JP4450563B2 - 燃料電池用の改質装置 - Google Patents
燃料電池用の改質装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4450563B2 JP4450563B2 JP2003086162A JP2003086162A JP4450563B2 JP 4450563 B2 JP4450563 B2 JP 4450563B2 JP 2003086162 A JP2003086162 A JP 2003086162A JP 2003086162 A JP2003086162 A JP 2003086162A JP 4450563 B2 JP4450563 B2 JP 4450563B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reforming
- amount
- fuel gas
- combustion air
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改質用バーナによる燃焼熱にて原燃料ガスを改質処理する改質部と、燃料ガスを前記改質用バーナに供給しかつその燃料ガス供給量を調整可能な燃料ガス供給手段と、燃焼用空気を前記改質用バーナに供給しかつその燃焼用空気供給量を調整可能な燃焼用空気供給手段と、前記改質用バーナの燃焼を制御する制御手段とが設けられている燃料電池用の改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような燃料電池用の改質装置は、改質部において、改質用バーナによる燃焼熱にて原燃料ガスを改質反応させて改質処理を行うものであり、制御手段が、改質用バーナへの燃料ガス供給量と燃焼用空気供給量を調整して、改質用バーナの燃焼を制御するようにしている。
【０００３】
上記のような燃料電池用の改質装置において、従来では、燃料ガス供給手段が、外部から供給される燃料ガスよりも燃料電池から排出される排燃料ガスを優先する状態で、改質用バーナに供給するように構成され、制御手段は、改質用バーナへの燃料ガス供給量と燃焼用空気供給量を調整すべく、燃料ガス供給手段と燃焼用空気供給手段としてのファンを制御するようにしている（例えば、特許文献１。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８０２０４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような燃料電池用の改質装置において、改質部にて原燃料ガスを改質処理するためには、改質部における改質処理温度を目標温度に調整する必要があるので、従来では、改質部における改質処理温度が目標温度になるように、燃料ガス供給手段と燃焼用空気供給手段を制御している。
例えば、制御手段が、改質部における改質処理温度が目標温度になるように、改質用バーナへの目標燃料ガス供給量を求めて、その求めた目標燃料ガス供給量と目標燃料ガス供給量が大きくなるほど大きくなる目標燃焼用空気供給量になるように、燃料ガス供給手段と燃焼用空気供給手段を制御する温度制御処理を実行するようにしている。
【０００６】
しかしながら、上記従来の燃料電池用の改質装置では、制御手段が、単に、温度制御処理を実行しているだけであるので、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量にすることができない虞があった。
説明を加えると、燃焼用空気供給手段としてのファンの劣化や、改質用バーナに燃焼用空気を供給する経路中に詰まりが生じると、改質用バーナへの燃焼用空気供給量が小さくなるので、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなることになる。
そして、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなると、空気不足となって、改質用バーナが不完全燃焼となる。
【０００７】
また、上記のような燃料電池用の改質装置では、改質用バーナにおける空気比を大きくすると、排気損失が大きくなり、改質装置における燃焼効率が低下して、燃料電池の発電効率が低下することになるので、改質用バーナにおける空気比を極力小さくすることが望まれる。
しかしながら、改質用バーナにおける空気比を小さくすると、燃焼用空気供給手段としてのファンの劣化や、改質用バーナに燃焼用空気を供給する経路中に詰まりによって、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなる可能性が高くなるので、この点からも、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量にすることが求められる。
【０００８】
そこで、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量とするために、改質用バーナの燃焼排ガス中の未燃焼成分や残存酸素濃度を検出するセンサを設けて、制御手段が、温度制御処理において、センサの情報に基づいて、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっているか否かを判別して、適正量となっていなければ、センサの情報に基づいて、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となるように、燃焼用空気供給手段を制御することが考えられる。
【０００９】
しかしながら、この場合には、あらたに、改質用バーナの燃焼排ガス中の未燃焼成分や残存酸素濃度を検出するセンサを設けることになるので、それだけコストアップを招くことになる。
【００１０】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、コストアップを招くことなく、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量にすることができる燃料電池用の改質装置を提供する点にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の発明によれば、改質用バーナによる燃焼熱にて原燃料ガスを改質処理する改質部と、燃料ガスを前記改質用バーナに供給しかつその燃料ガス供給量を調整可能な燃料ガス供給手段と、燃焼用空気を前記改質用バーナに供給しかつその燃焼用空気供給量を調整可能な燃焼用空気供給手段と、前記改質用バーナの燃焼を制御する制御手段とが設けられている燃料電池用の改質装置において、
前記改質部の改質処理温度を検出する温度センサが設けられ、
前記制御手段が、
前記温度センサの検出情報による前記改質部における改質処理温度が目標温度になるように、前記改質用バーナへの目標燃料ガス供給量を求めて、その求めた目標燃料ガス供給量と目標燃料ガス供給量が大きくなるほど大きくなる目標燃焼用空気供給量になるように、前記燃料ガス供給手段と前記燃焼用空気供給手段を制御する目標温度調整動作を実行し、且つ、前記温度センサの検出情報による前記改質部における改質処理温度が目標温度よりも低いときに実行する前記目標温度調整動作において、前記改質部における改質処理温度が目標温度になるように前記燃料ガス供給量の増加分を求めて、その求めた増加分を現在の燃料ガス供給量に足し合わせて前記目標燃料ガス供給量とし、かつ、その目標燃料ガス供給量に対して空気比が設定空気比になるように前記燃焼用空気供給量の増加分を求めて、その求めた増加分を現在の燃焼用空気供給量に足し合わせて前記目標燃焼用空気供給量とするように構成され、且つ、
前記改質部における改質処理温度が目標温度よりも低いときに前記目標温度調整動作を実行した状態において、前記改質処理温度が、前記目標温度調整動作にて求めた前記目標燃料ガス供給量の増加分と前記目標燃焼用空気供給量の増加分に応じて設定された増加用の設定温度を上昇すると、前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量になっていると判別し、かつ、前記改質処理温度が増加用の設定温度を上昇しなければ、前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなっていると判別して、前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなっていると判別した場合には、前記改質処理温度が増加用の設定温度を上昇するまで前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量を設定量増加させることを繰り返し行う形態で前記燃焼用空気供給手段を制御する温度制御処理を実行し、その温度制御処理を実行した後に、前記目標温度調整動作を実行するように構成されている。
【００１２】
すなわち、制御手段が、温度制御処理を実行することにより、改質部における改質処理温度を目標温度にすることができるので、改質部にて原燃料ガスを改質処理することができることになる。
そして、制御手段は、温度制御処理において、改質部における改質処理温度に基づいて、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっているか否かを判別して、適正量となっていれば、その状態を維持するように燃焼用空気供給手段を制御し、適正量となっていなければ、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となるように、燃焼用空気供給手段を制御することになる。
【００１３】
したがって、例えば、燃焼用空気供給手段としてのファンの劣化や、改質用バーナに燃焼用空気を供給する経路中に詰まりが生じることにより、改質用バーナへの燃焼用空気供給量が小さくなって、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなっていても、制御手段は、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となるように、燃焼用空気供給手段を制御することになり、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量とすることができることになる。
【００１４】
また、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっている場合と、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっていない場合とでは、温度制御処理において、改質部における改質処理温度の変化に差が生じることになる。
したがって、制御手段は、改質部における改質処理温度に基づいて、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっているか否かを判別することができることになる。
【００１６】
そして、温度制御処理を行うために、改質部における改質処理温度を検出する温度センサが設けられることになるので、その温度センサを、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量とするためにも、活用できることとなり、改質部における改質処理温度を検出する温度センサの兼用化を図ることができることになる。
【００１７】
以上のことから、請求項１に記載の発明によれば、温度制御処理を行うために設けられる温度センサの兼用化を図りながら、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量とすることができることとなって、コストアップを招くことなく、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量にすることができる燃料電池用の改質装置を提供できるに至った。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、改質用バーナによる燃焼熱にて原燃料ガスを改質処理する改質部と、燃料ガスを前記改質用バーナに供給しかつその燃料ガス供給量を調整可能な燃料ガス供給手段と、燃焼用空気を前記改質用バーナに供給しかつその燃焼用空気供給量を調整可能な燃焼用空気供給手段と、前記改質用バーナの燃焼を制御する制御手段とが設けられている燃料電池用の改質装置において、
前記改質部の改質処理温度を検出する温度センサが設けられ、
