改質装置。
The fuel reformer according to any one of claims 1 to 9 ,
The premixed fuel supply unit further includes:
A raw fuel tank for storing the raw fuel, the raw fuel supply unit for supplying the raw fuel to the premixed fuel tank,
The control unit controls the raw fuel supply unit based on the estimated value, and supplies the raw fuel to the premixed fuel tank.
請求項10記載の燃料改質装置であって、
前記制御部は、前記推定値が第2の基準値以下である場合には、前記原燃料供給部に前記原燃料を前記予混合燃料タンクへ供給させず、前記推定値が前記第2の基準値よりも大きい場合には、前記推定値に応じて前記原燃料供給部に前記原燃料を前記予混合燃料タンクへ供給させる、燃料改質装置。
The fuel reformer according to claim 10 , wherein
When the estimated value is equal to or less than a second reference value, the control unit does not cause the raw fuel supply unit to supply the raw fuel to the premixed fuel tank, and the estimated value is the second reference value. A fuel reformer that causes the raw fuel supply unit to supply the raw fuel to the premixed fuel tank according to the estimated value when the value is larger than the value.
請求項1ないし11のいずれかに記載の燃料改質装置であって、さらに、
ユーザへの通知を実行するための通知部を備え、
前記制御部は、前記推定値が第3の基準値よりも大きい場合には、前記通知部に、前記推定値が所定の範囲から外れていることをユーザへ通知させる、燃料改質装置。
The fuel reformer according to any one of claims 1 to 11 , further comprising:
A notification unit for executing notification to the user;
The control unit causes the notification unit to notify the user that the estimated value is out of a predetermined range when the estimated value is larger than a third reference value.
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