前記制御手段が、
前記温度センサの検出情報による前記改質部における改質処理温度が目標温度になるように、前記改質用バーナへの目標燃料ガス供給量を求めて、その求めた目標燃料ガス供給量と目標燃料ガス供給量が大きくなるほど大きくなる目標燃焼用空気供給量になるように、前記燃料ガス供給手段と前記燃焼用空気供給手段を制御する目標温度調整動作を実行し、且つ、前記温度センサの検出情報による前記改質部における改質処理温度が目標温度よりも高いときに実行する前記目標温度調整動作において、前記改質部における改質処理温度が目標温度になるように前記燃料ガス供給量の減少分を求めて、その求めた減少分を現在の燃料ガス供給量から減算して前記目標燃料ガス供給量とし、かつ、その目標燃料ガス供給量に対して空気比が設定空気比になるように前記燃焼用空気供給量の減少分を求めて、その求めた減少分を現在の燃焼用空気供給量から減算して前記目標燃焼用空気供給量とするように構成され、且つ、
前記改質部における改質処理温度が目標温度よりも高いときに前記目標温度調整動作を実行し、その後、前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量を設定量増加させるように前記燃焼用空気供給手段を制御したのちに、前記目標温度調整動作の実行により調整された燃焼用空気供給量が適正量であれば燃焼用空気供給量を前記設定量増加させても前記改質処理温度が上昇しない温度でかつ前記目標温度調整動作の実行により調整された燃焼用空気量が適正量よりも小であれば燃焼用空気供給量を前記設定量増加させると前記改質処理温度が上昇する温度として設定された減少用の設定温度を、前記改質処理温度が上昇しなければ、前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量になっていると判別し、かつ、前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量を設定量増加させるように前記燃焼用空気供給手段を制御したのちに前記改質処理温度が前記減少用の設定温度を上昇すると、前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなっていると判別して、
前記燃焼用空気供給量が適正量になっていると判別した場合には、前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量を前記設定量だけ減少させるように前記燃焼用空気供給手段を制御し、かつ、前記燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなっていると判別した場合には、前記改質処理温度が前記減少用の設定温度上昇しなくなるまで前記燃焼用空気供給量を設定量増加させることを繰り返し行い、前記改質処理温度が前記減少用の設定温度上昇しなくなると前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量を前記設定量だけ減少させるように、前記燃焼用空気供給手段を制御する温度制御処理を実行し、その温度制御処理を実行した後に、前記目標温度調整動作を実行するように構成されている。
【００１９】
すなわち、制御手段が、温度制御処理を実行することにより、改質部における改質処理温度を目標温度にすることができるので、改質部にて原燃料ガスを改質処理することができることになる。
そして、制御手段は、温度制御処理において、改質部における改質処理温度に基づいて、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっているか否かを判別して、適正量となっていれば、その状態を維持するように燃焼用空気供給手段を制御し、適正量となっていなければ、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となるように、燃焼用空気供給手段を制御することになる。
したがって、例えば、燃焼用空気供給手段としてのファンの劣化や、改質用バーナに燃焼用空気を供給する経路中に詰まりが生じることにより、改質用バーナへの燃焼用空気供給量が小さくなって、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなっていても、制御手段は、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となるように、燃焼用空気供給手段を制御することになり、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量とすることができることになる。
また、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっている場合と、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっていない場合とでは、温度制御処理において、改質部における改質処理温度の変化に差が生じることになる。
したがって、制御手段は、改質部における改質処理温度に基づいて、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっているか否かを判別することができることになる。
そして、温度制御処理を行うために、改質部における改質処理温度を検出する温度センサが設けられることになるので、その温度センサを、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量とするためにも、活用できることとなり、改質部における改質処理温度を検出する温度センサの兼用化を図ることができることになる。
以上のことから、請求項２に記載の発明によれば、温度制御処理を行うために設けられる温度センサの兼用化を図りながら、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量とすることができることとなって、コストアップを招くことなく、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量にすることができる燃料電池用の改質装置を提供できるに至った。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、前記燃料ガス供給手段が、燃料電池から排出される排燃料ガスの全量を前記改質用バーナに供給し且つ外部からの燃料ガスの前記改質用バーナへの供給量を変更調整することにより、燃料電池から排出される排燃料ガスを優先する状態で排燃料ガスと外部からの燃料ガスとを前記改質用バーナに供給するように構成されている。
【００２１】
すなわち、燃料ガス供給手段は、燃料電池から排出される排燃料ガスの全量を改質用バーナに供給したときに改質用バーナへの燃料ガス供給量が目標燃料ガス供給量に足りなければ、燃料電池から排出される排燃料ガスに加えて、外部からの燃料ガスも改質用バーナに供給することになる。
したがって、改質用バーナに供給する燃料ガスとして、燃料電池から排出される排燃料ガスを活用することができるので、省エネルギー化を実現することができることになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる燃料電池用の改質装置を燃料電池システムに適応した例を図面に基づいて説明する。
この燃料電池システムは、図１に示すように、燃料電池１、燃料電池１に供給する水素含有ガスとしての燃料ガスを生成するガス生成部２、燃料電池１に酸素含有ガスとしての空気を供給するブロア３、燃料電池１から出力される直流電力を交流電力に変換して電力消費機器に供給するインバータ４、燃料電池１の運転を制御する制御手段としての運転制御部５などから構成されている。
【００２３】
前記燃料電池１は、例えば、高分子型の燃料電池を備え、ガス生成部２にて生成されて燃料ガス供給路６を通して供給される燃料ガス中の水素と、ブロア３から空気供給路７を通して供給される空気中の酸素とを電気化学反応させて発電するように構成されている。
【００２４】
前記ガス生成部２は、供給される都市ガスなどの炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫部８、供給される改質水にて水蒸気を生成する水蒸気生成部９、水蒸気生成部９にて生成された水蒸気を脱硫部８から排出される脱硫原燃料ガスに混合させて改質反応させて水素ガスと一酸化炭素ガスを含有する改質ガスに改質処理する改質部１０、その改質部１０から排出される改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気にて二酸化炭素に変成処理する変成部１１、その変成部１１から排出される変成ガス中に残留している一酸化炭素を除去するＣＯ除去部１２を備えて構成されている。
【００２５】
そして、改質部１０における改質反応は吸熱反応であるので、改質部１０を加熱する改質用バーナ１３ａを備えた改質処理用加熱部１３が設けられ、改質部１０は、改質用バーナ１３ａの燃焼熱により改質反応させるように構成されている。
また、改質部１０には、改質処理温度を検出する温度センサ１４が設けられている。
ちなみに、改質用バーナ１３ａにおける燃焼排ガスは、水蒸気生成部９において、水蒸気を生成するための熱源として使用するように構成されている。
【００２６】
前記改質用バーナ１３ａに燃料ガスを供給しかつその燃料ガス供給量を調整可能な燃料ガス供給手段Ｎと、改質用バーナ１３ａに燃焼用空気を供給しかつその燃焼用空気供給量を調整可能な燃焼用空気供給手段Ｍとが設けられている。
前記燃料ガス供給手段Ｎは、燃料電池１からの排燃料ガスを供給する排燃料ガス供給路１５と、外部から燃料ガスを外部用燃料ガス供給路１６を通して燃料ガス供給路１５に供給する外部用燃料ガス供給弁１７とから構成されている。
【００２７】
そして、燃料ガス供給手段Ｎは、燃料電池１から排出される排燃料ガスを優先する状態でその排燃料ガスと外部からの燃料ガスとを改質用バーナ１３ａに供給するように構成されている。
すなわち、燃料ガス供給手段Ｎは、燃料電池１から排出される排燃料ガスの全量を改質用バーナ１３ａに供給しても、改質用バーナ１３ａに供給すべき燃料ガス供給量に足りないときには、燃料電池１から排出される排燃料ガスに加えて、外部からも燃料ガスを供給するように構成されている。
また、燃焼用空気供給手段Ｍは、空気供給路７から分岐された燃焼用空気供給路１８を通して燃焼用空気を供給するブロア３から構成されている。
【００２８】
前記脱硫部８に原燃料ガスを供給する燃料ガス供給路６の流路中には、燃料電池１への燃料ガス供給量を調整する燃料ガス供給量調整弁１９が設けられている。
そして、運転制御部５が、燃料ガス供給量調整弁１９の開度とブロア３の作動状態を制御することにより、燃料電池１に供給する燃料ガスの供給量および空気の供給量を調整して、燃料電池１からの発電出力を調整するように構成されている。
【００２９】
また、運転制御部５が、燃料ガス供給手段Ｎと燃焼用空気供給手段Ｍを制御することにより、改質用バーナ１３ａの燃焼を制御するように構成されているので、その構成について、以下、説明を加える。
前記運転制御部５は、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が目標温度になるように、改質用バーナ１３ａへの目標燃料ガス供給量を求めて、その求めた目標燃料ガス供給量と目標燃料ガス供給量が大きくなるほど大きくなる目標燃焼用空気供給量になるように、燃料ガス供給手段Ｎと燃焼用空気供給手段Ｍを制御する温度制御処理を実行するように構成されている。
【００３０】
前記温度制御処理について説明を加えると、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が目標温度よりも低い場合には、運転制御部５が、改質部１０における改質処理温度が目標温度になるように、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量の増加分を求めて、その求めた増加分を現在の燃料ガス供給量に足し合わせて目標燃料ガス供給量を求めるようにしている。
そして、運転制御部５は、目標燃料ガス供給量を求めると、改質用バーナ１３ａにおける空気比が設定空気比（例えば、１．２）になるように、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量の増加分を求めて、その求めた増加分を現在の燃焼用空気供給量に足し合わせて目標燃焼用空気供給量を求めるようにしている。
【００３１】
また、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が目標温度よりも高い場合には、運転制御部５が、改質部１０における改質処理温度が目標温度になるように、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量の減少分を求めて、その求めた減少分を現在の燃料ガス供給量から減算して目標燃料ガス供給量を求めるようにしている。
そして、運転制御部５は、目標燃料ガス供給量を求めると、改質用バーナ１３ａにおける空気比が設定空気比（例えば、１．２）になるように、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量の減少分を求めて、その求めた減少分を現在の燃焼用空気供給量から減算して目標燃焼用空気供給量を求めるようにしている。
【００３２】
このようにして、運転制御部５は、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量を求めて、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量が目標燃料ガス供給量となるように燃料ガス供給手段ＮをＰＩＤ制御するとともに、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量が目標燃焼用空気供給量になるように燃焼用空気供給手段ＭをＰＩＤ制御するようにしている。
【００３３】
そして、運転制御部５は、燃料電池１から排出される排燃料ガスの全量を改質用バーナ１３ａに供給しても、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量が目標燃料ガス供給量に足りなければ、燃料電池１から排出される排燃料ガスに加えて、外部からの燃料ガスも改質用バーナ１３ａに供給するように、外部用燃料ガス供給弁１７を開弁させるように構成されている。
また、運転制御部５は、燃料電池１から排出される排燃料ガスのみを改質用バーナ１３ａに供給している状態において、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が目標温度よりも高い場合には、改質部１０における改質処理温度が目標温度になるように、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量の増加分を求めて、その求めた増加分を現在の燃焼用空気供給量に足し合わせて目標燃焼用空気供給量を求めるようにしている。
【００３４】
前記運転制御部５は、温度制御処理において、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度に基づいて、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量となっているか否かを判別して、適正量となっていなければ、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量となるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成されている。
すなわち、運転制御部５は、温度制御処理において、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度に基づいて、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となっているか否かを判別して、最小限界量となるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成されている。
ちなみに、最小限界量は、改質用バーナ１３ａにおける空気比が設定空気比（例えば、１．２）になるように定められている。
【００３５】
以下、温度制御処理において、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御する構成について説明を加えるが、改質処理温度が目標温度よりも低い場合と、改質処理温度が目標温度よりも高い場合とでは、多少異なるので、夫々に分けて説明を加える。
【００３６】
まず、改質処理温度が目標温度よりも低い場合について説明を加えると、運転制御部５は、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量になるよう、燃料ガス供給手段Ｎと燃焼用空気供給手段Ｍを制御した状態において、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度に基づいて、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量になっているか否かを判別するように構成されている。
【００３７】
そして、運転制御部５は、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が増加用の最小限界判別用設定温度だけ上昇すると、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量になっていると判別するようにしている。
また、運転制御部５は、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が増加用の最小限界判別用設定温度上昇しなければ、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量よりも小さくなっていると判別するようにしている。
【００３８】
ちなみに、増加用の最小限界判別用設定温度は、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量と燃焼用空気供給量との増加分に応じて設定され、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量と燃焼用空気供給量とを増加させたときに、その増加分に対応して上昇する温度と設定されている。
したがって、燃料ガス供給量に対して燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となっている場合には、改質処理温度が増加用の最小限界判別用設定温度だけ上昇することになり、逆に、燃料ガス供給量に対して燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量よりも小さくなっている場合には、改質処理温度が増加用の最小限界判別用設定温度も上昇しないことになる。
【００３９】
そして、運転制御部５は、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量よりも小さくなっていると判別すると、最小限界量となるように、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の５％）だけ増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成されている。
【００４０】
次に、改質処理温度が目標温度よりも高い場合について説明を加えると、運転制御部５は、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量になるように、燃料ガス供給手段Ｎと燃焼用空気供給手段Ｍを制御した状態において、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御したのち、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度に基づいて、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となっているか否かを判別するように構成されている。
【００４１】
そして、運転制御部５は、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が減少用の最小限界判別用設定温度上昇しなければ、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となっていると判別するようにしている。
また、運転制御部５は、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が減少用の最小限界判別用設定温度だけ上昇すると、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量よりも小さくなっていると判別するようにしている。
【００４２】
ちなみに、燃料ガス供給量に対して燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となっている場合には、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ増加させることにより、燃料ガス供給量に対して燃焼用空気供給量が最小限界量よりも大きくなるので、改質処理温度が減少用の最小限界判別用設定温度上昇しないことになる。
それに対して、燃料ガス供給量に対して燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量よりも小さくなっている場合には、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ増加させることにより、改質処理温度が減少用の最小限界判別用設定温度上昇することになる。
【００４３】
そして、運転制御部５は、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となっていると判別すると、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ減少させて、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を元に戻すように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成されている。
また、運転制御部５は、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量よりも小さくなっていると判別すると、最小限界量になるように、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成されている。
【００４４】
前記温度制御処理における運転制御部５の制御動作について、図２に示すフローチャートに基づいて説明を加える。
まず、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１が目標温度の最小温度Ｔｍｉｎよりも低いと、改質処理温度が目標温度になるように、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量とを求めて、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量になるように、燃料ガス供給手段Ｎと燃焼用空気供給手段Ｍを制御する目標温度調整動作を行う（ステップ１，２）。
【００４５】
そして、目標温度調整動作を行った状態において、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１を監視する。
前記温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１が増加用の最小限界判別用設定温度Δｔ１だけ上昇すると、リターンする（ステップ３）。
前記温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１が増加用の最小限界判別用設定温度Δｔ１だけ上昇していなければ、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の５％）だけ増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御する（ステップ３，４）。
【００４６】
また、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１が目標温度の最大温度Ｔｍａｘよりも高いと、改質処理温度が目標温度になるように、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量とを求めて、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量になるように、燃料ガス供給手段Ｎと燃焼用空気供給手段Ｍを制御する目標温度調整動作を行う（ステップ５，６）。
【００４７】
そして、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御した状態において、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１を監視する（ステップ７）。
前記温度センサ１４による改質処理温度が減少用の最小限界判別用設定温度Δｔ２上昇しなければ、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ減少させて、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を元に戻すように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御する（ステップ８，９）。
前記温度センサ１４による改質処理温度が減少用の最小限界判別用設定温度Δｔ２上昇すると、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量をさらに設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御する（ステップ７，８）。
【００４８】
そして、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１が目標温度の最大温度Ｔｍａｘよりも低くなっていると、リターンする（ステップ１０）。
また、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１が目標温度の最大温度Ｔｍａｘよりも高くなっていると、燃料電池１から排出される排燃料ガスのみを改質用バーナ１３ａに供給している状態であるか否かを判別する（ステップ１０，１１）。
【００４９】
燃料電池１から排出される排燃料ガスのみを改質用バーナ１３ａに供給している状態であると、改質部１０における改質処理温度が目標温度になるように、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量の増加分を求めて、その増加分だけ改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御する（ステップ１１，１２）。
【００５０】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、最小限界量が、改質用バーナ１３ａにおける空気比を設定空気比（例えば、１．２）となるように定められ、運転制御部５が、温度制御処理において、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して適正量の最小限界量となっているか否かを判別して、最小限界量となるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成しているが、改質用バーナ１３ａにおける空気比は、適宜変更が可能であり、運転制御部５を、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して適正量となっているか否かを判別して、適正量となるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成して実施することも可能である。
【００５１】
（２）上記実施形態では、燃料ガス供給手段Ｎが、燃料電池１から排出される排燃料ガスを優先する状態で排燃料ガスと外部からの燃料ガスとを改質用バーナ１３ａに供給するように構成されているが、燃料ガス供給手段Ｎを、外部からの燃料ガスを改質用バーナ１３ａに供給するように構成して実施することも可能である。
【００５３】
（３）上記実施形態では、運転制御部５が、温度制御処理において、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量を求めて、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量が目標燃料ガス供給量となるように燃料ガス供給手段ＮをＰＩＤ制御するとともに、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量が目標燃焼用空気供給量になるように燃焼用空気供給手段ＭをＰＩＤ制御するようにしているが、ＰＩＤ制御に限らず、その他各種の制御を適応することが可能である。
【００５４】
（４）上記実施形態では、燃料電池１が、高分子型である例を示したが、リン酸型のものなど各種の燃料電池を適応することが可能である。
【００５５】
（５）上記実施形態では、本発明にかかる燃料電池用の改質装置を適応した燃料電池システムの一例を示したが、各種の燃料電池システムに適応可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池システムの概略構成図
【図２】運転制御部の制御動作を示すフローチャート
【符号の説明】
１ 燃料電池
５ 制御手段
１０ 改質部
１３ａ 改質用バーナ
Ｍ 燃焼用空気供給手段
Ｎ 燃料ガス供給手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、改質用バーナによる燃焼熱にて原燃料ガスを改質処理する改質部と、燃料ガスを前記改質用バーナに供給しかつその燃料ガス供給量を調整可能な燃料ガス供給手段と、燃焼用空気を前記改質用バーナに供給しかつその燃焼用空気供給量を調整可能な燃焼用空気供給手段と、前記改質用バーナの燃焼を制御する制御手段とが設けられている燃料電池用の改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような燃料電池用の改質装置は、改質部において、改質用バーナによる燃焼熱にて原燃料ガスを改質反応させて改質処理を行うものであり、制御手段が、改質用バーナへの燃料ガス供給量と燃焼用空気供給量を調整して、改質用バーナの燃焼を制御するようにしている。
【０００３】
上記のような燃料電池用の改質装置において、従来では、燃料ガス供給手段が、外部から供給される燃料ガスよりも燃料電池から排出される排燃料ガスを優先する状態で、改質用バーナに供給するように構成され、制御手段は、改質用バーナへの燃料ガス供給量と燃焼用空気供給量を調整すべく、燃料ガス供給手段と燃焼用空気供給手段としてのファンを制御するようにしている（例えば、特許文献１。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８０２０４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような燃料電池用の改質装置において、改質部にて原燃料ガスを改質処理するためには、改質部における改質処理温度を目標温度に調整する必要があるので、従来では、改質部における改質処理温度が目標温度になるように、燃料ガス供給手段と燃焼用空気供給手段を制御している。
例えば、制御手段が、改質部における改質処理温度が目標温度になるように、改質用バーナへの目標燃料ガス供給量を求めて、その求めた目標燃料ガス供給量と目標燃料ガス供給量が大きくなるほど大きくなる目標燃焼用空気供給量になるように、燃料ガス供給手段と燃焼用空気供給手段を制御する温度制御処理を実行するようにしている。
【０００６】
しかしながら、上記従来の燃料電池用の改質装置では、制御手段が、単に、温度制御処理を実行しているだけであるので、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量にすることができない虞があった。
説明を加えると、燃焼用空気供給手段としてのファンの劣化や、改質用バーナに燃焼用空気を供給する経路中に詰まりが生じると、改質用バーナへの燃焼用空気供給量が小さくなるので、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなることになる。
そして、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなると、空気不足となって、改質用バーナが不完全燃焼となる。
【０００７】
また、上記のような燃料電池用の改質装置では、改質用バーナにおける空気比を大きくすると、排気損失が大きくなり、改質装置における燃焼効率が低下して、燃料電池の発電効率が低下することになるので、改質用バーナにおける空気比を極力小さくすることが望まれる。
しかしながら、改質用バーナにおける空気比を小さくすると、燃焼用空気供給手段としてのファンの劣化や、改質用バーナに燃焼用空気を供給する経路中に詰まりによって、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなる可能性が高くなるので、この点からも、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量にすることが求められる。
【０００８】
そこで、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量とするために、改質用バーナの燃焼排ガス中の未燃焼成分や残存酸素濃度を検出するセンサを設けて、制御手段が、温度制御処理において、センサの情報に基づいて、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっているか否かを判別して、適正量となっていなければ、センサの情報に基づいて、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となるように、燃焼用空気供給手段を制御することが考えられる。
【０００９】
しかしながら、この場合には、あらたに、改質用バーナの燃焼排ガス中の未燃焼成分や残存酸素濃度を検出するセンサを設けることになるので、それだけコストアップを招くことになる。
【００１０】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、コストアップを招くことなく、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量にすることができる燃料電池用の改質装置を提供する点にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の発明によれば、改質用バーナによる燃焼熱にて原燃料ガスを改質処理する改質部と、燃料ガスを前記改質用バーナに供給しかつその燃料ガス供給量を調整可能な燃料ガス供給手段と、燃焼用空気を前記改質用バーナに供給しかつその燃焼用空気供給量を調整可能な燃焼用空気供給手段と、前記改質用バーナの燃焼を制御する制御手段とが設けられている燃料電池用の改質装置において、
前記改質部の改質処理温度を検出する温度センサが設けられ、
前記制御手段が、
前記温度センサの検出情報による前記改質部における改質処理温度が目標温度になるように、前記改質用バーナへの目標燃料ガス供給量を求めて、その求めた目標燃料ガス供給量と目標燃料ガス供給量が大きくなるほど大きくなる目標燃焼用空気供給量になるように、前記燃料ガス供給手段と前記燃焼用空気供給手段を制御する目標温度調整動作を実行し、且つ、前記温度センサの検出情報による前記改質部における改質処理温度が目標温度よりも低いときに実行する前記目標温度調整動作において、前記改質部における改質処理温度が目標温度になるように前記燃料ガス供給量の増加分を求めて、その求めた増加分を現在の燃料ガス供給量に足し合わせて前記目標燃料ガス供給量とし、かつ、その目標燃料ガス供給量に対して空気比が設定空気比になるように前記燃焼用空気供給量の増加分を求めて、その求めた増加分を現在の燃焼用空気供給量に足し合わせて前記目標燃焼用空気供給量とするように構成され、且つ、
前記改質部における改質処理温度が目標温度よりも低いときに前記目標温度調整動作を実行した状態において、前記改質処理温度が、前記目標温度調整動作にて求めた前記目標燃料ガス供給量の増加分と前記目標燃焼用空気供給量の増加分に応じて設定された増加用の設定温度を上昇すると、前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量になっていると判別し、かつ、前記改質処理温度が増加用の設定温度を上昇しなければ、前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなっていると判別して、前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなっていると判別した場合には、前記改質処理温度が増加用の設定温度を上昇するまで前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量を設定量増加させることを繰り返し行う形態で前記燃焼用空気供給手段を制御する温度制御処理を実行し、その温度制御処理を実行した後に、前記目標温度調整動作を実行するように構成されている。
【００１２】
すなわち、制御手段が、温度制御処理を実行することにより、改質部における改質処理温度を目標温度にすることができるので、改質部にて原燃料ガスを改質処理することができることになる。
そして、制御手段は、温度制御処理において、改質部における改質処理温度に基づいて、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっているか否かを判別して、適正量となっていれば、その状態を維持するように燃焼用空気供給手段を制御し、適正量となっていなければ、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となるように、燃焼用空気供給手段を制御することになる。
【００１３】
したがって、例えば、燃焼用空気供給手段としてのファンの劣化や、改質用バーナに燃焼用空気を供給する経路中に詰まりが生じることにより、改質用バーナへの燃焼用空気供給量が小さくなって、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなっていても、制御手段は、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となるように、燃焼用空気供給手段を制御することになり、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量とすることができることになる。
【００１４】
また、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっている場合と、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっていない場合とでは、温度制御処理において、改質部における改質処理温度の変化に差が生じることになる。
したがって、制御手段は、改質部における改質処理温度に基づいて、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっているか否かを判別することができることになる。
【００１６】
そして、温度制御処理を行うために、改質部における改質処理温度を検出する温度センサが設けられることになるので、その温度センサを、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量とするためにも、活用できることとなり、改質部における改質処理温度を検出する温度センサの兼用化を図ることができることになる。
【００１７】
以上のことから、請求項１に記載の発明によれば、温度制御処理を行うために設けられる温度センサの兼用化を図りながら、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量とすることができることとなって、コストアップを招くことなく、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量にすることができる燃料電池用の改質装置を提供できるに至った。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、改質用バーナによる燃焼熱にて原燃料ガスを改質処理する改質部と、燃料ガスを前記改質用バーナに供給しかつその燃料ガス供給量を調整可能な燃料ガス供給手段と、燃焼用空気を前記改質用バーナに供給しかつその燃焼用空気供給量を調整可能な燃焼用空気供給手段と、前記改質用バーナの燃焼を制御する制御手段とが設けられている燃料電池用の改質装置において、
前記改質部の改質処理温度を検出する温度センサが設けられ、
前記制御手段が、
前記温度センサの検出情報による前記改質部における改質処理温度が目標温度になるように、前記改質用バーナへの目標燃料ガス供給量を求めて、その求めた目標燃料ガス供給量と目標燃料ガス供給量が大きくなるほど大きくなる目標燃焼用空気供給量になるように、前記燃料ガス供給手段と前記燃焼用空気供給手段を制御する目標温度調整動作を実行し、且つ、前記温度センサの検出情報による前記改質部における改質処理温度が目標温度よりも高いときに実行する前記目標温度調整動作において、前記改質部における改質処理温度が目標温度になるように前記燃料ガス供給量の減少分を求めて、その求めた減少分を現在の燃料ガス供給量から減算して前記目標燃料ガス供給量とし、かつ、その目標燃料ガス供給量に対して空気比が設定空気比になるように前記燃焼用空気供給量の減少分を求めて、その求めた減少分を現在の燃焼用空気供給量から減算して前記目標燃焼用空気供給量とするように構成され、且つ、
前記改質部における改質処理温度が目標温度よりも高いときに前記目標温度調整動作を実行し、その後、前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量を設定量増加させるように前記燃焼用空気供給手段を制御したのちに、前記目標温度調整動作の実行により調整された燃焼用空気供給量が適正量であれば燃焼用空気供給量を前記設定量増加させても前記改質処理温度が上昇しない温度でかつ前記目標温度調整動作の実行により調整された燃焼用空気量が適正量よりも小であれば燃焼用空気供給量を前記設定量増加させると前記改質処理温度が上昇する温度として設定された減少用の設定温度を、前記改質処理温度が上昇しなければ、前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量になっていると判別し、かつ、前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量を設定量増加させるように前記燃焼用空気供給手段を制御したのちに前記改質処理温度が前記減少用の設定温度を上昇すると、前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなっていると判別して、
前記燃焼用空気供給量が適正量になっていると判別した場合には、前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量を前記設定量だけ減少させるように前記燃焼用空気供給手段を制御し、かつ、前記燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなっていると判別した場合には、前記改質処理温度が前記減少用の設定温度上昇しなくなるまで前記燃焼用空気供給量を設定量増加させることを繰り返し行い、前記改質処理温度が前記減少用の設定温度上昇しなくなると前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量を前記設定量だけ減少させるように、前記燃焼用空気供給手段を制御する温度制御処理を実行し、その温度制御処理を実行した後に、前記目標温度調整動作を実行するように構成されている。
【００１９】
すなわち、制御手段が、温度制御処理を実行することにより、改質部における改質処理温度を目標温度にすることができるので、改質部にて原燃料ガスを改質処理することができることになる。
そして、制御手段は、温度制御処理において、改質部における改質処理温度に基づいて、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっているか否かを判別して、適正量となっていれば、その状態を維持するように燃焼用空気供給手段を制御し、適正量となっていなければ、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となるように、燃焼用空気供給手段を制御することになる。
したがって、例えば、燃焼用空気供給手段としてのファンの劣化や、改質用バーナに燃焼用空気を供給する経路中に詰まりが生じることにより、改質用バーナへの燃焼用空気供給量が小さくなって、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなっていても、制御手段は、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となるように、燃焼用空気供給手段を制御することになり、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量とすることができることになる。
また、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっている場合と、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっていない場合とでは、温度制御処理において、改質部における改質処理温度の変化に差が生じることになる。
したがって、制御手段は、改質部における改質処理温度に基づいて、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっているか否かを判別することができることになる。
そして、温度制御処理を行うために、改質部における改質処理温度を検出する温度センサが設けられることになるので、その温度センサを、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量とするためにも、活用できることとなり、改質部における改質処理温度を検出する温度センサの兼用化を図ることができることになる。
以上のことから、請求項２に記載の発明によれば、温度制御処理を行うために設けられる温度センサの兼用化を図りながら、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量とすることができることとなって、コストアップを招くことなく、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量にすることができる燃料電池用の改質装置を提供できるに至った。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、前記燃料ガス供給手段が、燃料電池から排出される排燃料ガスの全量を前記改質用バーナに供給し且つ外部からの燃料ガスの前記改質用バーナへの供給量を変更調整することにより、燃料電池から排出される排燃料ガスを優先する状態で排燃料ガスと外部からの燃料ガスとを前記改質用バーナに供給するように構成されている。
【００２１】
すなわち、燃料ガス供給手段は、燃料電池から排出される排燃料ガスの全量を改質用バーナに供給したときに改質用バーナへの燃料ガス供給量が目標燃料ガス供給量に足りなければ、燃料電池から排出される排燃料ガスに加えて、外部からの燃料ガスも改質用バーナに供給することになる。
したがって、改質用バーナに供給する燃料ガスとして、燃料電池から排出される排燃料ガスを活用することができるので、省エネルギー化を実現することができることになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる燃料電池用の改質装置を燃料電池システムに適応した例を図面に基づいて説明する。
この燃料電池システムは、図１に示すように、燃料電池１、燃料電池１に供給する水素含有ガスとしての燃料ガスを生成するガス生成部２、燃料電池１に酸素含有ガスとしての空気を供給するブロア３、燃料電池１から出力される直流電力を交流電力に変換して電力消費機器に供給するインバータ４、燃料電池１の運転を制御する制御手段としての運転制御部５などから構成されている。
【００２３】
前記燃料電池１は、例えば、高分子型の燃料電池を備え、ガス生成部２にて生成されて燃料ガス供給路６を通して供給される燃料ガス中の水素と、ブロア３から空気供給路７を通して供給される空気中の酸素とを電気化学反応させて発電するように構成されている。
【００２４】
前記ガス生成部２は、供給される都市ガスなどの炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫部８、供給される改質水にて水蒸気を生成する水蒸気生成部９、水蒸気生成部９にて生成された水蒸気を脱硫部８から排出される脱硫原燃料ガスに混合させて改質反応させて水素ガスと一酸化炭素ガスを含有する改質ガスに改質処理する改質部１０、その改質部１０から排出される改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気にて二酸化炭素に変成処理する変成部１１、その変成部１１から排出される変成ガス中に残留している一酸化炭素を除去するＣＯ除去部１２を備えて構成されている。
【００２５】
そして、改質部１０における改質反応は吸熱反応であるので、改質部１０を加熱する改質用バーナ１３ａを備えた改質処理用加熱部１３が設けられ、改質部１０は、改質用バーナ１３ａの燃焼熱により改質反応させるように構成されている。
また、改質部１０には、改質処理温度を検出する温度センサ１４が設けられている。
ちなみに、改質用バーナ１３ａにおける燃焼排ガスは、水蒸気生成部９において、水蒸気を生成するための熱源として使用するように構成されている。
【００２６】
前記改質用バーナ１３ａに燃料ガスを供給しかつその燃料ガス供給量を調整可能な燃料ガス供給手段Ｎと、改質用バーナ１３ａに燃焼用空気を供給しかつその燃焼用空気供給量を調整可能な燃焼用空気供給手段Ｍとが設けられている。
前記燃料ガス供給手段Ｎは、燃料電池１からの排燃料ガスを供給する排燃料ガス供給路１５と、外部から燃料ガスを外部用燃料ガス供給路１６を通して燃料ガス供給路１５に供給する外部用燃料ガス供給弁１７とから構成されている。
【００２７】
そして、燃料ガス供給手段Ｎは、燃料電池１から排出される排燃料ガスを優先する状態でその排燃料ガスと外部からの燃料ガスとを改質用バーナ１３ａに供給するように構成されている。
すなわち、燃料ガス供給手段Ｎは、燃料電池１から排出される排燃料ガスの全量を改質用バーナ１３ａに供給しても、改質用バーナ１３ａに供給すべき燃料ガス供給量に足りないときには、燃料電池１から排出される排燃料ガスに加えて、外部からも燃料ガスを供給するように構成されている。
また、燃焼用空気供給手段Ｍは、空気供給路７から分岐された燃焼用空気供給路１８を通して燃焼用空気を供給するブロア３から構成されている。
【００２８】
前記脱硫部８に原燃料ガスを供給する燃料ガス供給路６の流路中には、燃料電池１への燃料ガス供給量を調整する燃料ガス供給量調整弁１９が設けられている。
そして、運転制御部５が、燃料ガス供給量調整弁１９の開度とブロア３の作動状態を制御することにより、燃料電池１に供給する燃料ガスの供給量および空気の供給量を調整して、燃料電池１からの発電出力を調整するように構成されている。
【００２９】
また、運転制御部５が、燃料ガス供給手段Ｎと燃焼用空気供給手段Ｍを制御することにより、改質用バーナ１３ａの燃焼を制御するように構成されているので、その構成について、以下、説明を加える。
前記運転制御部５は、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が目標温度になるように、改質用バーナ１３ａへの目標燃料ガス供給量を求めて、その求めた目標燃料ガス供給量と目標燃料ガス供給量が大きくなるほど大きくなる目標燃焼用空気供給量になるように、燃料ガス供給手段Ｎと燃焼用空気供給手段Ｍを制御する温度制御処理を実行するように構成されている。
【００３０】
前記温度制御処理について説明を加えると、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が目標温度よりも低い場合には、運転制御部５が、改質部１０における改質処理温度が目標温度になるように、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量の増加分を求めて、その求めた増加分を現在の燃料ガス供給量に足し合わせて目標燃料ガス供給量を求めるようにしている。
そして、運転制御部５は、目標燃料ガス供給量を求めると、改質用バーナ１３ａにおける空気比が設定空気比（例えば、１．２）になるように、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量の増加分を求めて、その求めた増加分を現在の燃焼用空気供給量に足し合わせて目標燃焼用空気供給量を求めるようにしている。
【００３１】
また、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が目標温度よりも高い場合には、運転制御部５が、改質部１０における改質処理温度が目標温度になるように、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量の減少分を求めて、その求めた減少分を現在の燃料ガス供給量から減算して目標燃料ガス供給量を求めるようにしている。
そして、運転制御部５は、目標燃料ガス供給量を求めると、改質用バーナ１３ａにおける空気比が設定空気比（例えば、１．２）になるように、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量の減少分を求めて、その求めた減少分を現在の燃焼用空気供給量から減算して目標燃焼用空気供給量を求めるようにしている。
【００３２】
このようにして、運転制御部５は、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量を求めて、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量が目標燃料ガス供給量となるように燃料ガス供給手段ＮをＰＩＤ制御するとともに、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量が目標燃焼用空気供給量になるように燃焼用空気供給手段ＭをＰＩＤ制御するようにしている。
【００３３】
そして、運転制御部５は、燃料電池１から排出される排燃料ガスの全量を改質用バーナ１３ａに供給しても、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量が目標燃料ガス供給量に足りなければ、燃料電池１から排出される排燃料ガスに加えて、外部からの燃料ガスも改質用バーナ１３ａに供給するように、外部用燃料ガス供給弁１７を開弁させるように構成されている。
また、運転制御部５は、燃料電池１から排出される排燃料ガスのみを改質用バーナ１３ａに供給している状態において、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が目標温度よりも高い場合には、改質部１０における改質処理温度が目標温度になるように、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量の増加分を求めて、その求めた増加分を現在の燃焼用空気供給量に足し合わせて目標燃焼用空気供給量を求めるようにしている。
【００３４】
前記運転制御部５は、温度制御処理において、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度に基づいて、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量となっているか否かを判別して、適正量となっていなければ、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量となるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成されている。
すなわち、運転制御部５は、温度制御処理において、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度に基づいて、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となっているか否かを判別して、最小限界量となるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成されている。
ちなみに、最小限界量は、改質用バーナ１３ａにおける空気比が設定空気比（例えば、１．２）になるように定められている。
【００３５】
以下、温度制御処理において、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御する構成について説明を加えるが、改質処理温度が目標温度よりも低い場合と、改質処理温度が目標温度よりも高い場合とでは、多少異なるので、夫々に分けて説明を加える。
【００３６】
まず、改質処理温度が目標温度よりも低い場合について説明を加えると、運転制御部５は、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量になるよう、燃料ガス供給手段Ｎと燃焼用空気供給手段Ｍを制御した状態において、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度に基づいて、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量になっているか否かを判別するように構成されている。
【００３７】
そして、運転制御部５は、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が増加用の最小限界判別用設定温度だけ上昇すると、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量になっていると判別するようにしている。
また、運転制御部５は、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が増加用の最小限界判別用設定温度上昇しなければ、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量よりも小さくなっていると判別するようにしている。
【００３８】
ちなみに、増加用の最小限界判別用設定温度は、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量と燃焼用空気供給量との増加分に応じて設定され、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量と燃焼用空気供給量とを増加させたときに、その増加分に対応して上昇する温度と設定されている。
したがって、燃料ガス供給量に対して燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となっている場合には、改質処理温度が増加用の最小限界判別用設定温度だけ上昇することになり、逆に、燃料ガス供給量に対して燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量よりも小さくなっている場合には、改質処理温度が増加用の最小限界判別用設定温度も上昇しないことになる。
【００３９】
そして、運転制御部５は、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量よりも小さくなっていると判別すると、最小限界量となるように、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の５％）だけ増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成されている。
【００４０】
次に、改質処理温度が目標温度よりも高い場合について説明を加えると、運転制御部５は、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量になるように、燃料ガス供給手段Ｎと燃焼用空気供給手段Ｍを制御した状態において、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御したのち、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度に基づいて、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となっているか否かを判別するように構成されている。
【００４１】
そして、運転制御部５は、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が減少用の最小限界判別用設定温度上昇しなければ、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となっていると判別するようにしている。
また、運転制御部５は、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が減少用の最小限界判別用設定温度だけ上昇すると、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量よりも小さくなっていると判別するようにしている。
【００４２】
ちなみに、燃料ガス供給量に対して燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となっている場合には、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ増加させることにより、燃料ガス供給量に対して燃焼用空気供給量が最小限界量よりも大きくなるので、改質処理温度が減少用の最小限界判別用設定温度上昇しないことになる。
それに対して、燃料ガス供給量に対して燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量よりも小さくなっている場合には、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ増加させることにより、改質処理温度が減少用の最小限界判別用設定温度上昇することになる。
【００４３】
そして、運転制御部５は、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となっていると判別すると、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ減少させて、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を元に戻すように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成されている。
また、運転制御部５は、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量よりも小さくなっていると判別すると、最小限界量になるように、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成されている。
【００４４】
前記温度制御処理における運転制御部５の制御動作について、図２に示すフローチャートに基づいて説明を加える。
まず、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１が目標温度の最小温度Ｔｍｉｎよりも低いと、改質処理温度が目標温度になるように、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量とを求めて、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量になるように、燃料ガス供給手段Ｎと燃焼用空気供給手段Ｍを制御する目標温度調整動作を行う（ステップ１，２）。
【００４５】
そして、目標温度調整動作を行った状態において、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１を監視する。
前記温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１が増加用の最小限界判別用設定温度Δｔ１だけ上昇すると、リターンする（ステップ３）。
前記温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１が増加用の最小限界判別用設定温度Δｔ１だけ上昇していなければ、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の５％）だけ増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御する（ステップ３，４）。
【００４６】
また、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１が目標温度の最大温度Ｔｍａｘよりも高いと、改質処理温度が目標温度になるように、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量とを求めて、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量になるように、燃料ガス供給手段Ｎと燃焼用空気供給手段Ｍを制御する目標温度調整動作を行う（ステップ５，６）。
【００４７】
そして、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御した状態において、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１を監視する（ステップ７）。
前記温度センサ１４による改質処理温度が減少用の最小限界判別用設定温度Δｔ２上昇しなければ、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ減少させて、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を元に戻すように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御する（ステップ８，９）。
前記温度センサ１４による改質処理温度が減少用の最小限界判別用設定温度Δｔ２上昇すると、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量をさらに設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御する（ステップ７，８）。
【００４８】
そして、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１が目標温度の最大温度Ｔｍａｘよりも低くなっていると、リターンする（ステップ１０）。
また、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１が目標温度の最大温度Ｔｍａｘよりも高くなっていると、燃料電池１から排出される排燃料ガスのみを改質用バーナ１３ａに供給している状態であるか否かを判別する（ステップ１０，１１）。
【００４９】
燃料電池１から排出される排燃料ガスのみを改質用バーナ１３ａに供給している状態であると、改質部１０における改質処理温度が目標温度になるように、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量の増加分を求めて、その増加分だけ改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御する（ステップ１１，１２）。
【００５０】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、最小限界量が、改質用バーナ１３ａにおける空気比を設定空気比（例えば、１．２）となるように定められ、運転制御部５が、温度制御処理において、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して適正量の最小限界量となっているか否かを判別して、最小限界量となるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成しているが、改質用バーナ１３ａにおける空気比は、適宜変更が可能であり、運転制御部５を、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して適正量となっているか否かを判別して、適正量となるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成して実施することも可能である。
【００５１】
（２）上記実施形態では、燃料ガス供給手段Ｎが、燃料電池１から排出される排燃料ガスを優先する状態で排燃料ガスと外部からの燃料ガスとを改質用バーナ１３ａに供給するように構成されているが、燃料ガス供給手段Ｎを、外部からの燃料ガスを改質用バーナ１３ａに供給するように構成して実施することも可能である。
【００５３】
（３）上記実施形態では、運転制御部５が、温度制御処理において、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量を求めて、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量が目標燃料ガス供給量となるように燃料ガス供給手段ＮをＰＩＤ制御するとともに、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量が目標燃焼用空気供給量になるように燃焼用空気供給手段ＭをＰＩＤ制御するようにしているが、ＰＩＤ制御に限らず、その他各種の制御を適応することが可能である。
【００５４】
（４）上記実施形態では、燃料電池１が、高分子型である例を示したが、リン酸型のものなど各種の燃料電池を適応することが可能である。
【００５５】
（５）上記実施形態では、本発明にかかる燃料電池用の改質装置を適応した燃料電池システムの一例を示したが、各種の燃料電池システムに適応可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池システムの概略構成図
【図２】運転制御部の制御動作を示すフローチャート
【符号の説明】
１ 燃料電池
５ 制御手段
１０ 改質部
１３ａ 改質用バーナ
Ｍ 燃焼用空気供給手段
Ｎ 燃料ガス供給手段
Claims (3)
- 改質用バーナによる燃焼熱にて原燃料ガスを改質処理する改質部と、燃料ガスを前記改質用バーナに供給しかつその燃料ガス供給量を調整可能な燃料ガス供給手段と、燃焼用空気を前記改質用バーナに供給しかつその燃焼用空気供給量を調整可能な燃焼用空気供給手段と、前記改質用バーナの燃焼を制御する制御手段とが設けられている燃料電池用の改質装置であって、
前記改質部の改質処理温度を検出する温度センサが設けられ、
前記制御手段が、
前記温度センサの検出情報による前記改質部における改質処理温度が目標温度になるように、前記改質用バーナへの目標燃料ガス供給量を求めて、その求めた目標燃料ガス供給量と目標燃料ガス供給量が大きくなるほど大きくなる目標燃焼用空気供給量になるように、前記燃料ガス供給手段と前記燃焼用空気供給手段を制御する目標温度調整動作を実行し、且つ、前記温度センサの検出情報による前記改質部における改質処理温度が目標温度よりも低いときに実行する前記目標温度調整動作において、前記改質部における改質処理温度が目標温度になるように前記燃料ガス供給量の増加分を求めて、その求めた増加分を現在の燃料ガス供給量に足し合わせて前記目標燃料ガス供給量とし、かつ、その目標燃料ガス供給量に対して空気比が設定空気比になるように前記燃焼用空気供給量の増加分を求めて、その求めた増加分を現在の燃焼用空気供給量に足し合わせて前記目標燃焼用空気供給量とするように構成され、且つ、
前記改質部における改質処理温度が目標温度よりも低いときに前記目標温度調整動作を実行した状態において、前記改質処理温度が、前記目標温度調整動作にて求めた前記目標燃料ガス供給量の増加分と前記目標燃焼用空気供給量の増加分に応じて設定された増加用の設定温度を上昇すると、前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量になっていると判別し、かつ、前記改質処理温度が増加用の設定温度を上昇しなければ、前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなっていると判別して、前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなっていると判別した場合には、前記改質処理温度が増加用の設定温度を上昇するまで前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量を設定量増加させることを繰り返し行う形態で前記燃焼用空気供給手段を制御する温度制御処理を実行し、その温度制御処理を実行した後に、前記目標温度調整動作を実行するように構成されている燃料電池用の改質装置。 - 改質用バーナによる燃焼熱にて原燃料ガスを改質処理する改質部と、燃料ガスを前記改質用バーナに供給しかつその燃料ガス供給量を調整可能な燃料ガス供給手段と、燃焼用空気を前記改質用バーナに供給しかつその燃焼用空気供給量を調整可能な燃焼用空気供給手段と、前記改質用バーナの燃焼を制御する制御手段とが設けられている燃料電池用の改質装置であって、
前記改質部の改質処理温度を検出する温度センサが設けられ、
前記制御手段が、
前記温度センサの検出情報による前記改質部における改質処理温度が目標温度になるように、前記改質用バーナへの目標燃料ガス供給量を求めて、その求めた目標燃料ガス供給量と目標燃料ガス供給量が大きくなるほど大きくなる目標燃焼用空気供給量になるように、前記燃料ガス供給手段と前記燃焼用空気供給手段を制御する目標温度調整動作を実行し、且つ、前記温度センサの検出情報による前記改質部における改質処理温度が目標温度よりも高いときに実行する前記目標温度調整動作において、前記改質部における改質処理温度が目標温度になるように前記燃料ガス供給量の減少分を求めて、その求めた減少分を現在の燃料ガス供給量から減算して前記目標燃料ガス供給量とし、かつ、その目標燃料ガス供給量に対して空気比が設定空気比になるように前記燃焼用空気供給量の減少分を求めて、その求めた減少分を現在の燃焼用空気供給量から減算して前記目標燃焼用空気供給量とするように構成され、且つ、
前記改質部における改質処理温度が目標温度よりも高いときに前記目標温度調整動作を実行し、その後、前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量を設定量増加させるように前記燃焼用空気供給手段を制御したのちに、前記目標温度調整動作の実行により調整された燃焼用空気供給量が適正量であれば燃焼用空気供給量を前記設定量増加させても前記改質処理温度が上昇しない温度でかつ前記目標温度調整動作の実行により調整された燃焼用空気量が適正量よりも小であれば燃焼用空気供給量を前記設定量増加させると前記改質処理温度が上昇する温度として設定された減少用の設定温度を、前記改質処理温度が上昇しなければ、前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量になっていると判別し、かつ、前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量を設定量増加させるように前記燃焼用空気供給手段を制御したのちに前記改質処理温度が前記減少用の設定温度を上昇すると、前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなっていると判別して、
前記燃焼用空気供給量が適正量になっていると判別した場合には、前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量を前記設定量だけ減少させるように前記燃焼用空気供給手段を制御し、かつ、前記燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなっていると判別した場合には、前記改質処理温度が前記減少用の設定温度上昇しなくなるまで前記燃焼用空気供給量を設定量増加させることを繰り返し行い、前記改質処理温度が前記減少用の設定温度上昇しなくなると前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量を前記設定量だけ減少させるように、前記燃焼用空気供給手段を制御する温度制御処理を実行し、その温度制御処理を実行した後に、前記目標温度調整動作を実行するように構成されている燃料電池用の改質装置。 - 前記燃料ガス供給手段が、燃料電池から排出される排燃料ガスの全量を前記改質用バーナに供給し且つ外部からの燃料ガスの前記改質用バーナへの供給量を変更調整することにより、燃料電池から排出される排燃料ガスを優先する状態で排燃料ガスと外部からの燃料ガスとを前記改質用バーナに供給するように構成されている請求項１または２に記載の燃料電池用の改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003086162A JP4450563B2 (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | 燃料電池用の改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003086162A JP4450563B2 (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | 燃料電池用の改質装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004296235A JP2004296235A (ja) | 2004-10-21 |
| JP4450563B2 true JP4450563B2 (ja) | 2010-04-14 |
Family
ID=33400901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003086162A Expired - Fee Related JP4450563B2 (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | 燃料電池用の改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4450563B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4510877B2 (ja) * | 2005-02-18 | 2010-07-28 | パナソニック株式会社 | 燃料電池システム |
| JP5265846B2 (ja) * | 2005-05-30 | 2013-08-14 | 日本特殊陶業株式会社 | 燃料電池システム |
| JP5052021B2 (ja) * | 2006-03-24 | 2012-10-17 | アイシン精機株式会社 | 燃料電池システムの制御方法及び燃料電池システム |
| JP5044130B2 (ja) * | 2006-03-28 | 2012-10-10 | 大阪瓦斯株式会社 | 燃料電池発電装置 |
| WO2007123136A1 (ja) * | 2006-04-19 | 2007-11-01 | Panasonic Corporation | 燃料電池システム |
| JP5643707B2 (ja) * | 2011-03-30 | 2014-12-17 | 大阪瓦斯株式会社 | 水素含有ガス生成装置 |
| JP5491564B2 (ja) * | 2012-04-13 | 2014-05-14 | 日本特殊陶業株式会社 | 燃料電池システムの制御方法 |
-
2003
- 2003-03-26 JP JP2003086162A patent/JP4450563B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004296235A (ja) | 2004-10-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6960400B2 (en) | Fuel cell power generation system and control method thereof | |
| US8097371B2 (en) | Hydrogen generator, fuel cell system comprising the same, and operation method thereof | |
| US20190190050A1 (en) | Solid oxide fuel cell system | |
| JP4450563B2 (ja) | 燃料電池用の改質装置 | |
| JPH07296834A (ja) | 燃料電池発電プラント及び該プラントの改質器運転方法 | |
| JP2008300251A (ja) | 燃料電池コージェネレーション装置 | |
| JP2008218355A (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JP3722868B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2004063368A (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JP2014082062A (ja) | 燃料電池発電装置及びその運転方法 | |
| JP5215527B2 (ja) | 燃料電池の運転方法 | |
| JP2007200771A (ja) | 燃料電池発電装置の改質触媒温度制御システムおよびその制御方法 | |
| JP2014047083A (ja) | 水素含有ガス生成装置及び水素含有ガス生成量調節方法 | |
| JP6917744B2 (ja) | 燃料電池システムの運転方法 | |
| JP2007073302A (ja) | 燃料改質システム | |
| JP2017027668A (ja) | 燃料電池システムとその運転方法 | |
| JP5021895B2 (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JP5274003B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| CN115702516A (zh) | 燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法 | |
| WO2012132409A1 (ja) | 水素生成装置及びその運転方法 | |
| JP4622244B2 (ja) | 燃料電池発電装置の運転制御方法 | |
| JP2007026998A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の燃料電池温度制御方法及び装置 | |
| JP2003197234A (ja) | 燃料電池発電システムおよびその制御方法 | |
| JP6299324B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2003212505A (ja) | 水素含有ガス生成装置及びその水素含有ガス生成量調整方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060207 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090612 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090618 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090817 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091015 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091214 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100114 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100126 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4450563 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130205 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130205 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |